CN109468488A - 低铅抗脱锌黄铜合金及其制备方法 - Google Patents

低铅抗脱锌黄铜合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下组分：Cu，Fe，Ni，Pb，Sn，Al，As，Zn。本发明还公开了低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法。本发明的另一个目的是提供一种低铅抗脱锌黄铜合金，将铅含量控制在0.16～0.25％之间，切削性能可达到普通HPb59‑1铅黄铜的78～88％，已满足日常加工需求，且本发明的黄铜合金不含铋不存在热脆性的隐患，同时将砷含量控制在0.08～0.15％之间，使黄铜合金具有良好的抗脱锌能力，满足卫浴产品的使用要求。

Description

低铅抗脱锌黄铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金技术领域。更具体地说，本发明涉及一种低铅抗脱锌黄铜合金。
背景技术
黄铜具有优良的导电性和环境友善性，广泛应用于卫浴、建筑、机械等技术领域，但黄铜的切削性能并不好，目前为了改善黄铜的切削性能，向黄铜中加入铋替代铅来保证黄铜的切削性能，但是黄铜中含铋导致黄铜存在热脆性的隐患，这不利于黄铜的加工，因此，需要一种新的黄铜合金使其具备良好的切削性能，而不产生其他问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种低铅抗脱锌黄铜合金，将铅含量控制在0.16～0.25％之间，切削性能可达到普通HPb59-1铅黄铜的78～88％，已满足日常加工需求，且本发明的黄铜合金不含铋不存在热脆性的隐患，同时将砷含量控制在0.08～0.15％之间，使黄铜合金具有良好的抗脱锌能力，满足卫浴产品的使用要求。
为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62～63.5％的Cu，0.05～0.15％的Fe，0.05～0.15％的Ni，0.16～0.25％的Pb，0.05～0.2％的Sn，0.5～0.7％的Al，0.08～0.15％的As，余量的Zn。
本发明还提供了一种低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将上述重量份的Cu和Zn原料加入熔炼炉中于温度为1100～1150℃下熔化，然后再加入上述重量份的Pb、Sn、Al、As加入至熔炼炉中，降温至900～950℃，待原料熔化后再加入上述重量份的Cu-Fe合金和Cu-Ni合金，最后升温至1050～1100℃，得到合金溶液，然后加入精炼剂进行精炼；
S2、将精炼后的合金溶液浇注至模具内，脱模，冷却即得低铅抗脱锌黄铜合金。
优选的是，所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，精炼剂包括以下重量份组分：20～30份的碳酸铍、25～35份的碳酸钡、25～30份的碳酸镁、25～30份的碳酸钙、1～2份的羟丙基甲基纤维素份、0.5～1份的聚醚醚酮、0.5～1份的氟硅酸钠、0.1～0.5份的酚醛树脂、0.1～0.5份的松香树脂；
其中，精炼时，加入精炼剂至合金溶液中，并控制温度为1000～1050℃，并于搅拌下保持5～10min，除渣，即完成精炼。
优选的是，所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S2中脱模后还对合金进行退火处理，退火具体包括：先于温度为450～500℃下保持1h，然后以10～15℃/min速率降温至250～300℃保持1～2h，再以8～10℃/min升温至450～500℃并保持0.5h，然后以5～10℃/min速率降温至250～300℃保持0.5～1h，再以12～15℃/min升温至450～500℃并保持1h，即完成合金退火处理。。
优选的是，所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S1中加入Cu和Zn原料后，还加入重量为Cu重量0.5％的覆盖剂，所述覆盖剂包括以下重量份组分：3～5份的石墨、5～10份的珍珠岩、1～3份的氧化铝、1～3份的氧化镁、0.5～1份的麦饭石、1～2份的冰晶石粉、1～2份的海绵钛、0.5～1份的Cu-La合金、0.2～0.5份的Cu-Nd合金、0.3～0.6份的Cu-Gd合金、0.3～0.5份的Cu-Yb合金。
优选的是，所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，加入精炼剂的质量为合金溶液质量的0.5～1％。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明的低铅抗脱锌黄铜合金，将铅含量控制在0.16～0.25％之间，切削性能可达到普通HPb59-1铅黄铜的78～88％，已满足日常加工需求，且本发明的黄铜合金不含铋不存在热脆性的隐患，同时铅的含量低可满足卫浴产品的使用要求。
2、本发明的低铅抗脱锌黄铜合金，通过将砷含量控制在0.08～0.15％之间，经试验表明该合金的平均脱锌深度均小于100um，具有良好的抗脱锌能力，满足卫浴产品的使用要求。
3、本发明的低铅抗脱锌黄铜合金，在制备过程中，还加入精炼剂，精炼剂中羟丙基甲基纤维素份、聚醚醚酮、氟硅酸钠、酚醛树脂、松香树脂经加热后分解产生气体，可减少合金的氧化，而产生的气体使原料中不可避免的杂质上浮，减少熔体夹杂，而碳酸铍、碳酸钡、碳酸镁、碳酸钙在高温下分解产生气体进一步使杂质上浮起到精炼杂质的目的，从而使合金结晶性更好，从整体上提高黄铜合金的力学性能，试验表明加入精炼剂后黄铜合金的抗拉强度以及拉伸率均有所提高。
4、本发明的低铅抗脱锌黄铜合金，在制备过程中，还加入覆盖剂，覆盖剂中石墨、珍珠岩、麦饭石、冰晶石粉、海绵钛可吸附合金溶液中的杂质，同时覆盖剂中还含有Cu-La合金、Cu-Nd合金、Cu-Gd合金、Cu-Yb合金，La、Nd、Gd、Yb均为稀土元素，这些稀土元素为表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低熔体粘度，增强流动性，降低相与相之间的拉力，从而结晶核数量增加晶粒细化，从而使制备得到的合金在加工时变形均匀、性能优异、塑性好，试验表明加入精炼剂后黄铜合金的抗拉强度以及拉伸率均有所提高。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.16％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.08％的As，余量的Zn。
实施例2
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.25％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.08％的As，余量的Zn。
实施例3
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.2％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.08％的As，余量的Zn。
实施例4
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.2％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.1％的As，余量的Zn。
实施例5
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.2％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.15％的As，余量的Zn。
实施例6
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：63.5％的Cu，0.15％的Fe，0.15％的Ni，0.25％的Pb，0.2％的Sn，0.7％的Al，0.13％的As，余量的Zn。
实施例7
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：63％的Cu，0.1％的Fe，0.1％的Ni，0.2％的Pb，0.15％的Sn，0.6％的Al，0.12％的As，余量的Zn。
上述低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将上述重量份的Cu和Zn原料加入熔炼炉中于温度为1100℃下熔化，然后再加入上述重量份的Pb、Sn、Al、As加入至熔炼炉中，降温至900℃，待原料熔化后再加入上述重量份的Cu-Fe合金和Cu-Ni合金，最后升温至1050℃，得到合金溶液，然后加入精炼剂进行精炼；此处Fe、Ni分别以Cu-Fe合金和Cu-Ni合金的形式加入，且Cu-Fe合金中Cu、Fe分别含50％，Cu-Ni合金中Cu、Fe分别含50％，这样最终加入的Cu的重量份为62.8份、Zn的重量份为35.73份、Pb的重量份为0.2份、Sn的重量份为0.15份、Al的重量份为0.6份、As的重量份为0.12份、Cu-Fe合金的重量份为0.2份、Cu-Ni合金的重量份为0.2份，这样即可满足上述含量配比。
S2、将精炼后的合金溶液浇注至模具内，脱模，冷却即得低铅抗脱锌黄铜合金。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，精炼剂包括以下重量份组分：20份的碳酸铍、25份的碳酸钡、25份的碳酸镁、25份的碳酸钙、1份的羟丙基甲基纤维素份、0.5份的聚醚醚酮、0.5份的氟硅酸钠、0.1份的酚醛树脂、0.1份的松香树脂；
其中，精炼时，加入精炼剂至合金溶液中，并控制温度为1000℃，并于搅拌下保持5min，除渣，即完成精炼。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S2中脱模后还对合金进行退火处理，退火具体包括：先于温度为450℃下保持1h，然后以10℃/min速率降温至250℃保持1h，再以8℃/min升温至450℃并保持0.5h，然后以5℃/min速率降温至250℃保持0.5h，再以12℃/min升温至450℃并保持1h，即完成合金退火处理。。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S1中加入Cu和Zn原料后，还加入重量为Cu重量0.5％的覆盖剂，所述覆盖剂包括以下重量份组分：3份的石墨、5份的珍珠岩、1份的氧化铝、1份的氧化镁、0.5份的麦饭石、1份的冰晶石粉、1份的海绵钛、0.5份的Cu-La合金、0.2份的Cu-Nd合金、0.3份的Cu-Gd合金、0.3份的Cu-Yb合金。
实施例8
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：63.5％的Cu，0.1％的Fe，0.1％的Ni，0.2％的Pb，0.1％的Sn，0.6％的Al，0.15％的As，余量的Zn。
本发明还提供了一种低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、将上述重量份的Cu和Zn原料加入熔炼炉中于温度为1150℃下熔化，然后再加入上述重量份的Pb、Sn、Al、As加入至熔炼炉中，降温至950℃，待原料熔化后再加入上述重量份的Cu-Fe合金和Cu-Ni合金，最后升温至1100℃，得到合金溶液，然后加入精炼剂进行精炼；此处Fe、Ni分别以Cu-Fe合金和Cu-Ni合金的形式加入，且Cu-Fe合金中Cu、Fe分别含50％，Cu-Ni合金中Cu、Fe分别含50％，这样最终加入的Cu的重量份为63.3份、Zn的重量份为35.25份、Pb的重量份为0.2份、Sn的重量份为0.1份、Al的重量份为0.6份、As的重量份为0.15份、Cu-Fe合金的重量份为0.2份、Cu-Ni合金的重量份为0.2份，这样即可满足上述含量配比。
S2、将精炼后的合金溶液浇注至模具内，脱模，冷却即得低铅抗脱锌黄铜合金。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，精炼剂包括以下重量份组分：30份的碳酸铍、35份的碳酸钡、30份的碳酸镁、30份的碳酸钙、2份的羟丙基甲基纤维素份、1份的聚醚醚酮、1份的氟硅酸钠、0.5份的酚醛树脂、0.5份的松香树脂；
其中，精炼时，加入精炼剂至合金溶液中，并控制温度为1050℃，并于搅拌下保持10min，除渣，即完成精炼。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S2中脱模后还对合金进行退火处理，退火具体包括：先于温度为500℃下保持1h，然后以15℃/min速率降温至300℃保持2h，再以10℃/min升温至500℃并保持0.5h，然后以10℃/min速率降温至300℃保持1h，再以15℃/min升温至500℃并保持1h，即完成合金退火处理。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，S1中加入Cu和Zn原料后，还加入重量为Cu重量0.5％的覆盖剂，所述覆盖剂包括以下重量份组分：5份的石墨、10份的珍珠岩、3份的氧化铝、3份的氧化镁、1份的麦饭石、2份的冰晶石粉、2份的海绵钛、1份的Cu-La合金、0.5份的Cu-Nd合金、0.6份的Cu-Gd合金、0.5份的Cu-Yb合金。
所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，加入精炼剂的质量为合金溶液质量的1％。
对比例1
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.05％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.08％的As，余量的Zn。
对比例2
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，1％的Bi，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.08％的As，余量的Zn。
对比例3
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.2％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.05％的As，余量的Zn。
对比例4
一种低铅抗脱锌黄铜合金，包括以下重量百分比的组分：62％的Cu，0.05％的Fe，0.05％的Ni，0.2％的Pb，0.05％的Sn，0.5％的Al，0.2％的As，余量的Zn。
对比例5
同实施例7，不同在于加入的精炼剂为宁波鼎创新材料有限公司生产的H70精炼剂。
对比例6
同实施例7，不同在于加入的覆盖剂为哈尔滨市呼兰区北辰铸造辅助材料厂生产的DFC-600覆盖剂。
将实施例1～2、对比例1～2、以及市场上HPb59-1铅黄铜(pb含量为1％)的合金材料制成直径为12mm的铜棒，分别置于数控车床上，使用YDC-1189A三项压电车削测力仪分别测试铜棒的轴向分力Fy、径向分力Fx、主分力Fz，测试条件为：切削速度为：50m/min进给量为:0.1㎜/rev，切削深度为1㎜，测试结果如下表1所示。
表1-不同实施例制得的铜棒切削性能
由上表1可看出，实施例1、实施例2的主分力分别为137.4N、121.85N而普通HPb59-1铅黄铜的主分力为106.25N，由此可知本发明的低铅抗脱锌黄铜合金的切削性能可达到普通HPb59-1铅黄铜的78～88％，已满足日常加工需求，而对比文件2的合金材料虽然切削性能与普通HPb59-1铅黄铜相当，但由于是黄铜中含铋导致黄铜存在热脆性的隐患，这不利于黄铜的加工，而本发明的黄铜合金不含铋不存在热脆性的隐患，而对比例1中黄铜合金的切削性能仅为普通HPb59-1铅黄铜的50％，不满足加工需求，因此本发明的低铅抗脱锌黄铜合金铅含量控制在0.16～0.25％之间，不仅可保证良好的切削性，且不含铋不存在热脆性的隐患，同时铅的含量低满足卫浴产品的使用要求。
将实施例3～5、对比例3～4的合金材料制成直径为12mm的铜棒按国标GB T10119-2008测试铜棒的脱锌性能，结果如下表2所示。
表2-不同实施例制得的铜棒切削性能
实施例 最大脱锌深度(um) 平均脱锌深度(um)
实施例3 110 96
实施例4 105 90
实施例5 100 86
对比例3 180 150
对比例4 98 83
由上表2可看出，在一定范围内随着砷含量平均脱锌深度减小，抗脱锌能力增强，在砷含量在0.08～0.15％之间低铅抗脱锌黄铜合金的平均脱锌深度均小于100um，满足要求，当砷含量太小，如对比例3砷含量为0.05％，其平均脱锌深度为150um，远远不满足使用要求，而砷含量太大超过0.15％后，如对比例4中砷含量为0.2％，且平均脱锌深度为83um，相比砷含量为0.15％，对黄铜合金材料的抗脱锌能力提升不明显。
将实施例7～8、对比例5～6制备得到的合金材料，分别测试其抗拉强度以及拉伸率，结果如表3所示。
表3-不同实施例制得的合金材料的抗拉强度以及拉伸率
由上表3可看出，本发明在精炼过程中加入精炼剂以及覆盖剂，均可提高黄铜合金的抗拉强度以及拉伸率均有所提高。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.低铅抗脱锌黄铜合金，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：62～63.5％的Cu，0.05～0.15％的Fe，0.05～0.15％的Ni，0.16～0.25％的Pb，0.05～0.2％的Sn，0.5～0.7％的Al，0.08～0.15％的As，余量的Zn。
2.如权利要求1所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将上述重量份的Cu和Zn原料加入熔炼炉中于温度为1100～1150℃下熔化，然后再加入上述重量份的Pb、Sn、Al、As加入至熔炼炉中，降温至900～950℃，待原料熔化后再加入上述重量份的Cu-Fe合金和Cu-Ni合金，最后升温至1050～1100℃，得到合金溶液，然后加入精炼剂进行精炼；
S2、将精炼后的合金溶液浇注至模具内，脱模，冷却即得低铅抗脱锌黄铜合金。
3.如权利要求2所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，其特征在于，精炼剂包括以下重量份组分：20～30份的碳酸铍、25～35份的碳酸钡、25～30份的碳酸镁、25～30份的碳酸钙、1～2份的羟丙基甲基纤维素份、0.5～1份的聚醚醚酮、0.5～1份的氟硅酸钠、0.1～0.5份的酚醛树脂、0.1～0.5份的松香树脂；
其中，精炼时，加入精炼剂至合金溶液中，并控制温度为1000～1050℃，并于搅拌下保持5～10min，除渣，即完成精炼。
4.如权利要求2所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，其特征在于，S2中脱模后还对合金进行退火处理，退火具体包括：先于温度为450～500℃下保持1h，然后以10～15℃/min速率降温至250～300℃保持1～2h，再以8～10℃/min升温至450～500℃并保持0.5h，然后以5～10℃/min速率降温至250～300℃保持0.5～1h，再以12～15℃/min升温至450～500℃并保持1h，即完成合金退火处理。
5.如权利要求2所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，其特征在于，S1中加入Cu和Zn原料后，还加入重量为Cu重量0.5％的覆盖剂，所述覆盖剂包括以下重量份组分：3～5份的石墨、5～10份的珍珠岩、1～3份的氧化铝、1～3份的氧化镁、0.5～1份的麦饭石、1～2份的冰晶石粉、1～2份的海绵钛、0.5～1份的Cu-La合金、0.2～0.5份的Cu-Nd合金、0.3～0.6份的Cu-Gd合金、0.3～0.5份的Cu-Yb合金。
6.如权利要求3所述的低铅抗脱锌黄铜合金的制备方法，其特征在于，加入精炼剂的质量为合金溶液质量的0.5～1％。
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