CN1108313A

CN1108313A - 防爆铸造铝铜基合金

Info

Publication number: CN1108313A
Application number: CN 94119438
Authority: CN
Inventors: 刘东起; 陈伟; 许仪
Original assignee: BEIJING SMELTERY
Current assignee: BEIJING SMELTERY
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1995-09-13

Abstract

防爆铸造铝铜基合金，适用于制造含有高沼气及其他易燃易爆气体环境中使用的器具。其特征在于在铝-铜基合金中加入选自锡、铅、铋、锌四种元素中的两种或两种以上的元素。该合金具有可靠的防爆性能、机械性能、耐腐蚀性能和优良的铸造性能，且成本低廉。提供了一种能在有易燃易爆气体环境中使用的新型铝合金。

Description

本发明属于合金技术领域，特别涉及一种铝铜基合金，是一种新颖的具有防爆性能的铸造铝铜基合金。适用于制造煤矿井下、化工、轻工等领域中，在含有高浓度沼气或其他易燃、易爆气体环境下使用的器具。

由于铝合金具有重量轻、机械性能好的特点，在各行业得到广泛的应用，但一般铝合金在含有易燃易爆气体的煤矿等行业中的应用，由于在使用中容易产生冲击摩擦火花，引燃易燃易爆气体而受到限制，为此许多国家开展了铝合金材料应用于上述环境中安全性问题的研究，并在铝合金材料的化学成分对冲击摩擦火花引起可燃性气体的影响和关系方面也作了研究。英国人曾用符合BS1490标准的七种铝镁铸造合金作试验，把它们与锈钢冲击时，产生的摩擦火花的引燃危险性进行试验，发现铸造铝合金产生的摩擦火花引燃爆炸性气体的能力与含镁量有重要的关系，而这七种合金的最大允许含镁量为0.5%～11.0%，硅和铜的最大允许含量分别为0.3%～13%和0.1%～4.0%。前苏联的研究人员建议使用含镁量不超过0.5%的原炼铝合金制造矿山设备零件。1950年12月的西德专利1033909提出在高沼气环境下使用含铜2～5.5%，钛2～7%，铍0.01～0.05%，镁0.4%铝合金安全性好。在日本有人提出在硅铝明中添加微量铍，可以提高合金的防爆性能。我国国家标准GB 3836《爆炸性环境中用防爆电气设备通用要求》中规定：可以用含镁量低于0.5%的铝合金来保证使用时的安全性。根据这一规定，在我国煤矿井下的煤电钻外壳、灯具和仪器仪表壳体等，目前采用含镁量不大于0.3%的ZL104和ZL401合金。国家标准GB13813-92《煤矿用金属材料摩擦火花安全性通用试验方法》规定，当轻合金材料在自由落锤冲击试验中，重锤冲击32次的情况下，未发生一次引燃试验气体，方为该轻合金材料摩擦火花安全性合格，即防爆性能合格，否则为不合格。将ZL104和ZL401以及国家标准中各牌号铝硅系、铝铜系、铅锌系的铸造合金，按照GB13813-92的规定，进行防爆性能试验，着火率均大于10%，都达不到要求。对前述的西德1033909号专利和日本人提出的硅铝明加微量铍这两种材料也按GB13813-92进行测试，它们的着火率均大于30%，达不到该标准的要求。

本发明的任务在于寻求一种适于制造在含有高沼气或其他易燃易爆气体环境中使用的器具的防爆铸造铝合金。

本发明的防爆铸造铝铜基合金，其特征在于在铝-铜基合金中加入选自锡、铅、铋、锌四种元素中的两种或两种以上的元素，其合金成分（重量百分比）为：Cu3.3～5.7%，Sn0～2.5%，Pb0～3.0%，Bi0～3.0%，Zn0～2.5%，且锡、铅、铋、锌四种元素的含量总和为：0.5～5.0%，余量为铝及不可避免的杂质，其中Mg<0.05%，Fe<0.5%。在合金中还可以加入硅、锰、钛、硼、铍元素，其加入量（重量百分比）为：Si0.9～2.5%，Mn0.2～0.6%，Ti0.1～0.3%，B0.02～0.04%，Be0.01～0.05%。

该合金具有可靠的防爆性能、机械性能、耐腐蚀性能和优良的铸造性能，且成本低廉。

本发明各合金元素的作用是：

铝铜是基体元素。

硅适量添加能改善合金铸造性能和机械性能，同时使合金具有较好的气密性。

锰用于中和杂质铁的有害作用，提高合金的保温强度和高温性能。

钛、硼、铍作用是细化合金晶粒，提高强度并改善合金的塑性，增加韧性。

加入总量不超过5.0%的锡、铅、铋、锌，可以明显改善铝铜合金的防爆性能，而且不影响合金的铸造性能和机械性能。

本发明合金中，杂质元素镁的含量应该严格限制，不得超过0.05%，同时按要求Fe<0.5%，否则将恶化本合金的防爆性能。

按照本发明配方制造的防爆铸造铝铜基合金，由于多种微量添加元素的存在和它们之间的相互匹配作用，保证了该合金具有优良的机械性能、铸造性能、抗腐蚀性能和防爆性能。其防爆安全性能全面满足GB13813-92的规定，可以在恶劣的环境中使用。

本发明的防爆铸造铝铜基合金，配制熔炼是在电阻炉石坩埚中进行，各合金化元素均以铝基二元素中间合金形式加入，熔炼温度700～760℃，除气精炼剂是氮气，精炼除气时间10～15分钟，精炼温度730～740℃，浇注温度720℃，可以采用砂型铸造、金属模铸造或压力铸造而成铸件制品。

用本发明的铸造铝铜基合金制成铸件，按照GB13813-92的规定进行防爆性能试验，完全符合要求。本发明成功地解决了在煤矿井下及其他易燃易爆气体存在的危险环境中使用铝合金材料的安全性问题。

表1为本发明合金与对比合金ZL104，ZL401，ZL201的化学成份。

表2为本发明合金与对比合金ZL104，ZL401，ZL201的物理性能、铸造性能、机械性能和防爆性能。

表3为本发明的实施例。

表3中各种化学元素在合金中所占的份量都是按重量百分比计算，杂质元素镁的含量均不大于0.05%。

注：表中成份为重量百分比

Claims

1、防爆铸造铝铜基合金，其特征在于在铝-铜基合金中加入选自锡、铅、铋、锌四种元素中的两种或两种以上的元素，其合金成分(重量百分比)为：Cu3.3～5.7%，Sn0～2.5%，Pb0～3.0%，Bi0～3.0%，Zn0～2.5%，且锡、铅、铋、锌四种元素的含量总和为：0.5～5.0%，余量为铝及不可避免的杂质，其中Mg＜0.05%，Fe＜0.5%。

2、根据权利要求1所述的铝-铜基合金，其特征在于合金中还可以加入硅、锰、钛、硼、铍元素，其加入量（重量百分比）为：Si0.9～2.5%，Mn0.2～0.6%，Ti0.1～0.3%，B0.02～0.04%，Be0.01～0.05%。