CN108977686A - 一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺 - Google Patents

一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。按照重量百分比,该合金的成分为:Li:0.8‑1.2wt.%,Mn:2.0‑4.0wt.%,Ge:5.0‑8.0wt.%,Bi:4.0‑6.0wt.%,Sb:4.0‑5.0wt.%,Fe:12.0‑16.0wt.%,Au:3.0‑4.0wt.%,Ag:18.0‑20.0wt.%，余量为铜。该材料为我国藏区铜像铸造用利玛合金提供了一种无铅和无汞的新材料方案,且所得产品具有优异的红色观感。该材料的实施和产业化可以有效的推动我国新材料的更新和行业升级需求。

Description

一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铜合金。
背景技术
铸铜工艺在我国历史悠久，早在商周的时候就出现了。早期铸铜工艺多用于铸造佛像，铸铜佛像工艺成本低，灵活性大。西藏的铜佛像制作工艺分为两大类:一类为铸造工艺，铸造的铜佛像以小型佛像为主。另一类为打制工艺，打制的佛像，以大型佛像为主。这些文化瑰宝集中体现了我国古代高超的冶铸技艺和灿烂的文化。
目前所知铜佛像的铸造工艺有两种:失蜡法和沙范法。
(1)失蜡法。其原理是用蜡料制成与铸件相同的模，外敷造型材料，成为整体铸型，干燥后加热将蜡化掉，形成整体无缝范面的空腔铸模，将金属液浇入。凝固后脱除外范(壳型)，即得铸件。此法在现代金属工艺中称为熔模精密铸造，在古代多用于铸造形制复杂、具有立体透雕效果的铸件。
(2)沙范法。是以天然的沙子作为制作外范材料，沙子中掺有一定比例的粘土以使沙粒粘结在一起。将沙子放入沙箱中夯实形成沙范，沙范是由尺寸相同的两部分组成。将铸件的模置于两块沙范接触面中模压出铸件的形状，并在两块沙范的接触面上撒上粉末颗粒(如草木灰等)，防止两块沙范粘接。将两块沙范分开，取出铸件的模，沙范再闭合形成空腔铸范，将金属液浇入凝固后去除沙范即得到铸件。
不论是沙范法还是失蜡法，都对铸造物的尺寸产生限制。随着铸像尺寸的增大，工艺难度也显著地增加，因此，工匠必须在尺寸和铸像成功率之间求得平衡。沙范铸造法和失蜡法铸造法，在实际运用时有各自的局限条件。藏族工匠制作铜佛像采用的仍是传统的沙范铸造法，而尼泊尔工匠中普遍采用的失蜡铸造法在西藏地区却极少发现。这种局限反映在西藏、尼泊尔地区整体铸造铜佛像时存在尺寸上的限制。造成失蜡法在西藏未曾被普遍采用的原因不是原料供应的问题，而是失蜡法本身的生产效率低下和西藏地区缺乏炉窑加热条件所致。
尼泊尔和西藏地区古代用于铸造佛像的铜合金由于历史原因被称为利玛。利玛合金泛指合金铜，源自藏文，《藏汉大辞典》解释其为“指各类响铜制品”。利玛合金的主要成分是铜，并含有不同比例金、银、铁、铅等金属元素以及金刚石、五色玻璃等珍贵矿物，其制物呈现出不同的颜色或在表面形成斑斓的色块。由于利玛具有不同的颜色，因而便有彩色利玛的称号。根据16世纪的西藏学者白玛噶波和18世纪的晋美林巴著有关于金属雕刻的各种利玛合金材料特点的著作，其中将利玛铜分为：匝那卡西玛、花利玛、白利玛、黄利玛、红利玛、紫利玛、青铜利玛、钟铜、姜铜、桑塘玛、恰利。由于其古老繁复的铸造工艺和神圣的意涵，利玛是一种受到藏族高度珍视的传统金属质材。正如其它各种利玛（花利玛、黄利玛、紫利玛、红利玛等），利玛被广泛用于制造佛像和用具，体现出了西藏能工巧匠们高超的铸造技艺，也表达了藏族独特的观念以及他们对佛之崇高、神秘与美的礼赞。
尽管我国佛像材料行业发展迅速，但由于起步晚，起点低，在一些技术环节上与国际水平相比还有很大差距。开发并产业化具有先进性能的利玛合金是不可避免的问题，长久以来国内的很多研究机构和企业进行了多方位的尝试，但是令人遗憾的是，目前为止尚未取得任何实质性的进展。通过先进的材料设计技术可以通过底层性的热力学和动力学手段对利玛合金材料进行创新,并且对研制和开发新材料的难题解决和产业化会有很大的市场价值。面对日趋激烈的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这是当今世界相关领域的发展趋势。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。按重量百分比计,合金的组成为Li:0.8-1.2wt.%,Mn:2.0-4.0wt.%,Ge:5.0-8.0wt.%,Bi:4.0-6.0wt.%,Sb:4.0-5.0wt.%,Fe:12.0-16.0wt.%,Au:3.0-4.0wt.%,Ag:18.0-20.0wt.%，余量为铜。
上述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到850-950度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为420度,时间为0.6小时;最后在佛像着色过程中需要进行微氧化操作,其中温度为280度,时间为0.4小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）在一般的多元合金凝固过程中, 随着枝晶的生成,枝晶间的空隙由于来不及由液相填充而生成了铸造空洞和疏松。这个合金凝固特性对于佛像级别的大型塑像来说是很致命的缺陷,不仅导致了局部大量的空洞生成,也使得局部材料力学性能不足和修补变成极其困难的一件事情。近代对利玛佛像合金的研究表明,利玛合金中通常加入一定量的铅和汞。由于铅和汞不与铜形成合金,在利玛合金的凝固中, 随着富铜合金的不断凝固,富铅和汞的液相也不断的从最初的合金溶体中分离出来。这些富铅和汞熔体由于不和富铜熔体相溶,因而在凝固过程中伴随着枝晶的生成而逐渐被排挤到枝晶的间隙中,并在这些狭小的缝隙中最终凝固,起到了补充凝固空洞的作用。因而添加了适量铅和汞的铜合金极其适合用来铸造佛像等大型塑像,因为这种材料产生的凝固空洞等缺陷极少。用专业术语来说，传统的利玛合金的液态合金在凝固的过程中能够产生Spinodal分解效应，生成两种互不溶解的液相，因而低熔点的液相在凝固过程中可以补偿高熔点液相凝固时产生的枝晶空洞，因而具有极其有益的作用。但是必须看到,铅和汞是常见的重金属，在人体内蓄积时间长、排泄慢，对神经、血液、肾脏系统均有毒性。工人或者用户在长期接触含铅和汞的合金后,这些重金属会经过烟尘进入呼吸道和消化道,引起铅中毒和汞中毒。因此在环保意识极其重要的今天,开发一种不含铅和汞的藏区铸造佛像用利玛合金,对于开发新产品并解决行业难题起到了积极的作用。
（2）本专利申请保护的利玛合金，在降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铜熔体和富铋熔体。因而，该合金具有宽广的凝固温度范围（320-840度）。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为710-840度，富铋的凝固温度范围为320-460度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从840度到320度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小，且合金的抗吸气氧化能力较强，金属液的纯净度提高，改善了合金的回用性能。该合金经4次回用后铸造首饰件的外形轮廓清晰，表面光洁，无明显黑斑或变色，说明合金的回用性能良好。因而，该材料的产业化，不仅可以提高成品率，还可以通过多次回用大大降低生产成本。
（3）目前现有的利玛合金铸态硬度都较低，往往不到100-110 HB。这对于在使用过程中的佛像表面质量是不能达到长期使用要求的。本专利申请保护的利玛铜合金，由于进行了材料学上的结构和成分优化，因而具有极高的硬度，可以达到180-190HB。采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。此外，该利玛合金可以用来在铸造过程中体现出的佛像上尺寸仅为1mm的细小部分。
（4）该合金具有红色的外表色泽，且该色泽是由于表面微氧化物层而产生的。该利玛合金在藏区的气候中具有优异的耐腐蚀性能，属于较稳定的材料。在弱酸、弱碱汗水中没有表现出活泼的性能，在强酸、强碱性汗水的环境下抗腐蚀性也较稳定。该利玛合金在藏区的腐蚀速度为1.5x10-4mm/年，因而采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。而且表面也没有明显的褪色或者变色的现象出现。相比较而言，传统的利玛合金铸造的佛像在西藏的环境下保持4年之后就会有明显的锈蚀现象发生，严重的影响到了佛像表面的观感和清洁的工作量。可以预计，该材料的实施和产业化必将取得优异的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1
一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:0.8wt.%,Mn:2.0wt.%,Ge:5.0wt.%,Bi:4.0wt.%,Sb:4.0wt.%,Fe:12.0wt.%,Au:3.0wt.%,Ag:18.0wt.%，余量为铜。上述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到850-950度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为420度,时间为0.6小时;最后在佛像着色过程中需要进行微氧化操作,其中温度为280度,时间为0.4小时。
该合金在降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铜熔体和富铋熔体。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为710-840度，富铋的凝固温度范围为320-460度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从840度到320度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。而且表面也没有明显的褪色或者变色的现象出现。相比较而言，传统的利玛合金铸造的佛像在西藏的环境下保持4年之后就会有明显的锈蚀现象发生，严重的影响到了佛像表面的观感和清洁的工作量。
实施例2
一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:1.2wt.%,Mn:4.0wt.%,Ge:8.0wt.%,Bi:6.0wt.%,Sb:5.0wt.%,Fe:16.0wt.%,Au:4.0wt.%,Ag:20.0wt.%，余量为铜。上述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到850-950度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为420度,时间为0.6小时;最后在佛像着色过程中需要进行微氧化操作,其中温度为280度,时间为0.4小时。
该合金在降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铜熔体和富铋熔体。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为710-840度，富铋的凝固温度范围为320-460度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从840度到320度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。而且表面也没有明显的褪色或者变色的现象出现。相比较而言，传统的利玛合金铸造的佛像在西藏的环境下保持4年之后就会有明显的锈蚀现象发生，严重的影响到了佛像表面的观感和清洁的工作量。
实施例3
一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为Li:0.9wt.%,Mn:2.5wt.%,Ge:5.4wt.%,Bi:4.2wt.%,Sb:4.8wt.%,Fe:14.0wt.%,Au:3.8wt.%,Ag:19.0wt.%，余量为铜。上述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。将所得的铸锭在室温下加热到850-950度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为420度,时间为0.6小时;最后在佛像着色过程中需要进行微氧化操作,其中温度为280度,时间为0.4小时。
该合金在降温过程中初始合金熔体会由于Spinodal效应分解为富铜熔体和富铋熔体。其中主要的富铜熔体的凝固温度范围为710-840度，富铋的凝固温度范围为320-460度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从840度到320度的温度范围，因而在用该合金进行佛像铸造的时候，金属液与铸型发生反应的机会和程度更小。采用该利玛合金铸造的佛像，即使指甲在表面划过也不会留下任何划痕。在正常使用10年后，佛像表面也没有因接触硬物形成的划痕。采用该利玛合金铸造的佛像在使用20年后并没有明显的腐蚀现象发生。而且表面也没有明显的褪色或者变色的现象出现。相比较而言，传统的利玛合金铸造的佛像在西藏的环境下保持4年之后就会有明显的锈蚀现象发生，严重的影响到了佛像表面的观感和清洁的工作量。

Claims (3)

1.一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺；按照重量百分比,该合金的成分为:Li:0.8-1.2wt.%,Mn:2.0-4.0wt.%,Ge:5.0-8.0wt.%,Bi:4.0-6.0wt.%,Sb:4.0-5.0wt.%,Fe:12.0-
16.0wt.%,Au:3.0-4.0wt.%,Ag:18.0-20.0wt.%，余量为铜。
2.根据权利要求1所述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，其特征在于包括如下冶炼步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在1200度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在1200度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。
3.根据权利要求1所述一种藏区铸造佛像用无铅耐腐蚀红色利玛合金及其工艺，其特征在于包含如下使用步骤：将所得的铸锭在室温下加热到850-950度并保温10分钟;然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为420度,时间为0.6小时;最后在佛像着色过程中需要进行微氧化操作,其中温度为280度,时间为0.4小时。
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