CN109022902B - 一种低铅抗脱锌环保铜棒及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低铅抗脱锌环保铜棒及制备工艺，由下述质量百分比的原料组成:0.05～0.09％的Fe、0.003～0.05％的Ag、0.1～0.15％的Bi、0.01～0.08％的Al、0.005～0.01％的Pb、0.002～0.015％的Ni、0.01～0.06％的Zn、0.002～0.05％的Mg、0.05～0.2％的Si、0.005～0.02％的Cr、0.001～0.03％的Zr、0.005～0.02％砷铜合金和0.004～0.0045％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质；并且所述铜棒通过热挤压经过慢冷却液体冷却后，再经过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成本发明制备的铜棒含铅量低，抗脱锌效果好，同时表面强度高兼具较好的易加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及铜棒制备领域，具体涉及一种低铅抗脱锌环保铜棒及制备工艺。
背景技术
目前,现有的抗脱锌易切削黄铜主要是通过在原料内添加在铋、硅等物质保证材料的硬度和易切削性能，但是铋元素在黄铜中对冷却速度有很高的敏感性，容易造成开裂，另一方面铋黄铜焊接性能差，硅元素能够增强材料的硬度，而降低基体的切削性能，铅的作用使得铜棒具有良好的切削性能，然而铅确实有毒的元素，特别是在卫浴器件中，因此，行业中为了确保良好的加工性做到低铅抗脱锌的环保铜棒是很难的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种一种低铅抗脱锌环保铜棒及制备工艺，通过原料中添加微量的铋、硅等元素保证材料的强度和加工性能，同时在铜棒热挤压处理表面高频电磁加热及喷涂硅离子，使得铜棒含铅量低，抗脱锌效果好，同时表面强度高兼具较好的易加工性能。
本发明的目的是这样实现的：
一种低铅抗脱锌环保铜棒，由下述质量百分比的原料组成:
0.05～0.09％的Fe、0.003～0.05％的Ag、0.1～0.15％的Bi、0.01～0.08％的Al、0.005～0.01％的Pb、0.002～0.015％的Ni、0.01～0.06％的Zn、0.002～0.05％的Mg、0.05～0.2％的Si、0.005～0.02％的Cr、0.001～0.03％的Zr、0.005～0.02％砷铜合金和0.004～0.0045％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质；并且所述铜棒通过热挤压经过慢冷却液体冷却后，再经过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
Si是一种能确保高温强度的有效元素。但含量过多，会损害加工性能，因此，其使用上限为0.2％。
实验证明，Ni具有抑制Zn的扩散的效果,但是，将Ni过量地添加，不仅对强度提高或耐热性提高没有帮助，反而且热变形阻抗增大。因此Ni的添加量在0.002～0.015％的范围。
Zn、Mg、Ag、Al、Zr使铜的再利用过程中混入的S无害，降低中温脆性，提高延展性和耐热特性。若Zn、Mg、Ag、Al、Si、Cr、Zr少于组成范围的下限，则不发挥上述的效果。若超过上限，不仅上述的效果饱和，而且导电性开始降低，热变形阻抗增大，变形能变差。实验证明，Zn的添加量在0.01～0.06％的范围，Mg的添加量在0.002～0.05％的范围，Ag的添加量在0.003～0.05％的范围，Al的添加量在0.01～0.08％的范围，Zr的添加量在0.001～0.03％的范围。
挤压成型的铜棒通过缓慢冷却使得内部晶粒均匀细化，再通过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的S i粉，使得铜棒表面二次热处理，强度较芯部高，提高了铜棒整体的硬度，同时又兼具加工良好的加工性能，使得内部的材料中可以用更少的Si、Bi以及Pb。
进一步地，由下述质量百分比的原料组成:0.05％的Fe、0.015％的Ag、0.1％的Bi、0.05％的Al、0.005％的Pb、0.01％的Ni、0.02％的Zn、0.025％的Mg、0.15％的Si、0.01％的Cr、0.015％的Zr、0.015％砷铜合金和0.004％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质。
上述的组份是最优选，使得铜棒性能最佳。
进一步地，在保温炉中合金液体保持在1250～1320℃，经过输出管输出，并经过慢冷却液体以350℃～400℃/min的速度冷却并在出口处以750～800℃进行热挤压。
合金液体在保温炉内保持在1250～1320℃处于流体状态，不能过高，过高会影响冷却效果，过低会容易在冷却过程中固化，通过以350℃～400℃/min缓慢冷却的方式使得内部晶粒逐渐形成，组织均匀细致，并最终以750～800℃热挤压形成铜棒，此时的温度使得铜棒容易进行表面热处理而不易产生应力及组织裂纹。
进一步地，慢冷却性液体为水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水等。
其中所使用的慢冷却性液体有：PVA(聚乙烯醇)，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，PGA(聚亚烷基二醇)，PEG(聚乙二醇)等水溶性聚合物。还有矿物油、植物油、动物油等油脂类或80℃热水也具有相同效果。
进一步地，所述高频的频率为250～300千赫。
通过高频加热能够快速的是铜棒表面进行二次热处理工艺，同时喷涂的Si更容易进入融入表面形成与原铜合金形成一层硬质合金，强化了表面性能，同时保持内部的加工性。
还包括一种制备所述的铜棒的工艺，包括如下步骤：所述铜棒通过热挤压经过水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水以350℃～400℃/min冷却后，再经过高频频率为250～300千赫交流电式电磁加热将表面温度加热至950～1050℃，同时对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
进一步地，所述热挤压是通过如下步骤进行：
1)将工频炉中制备好的合金液体通过输入管输入保温炉中，泵通过泵送气体或液体经过流体管驱动活塞压缩保温炉中的合金液输出；其中活塞滑动密封设置保温炉的上端；
2)合金液通过输出管进入冷却液体仓中，其中输出管的一部分连通在保温炉的底部，另一部分穿过所述冷却液体仓中并通过输出端向外形成铜棒；
3)步骤2)中形成的铜棒经过环绕其外围的感应线圈经过高频电磁加热后进行喷涂Si粉处理，并空冷最终形成所述铜棒。
通过上述热挤压工艺，热压受力均匀，输出流量稳定，铜棒的成型组织致密。
进一步地，其中输出管内合金液体流速控制在1.5～2m/s，以保证输出端的温度为550～670℃，以形成一定刚度的铜棒。
进一步地，在喷涂步骤中，将每个喷嘴上通3V的直流电，从喷嘴到铜棒之间形成正电压，喷涂雾化气压为0.4～0.6kg/cm2，喷头与铜棒的距离为15～40cm。
通过喷嘴通电后，使得喷涂Si粒子带有电荷，可以快速吸附在铜棒表面上。
进一步地，输出管的另一部分在冷却液体仓成多个U形结构弯折布置。
输出管在冷却液体仓内的多个U形弯折布置使得冷却充分，以保证出口温度在750～800℃。
本发明至少具有以下有益效果：
通过原料中添加微量的铋、硅等元素保证材料的强度和加工性能，同时在铜棒热挤压处理表面高频电磁加热及喷涂硅离子，使得铜棒含铅量低，抗脱锌效果好，同时表面强度高兼具较好的易加工性能。添加少量的Ni提高了抗脱锌效果。Zn、Mg、Ag、Al、Zr使铜的再利用过程中混入的S无害，降低中温脆性，提高延展性和耐热特性。
挤压成型的铜棒通过缓慢冷却使得内部晶粒均匀细化，再通过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的S i粉，使得铜棒表面二次热处理，强度较芯部高，提高了铜棒整体的硬度，同时又兼具加工良好的加工性能，使得内部的材料中可以用更少的Si、Bi以及Pb。
附图说明
图1是制备本发明铜棒工艺的一种实施例流程示意图；
图中，1-保温炉；2-合金液体；3-活塞；4-输出管；5-泵；6-流体管；7-冷却液体仓；8-感应线圈；9-喷涂单元；10-铜棒，11-输入管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
一种低铅抗脱锌环保铜棒，由下述质量百分比的原料组成:
0.05～0.09％的Fe、0.003～0.05％的Ag、0.1～0.15％的Bi、0.01～0.08％的Al、0.005～0.01％的Pb、0.002～0.015％的Ni、0.01～0.06％的Zn、0.002～0.05％的Mg、0.05～0.2％的Si、0.005～0.02％的Cr、0.001～0.03％的Zr、0.005～0.02％砷铜合金和0.004～0.0045％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质；并且所述铜棒通过热挤压经过慢冷却液体冷却后，再经过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
Si是一种能确保高温强度的有效元素。但含量过多，会损害加工性能，因此，其使用上限为0.2％。
实验证明，Ni具有抑制Zn的扩散的效果,但是，将Ni过量地添加，不仅对强度提高或耐热性提高没有帮助，反而且热变形阻抗增大。因此Ni的添加量在0.002～0.015％的范围。
Zn、Mg、Ag、Al、Zr使铜的再利用过程中混入的S无害，降低中温脆性，提高延展性和耐热特性。若Zn、Mg、Ag、Al、Si、Cr、Zr少于组成范围的下限，则不发挥上述的效果。若超过上限，不仅上述的效果饱和，而且导电性开始降低，热变形阻抗增大，变形能变差。实验证明，Zn的添加量在0.01～0.06％的范围，Mg的添加量在0.002～0.05％的范围，Ag的添加量在0.003～0.05％的范围，Al的添加量在0.01～0.08％的范围，Zr的添加量在0.001～0.03％的范围。
挤压成型的铜棒通过缓慢冷却使得内部晶粒均匀细化，再通过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的S i粉，使得铜棒表面二次热处理，强度较芯部高，提高了铜棒整体的硬度，同时又兼具加工良好的加工性能，使得内部的材料中可以用更少的Si、Bi以及Pb。
进一步地，由下述质量百分比的原料组成:0.05％的Fe、0.015％的Ag、0.1％的Bi、0.05％的Al、0.005％的Pb、0.01％的Ni、0.02％的Zn、0.025％的Mg、0.15％的Si、0.01％的Cr、0.015％的Zr、0.015％砷铜合金和0.004％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质。
上述的组份是最优选，使得铜棒性能最佳。
进一步地，在保温炉中合金液体保持在1250～1320℃，经过输出管输出，并经过慢冷却液体以350℃～400℃/min的速度冷却并在出口处以750～800℃进行热挤压。
合金液体在保温炉内保持在1250～1320℃处于流体状态，不能过高，过高会影响冷却效果，过低会容易在冷却过程中固化，通过以350℃～400℃/min缓慢冷却的方式使得内部晶粒逐渐形成，组织均匀细致，并最终以750～800℃热挤压形成铜棒，此时的温度使得铜棒容易进行表面热处理而不易产生应力及组织裂纹。
进一步地，慢冷却性液体为水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水等。
其中所使用的慢冷却性液体有：PVA(聚乙烯醇)，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，PGA(聚亚烷基二醇)，PEG(聚乙二醇)等水溶性聚合物。还有矿物油、植物油、动物油等油脂类或80℃热水也具有相同效果。
进一步地，所述高频的频率为250～300千赫。
通过高频加热能够快速的是铜棒表面进行二次热处理工艺，同时喷涂的Si更容易进入融入表面形成与原铜合金形成一层硬质合金，强化了表面性能，同时保持内部的加工性。
实施例二
如图1所示，还包括一种制备所述的铜棒的工艺，包括如下步骤：所述铜棒10通过热挤压经过水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水以350℃～400℃/min冷却后，再经过高频频率为250～300千赫交流电式电磁加热将表面温度加热至950～1050℃，同时对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
进一步地，所述热挤压是通过如下步骤进行：
1)将工频炉中制备好的合金液体2通过输入管11输入保温炉1中，泵5通过泵送气体或液体经过流体管6驱动活塞3压缩保温炉1中的合金液2输出；其中活塞3滑动密封设置保温炉1的上端；
2)合金液2通过输出管4进入冷却液体仓7中，其中输出管4的一部分连通在保温炉1的底部，另一部分穿过所述冷却液体仓7中并通过输出端向外形成铜棒10；
3)步骤2)中形成的铜棒10经过环绕其外围的感应线圈8经过高频电磁加热后进行喷涂Si粉处理，并空冷最终形成所述铜棒10。
通过上述热挤压工艺，热压受力均匀，输出流量稳定，铜棒10的成型组织致密。
进一步地，其中输出管4内合金液体流速控制在1.5～2m/s，以保证输出端的温度为550～670℃，以形成一定刚度的铜棒10。
进一步地，在喷涂步骤中，将喷涂单元9上的每个喷嘴上通3V的直流电，从喷嘴到铜棒之间形成正电压，喷涂雾化气压为0.4～0.6kg/cm2，喷头与铜棒的距离为15～40cm。
通过喷嘴通电后，使得喷涂Si粒子带有电荷，可以快速吸附在铜棒表面上。
进一步地，输出管的另一部分在冷却液体仓成多个U形结构弯折布置。
输出管在冷却液体仓内的多个U形弯折布置使得冷却充分，以保证出口温度在750～800℃。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低铅抗脱锌环保铜棒，其特征在于，由下述质量百分比的原料组成:
0.05～0.09％的Fe、0.003～0.05％的 Ag、0.1～0.15％的Bi、0.01～0.08％的Al、0.005～0.01％的Pb、0.002～0.015％的Ni、0.01～0.06％的Zn、0.002～0.05％的Mg、0.05～0.2％的Si、0.005～0.02％的Cr、0.001～0.03％的Zr、0.005～0.02％砷铜合金和0.004～0.0045％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质；并且所述铜棒通过热挤压经过慢冷却液体冷却后，再经过高频电磁加热将表面温度加热至950～1050℃后对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
2.如权利要求1所述的低铅抗脱锌环保铜棒，其特征在于，由下述质量百分比的原料组成: 0.05％的Fe、0.015％的 Ag、0.1％的Bi、0.05％的Al、0.005％的Pb、0.01％的Ni、0.02％的Zn、0.025％的Mg、0.15％的Si、0.01％的Cr、0.015％的Zr、0.015％砷铜合金和0.004％B元素变质细化剂，其余为Cu及杂质。
3.如权利要求1或2所述的低铅抗脱锌环保铜棒，其特征在于，在保温炉中合金液体保持在1250～1320℃，经过输出管输出，并经过慢冷却液体以350℃～400℃/min的速度冷却并在出口处以750～800℃进行热挤压。
4.如权利要求3所述的低铅抗脱锌环保铜棒，其特征在于，慢冷却性液体为水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水。
5.如权利要求1或2所述的低铅抗脱锌环保铜棒，其特征在于，所述高频的频率为250～300千赫。
6.一种制备如权利要求3所述的铜棒的工艺，其特征在于，包括如下步骤：所述铜棒通过热挤压经过水溶性聚合物或油脂类或大于80℃热水以350℃～400℃/min冷却后，再经过高频频率为250～300千赫交流电式电磁加热将表面温度加热至950～1050℃，同时对表面喷涂600～800目的Si粉的工序制成。
7.如权利要求6所述的铜棒的工艺，其特征在于，所述热挤压是通过如下步骤进行：
1）将工频炉中制备好的合金液体通过输入管（11）输入保温炉（1）中，泵（5）泵送气体或液体经过流体管（6）驱动活塞（3）压缩保温炉（1）中的合金液输出；其中活塞（3）滑动密封设置保温炉（1）的上端；
2）合金液通过输出管（4）进入冷却液体仓（7）中，其中输出管（4）的一部分连通在保温炉（1）的底部，另一部分穿过所述冷却液体仓（7）中并通过输出端向外形成铜棒（10）；其中输出端长度为0.5～1m，输出端的孔径为输出管孔径的60％～75％以形成热挤压成型；
3）步骤2）中形成的铜棒（10）经过环绕其外围的感应线圈（8）经过高频电磁加热后进行喷涂Si粉处理，并空冷最终形成所述铜棒。
8.如权利要求7所述的铜棒的工艺，其特征在于，其中输出管（4）内合金液体流速控制在1.5～2m/s，以保证输出端的温度为550～670℃，以形成一定刚度的铜棒。
9.如权利要求8所述的铜棒的工艺，其特征在于，在喷涂步骤中，将每个喷嘴上通3V的直流电，从喷嘴到铜棒之间形成正电压，喷涂雾化气压为0.4～0.6kg/cm2，喷头与铜棒的距离为15～40cm。
10.如权利要求7所述的铜棒的工艺，其特征在于，输出管（4）的另一部分在冷却液体仓（7）成多个U形结构弯折布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 317600 Kanmen Science and Technology Industrial Park, Yuhuan City, Taizhou City, Zhejiang Province Applicant after: Yuhuan Aolong Valve Co.,Ltd. Address before: 317600 Kanmen Science and Technology Industrial Park, Yuhuan County, Taizhou City, Zhejiang Province Applicant before: YUHUAN AOLONG VALVES Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of low lead anti-dezincification environmental protection copper rod and preparation process Effective date of registration: 20220822 Granted publication date: 20190709 Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd. Yuhuan branch Pledgor: Yuhuan Aolong Valve Co.,Ltd. Registration number: Y2022330001870 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |