CN108754220A - 一种仿24K纯金的Cu-Zn合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种仿24K纯金的Cu‑Zn合金制备方法。涉及的一种Cu‑Zn合金，其化学成分质量百分比为：Cu(51～65％)‑Al(0.1～5.0％)‑X(0.01～1.0％)‑Y(0.05～3.0％)‑Zn(余量)，其主要特征在于微量元素X、Y的种类和比例，以及铸造成形后的仿金化热处理工艺。采用本发明经优选的制备方法，可获得本色和表面颜色均接近24K纯金的Cu‑Zn合金，用于制作雕塑、装饰等艺术品。本发明的仿24K纯金黄铜块体材料制备方法，具有成本低、环保、工艺易控制等优点。

Description

一种仿24K纯金的Cu-Zn合金制备方法
技术领域
本发明涉及一种仿24K纯金的Cu-Zn合金的制备方法，属于有色金属材料加工技术。
背景技术
24K金指市场销售中含金量为99.99％以上的纯黄金，也就是平时所说的纯金或千足金。古今中外，黄金由于具有美丽的金黄色且稳定的化学性能一直被用于制作首饰、雕塑等艺术品，极受人们青睐，但是因其储存有限，价格昂贵，很难得到大规模的应用。尤其对于大型艺术品，如佛像，无法采用24K纯金打造，所以现在许多金色工艺品逐渐为价格低廉、美观且品种繁多的仿金合金所替代。因此，价廉美观的仿金合金产品得到人们普遍的重视，其中具有优良综合性能且收藏价值较高的仿金材料就是铜基仿金材料。国内外仿金铜合金材料的研究和生产发展迅速，产品波及到豪华建筑的室内外装潢、高级客车的扶手、门坎、家用器皿、工艺美术品、旅游纪念品、伟人金像、大型佛像等等领域。
目前对仿金铜合金的研究已有一定的理论基础，主要通过成分调整、仿金电镀、化学着色等手段得到多种仿金铜品种。大量实验研究表明，可通过熔铸及成分调整的手段获得综合性能优良的仿金铜基合金，其中，铜铝合金由于优异的抗氧化及耐腐蚀性能作为仿金艺术合金被广泛用于露天甚至海洋环境中，但只能达到14K-20K的黄金的外观色泽，仿24K纯金色的相关研究未见报道。中国专利申请公开号(CN102864330A)公开了一种含金仿金铜合金及其制备方法，其铜合金熔炼之后的加工工艺为：500℃—600℃进行退火处理，再经过锻造、热轧，得到含金仿金铜合金。这种方法生产出来的仿金铜合金表面仅具有14K-18K的外观色泽。在对仿金铜表仿金要求日益升高的趋势下，显然已经不能满足人们的需求了。尽管通过电镀的手段可接近24K纯金的颜色，如中国专利申请公开号(CN104451792A)公开了一种仿金电镀方法，仿金电镀采用的电镀液组成成分为：氰化亚铜的浓度为80g/L，氰化锌的浓度为10g/L，氰化钠的浓度为110g/L，磷酸钠的浓度为20g/L，氟化钠的浓度为5g/L。但是电镀工艺对环境污染大，工序复杂，经济性、环保性都不高，而且氰化物在电镀过程中与空气接触发生分解，严重危害环境和操作人员的健康。除电镀着色之外，化学着色也是提高合金色泽的常用方法。化学着色要求合金有足够的厚度，一定的孔隙率以及强吸附的无色透明的氧化膜。化学着色得到的合金颜色鲜艳亮丽，但着色不牢固，摩擦易掉，仅适合室内用品的着色，且着色液中往往含有铬、氟等对人类健康和环境都有危害的元素，增加了后处理的成本。
随着人们消费观念的改变，对珠宝饰品、艺术雕塑、宗教用品、奖品等更重视款式的新颖性及色泽的美观性。因而急需发展一种环保、工艺简单、成本较低的铜合金表面仿金技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有铜合金仿金处理技术中存在的缺陷，提出一种设备要求简单、操作方便、成本低、效率高、环保无污染的铜铝合金的仿24K金热处理方法。本发明方法可制得明度和色品均达到24K纯金的色泽要求的仿金铜合金，且表面颜色均匀，色彩绚烂，具有金属光泽，后续进行涂料处理后可广泛用于制作艺术、装饰、金像等产品。
本发明涉及一种铜铝合金的仿24K金热处理方法，该合金成分为Cu-(3-6％)Al-(0.5-0.8％)Ni-(0.03-0.06％)RE-(0.02-0.05％)In，是在已有研究报道的基础上优化获得的一种本色接近(18-20)K金的多元铜合金。其热处理工艺包括以下具体步骤：
第一步：将合金表面清洗、打磨光亮后，采用冷风吹干20-60分钟；
第二步：将干燥后的合金置于温度为80-200℃的空气炉中，保温5-20分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温；
第三步：再将合金置于150-300℃的空气炉中，保温5-20分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温。
本发明的原理简述如下：
铜铝多元合金在高温环境中因表面Cu、Al、Ni、In等元素的氧化而生成一层带有黄金颜色并具备一定耐腐蚀能力的复杂结构氧化层。由于表面氧化膜层的厚度、成分以及结构的不同，对于光线的折射和反射效应不同而呈现不同的色泽特性，而同一合金氧化的温度、时间的不同也会影响氧化膜层的厚度和色泽。本发明通过对清洗、打磨后的合金进行冷风吹干、分段保温和热风循环等多重手段，保证样品表面干燥清洁，从而使得均匀致密的氧化膜层牢固附着。与此同时，通过对氧化时间、温度的精细控制而调整样品表面红绿度、黄蓝度，从而使合金表面的明度和色品均达到24K纯金的色泽要求。
本发明一种铜铝合金的仿24K金热处理方法，与其它仿金处理方法相比，有以下几个方面的优势：
(1)本发明针对已有的本色较为接近(18-20)K金的铜铝镍多元合金，仅采用热处理手段进行仿24K纯金处理，操作简单，无需酸洗或活化等前处理，1h内即可达到所需效果，相对电镀和化学着色等手段，操作时间缩短1倍以上；不受样品形状尺寸的影响，便捷快速，适合大批量生产。
(2)本发明不需要复杂昂贵的设备，成本低廉；避免使用对环境造成污染和影响身体健康的化学药品，操作过程安全、绿色和环保。
(3)本发明可获得表面明度和色品均接近24K纯金色泽要求的仿金铜合金，色泽均匀，颜色绚烂，有金属光泽，同时具有一定的耐蚀抗氧化性。
附图说明：
附图1为实施例处理样品与24K金对比照片
附图2为对比例1处理样品照片
附图3为对比例2处理样品照片
由图可知：本发明中经过热处理优化的仿金铜合金的色度接近24K纯金，而对比例1色度达不到24K纯金，且着色不均匀；对比例2则由于加热时间过长，颜色焦黄。
具体实施方式：
实施例
对合金成分为Cu-4Al-0.5N-0.03RE-0.02-0.05In的铜铝合金经过熔铸、机加工后，打磨、抛光、酒精清洗和擦干后，置于冷风中吹30分钟；将干燥后的合金置于温度为100℃的空气炉中，保温10分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温；再将合金置于200℃的空气炉中，保温6分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温。本实施例处理样品如图1所示。依据CIE LAB表色系统，采用WR-10精密色差仪测量明度L、色品a(红绿度)和b(黄蓝度)值以描述合金的颜色，所测结果如表1所示。
对比例1：未设置冷风吹干和100℃预氧化处理
对合金成分为Cu-4Al-0.5N-0.03RE-0.02-0.05In的铜铝合金经过熔铸、机加工后，打磨、抛光、酒精清洗和擦干后，将合金置于200℃的空气炉中，保温6分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温。本对比例处理样品如图2所示。依据CIE LAB表色系统，采用WR-10精密色差仪测量明度L、色品a(红绿度)和b(黄蓝度)值以描述合金的颜色，所测结果如表1所示。
对比例2：在200℃的空气炉中保温延长至15min
对合金成分为Cu-4Al-0.5Ni-0.03RE-0.02-0.05In的铜铝合金经过熔铸、机加工后，打磨、抛光、酒精清洗和擦干后，置于冷风中吹30分钟；将干燥后的合金置于温度为100℃的空气炉中，保温10分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温；再将合金置于200℃的空气炉中，保温15分钟；炉内采用热风循环；然后将合金从炉内取出，空冷至室温。本实施例处理样品如图3所示。依据CIE LAB表色系统，采用WR-10精密色差仪测量明度L、色品a(红绿度)和b(黄蓝度)值以描述合金的颜色，所测结果如表1所示。
表1 24K纯金、实施实例及对比例样品的色泽参数
从表1的数据和实物照片可以看出：本发明中经过优化的热处理工艺处理的仿金铜合金的明度L、色品a(红绿度)和b(黄蓝度)值与24K纯金都十分接近，而对比例1的黄蓝度b值与24K纯金的差别较大，且色泽不均；对比例2则红绿度a值与黄蓝度b值均远远超出24K纯金标样值。
本发明提供了一种铜铝合金的仿24K金热处理的思路与方法。上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种仿24K纯金的Cu-Zn合金，其化学成分质量百分比为：Cu(51～65％)-Al(0.1～5.0％)-X(0.01～2.0％)-Y(0.05～3.0％)-Zn(余量)，其主要特征在于：其中X为Ni、Sn中的一种或两种，Y为Si、In中的一种或两种。
2.如权利要求1所述的一种仿24K纯金的Cu-Zn合金的制备方法，其特征在于：按如下具体步骤实施：
第一步：按质量百分比Cu(51～65％)-Al(0.1～5.0％)-X(0.01～2.0％)-Y(0.05～3.0％)-Zn(余量)备料；采用中频感应炉按常规工艺熔炼，采用木炭覆盖；各元素均以纯金属方式加入；
第二步：铸造前加入Cu-10P中间合金，加入量为每吨铜熔体加入1～3kg；
第三步：采用钢模或石膏模按常规工艺浇铸；
第四步：对铸造制品进行机械清理和打磨，然后采用擦铜剂擦拭表面；
第五步：将表面擦拭干净的制品放进无气体保护的电阻炉内，炉内开启热风循环装置，升温至150～700℃，保温5～30分钟，然后出炉空冷至室温。
3.如权利要求2所述的一种仿24K纯金的Cu-Zn合金的制备方法优选工艺，其特征在于：按如下具体步骤实施：
第一步：按质量百分比Cu(51～65％)-Al(1.0～5.0％)-X(0.05～2.0％)-Y(0.1～2.0％)-Zn(余量)备料；采用中频感应炉按常规工艺熔炼，采用木炭覆盖；各元素均以纯金属方式加入；
第二步：铸造前加入Cu-10P中间合金，加入量为每吨铜熔体加入1～3kg；
第三步：采用钢模或石膏模按常规工艺浇铸；
第四步：对铸造制品进行机械清理和打磨，然后采用擦铜剂擦拭表面；
第五步：将表面擦拭干净的制品放进无气体保护的电阻炉内，炉内开启热风循环装置，升温至150～550℃，保温10～30分钟，然后出炉空冷至室温。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1099076A (zh) * 1993-08-14 1995-02-22 安础 仿24k金色多组元合金镀层工艺
CN106119747A (zh) * 2016-06-23 2016-11-16 新昌县金声铜业有限公司 一种铜铝合金的仿24k金热处理方法

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