CN1109114C - 无镍白色铜合金 - Google Patents

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Abstract

一种由通式CuaZnbMncAld或CuaZnbMncAldXe表示的无镍白色铜合金,其中,X为选自Si、Ti及Cr的至少一种元素;b、c、d及e分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b<5,7≤c≤17,及0.5≤d≤4,0<e≤0.3,a表示余量,所述合金含有不可避免的元素。所述无镍白色铜合金无因镍产生的变应性问题,并具有优异的强度、硬度、延展性、可加工性和抗腐蚀性,可适用于如,用作衣物上的拉链等上的构件、滑扣、按扣等,或用作金属钮扣、紧束用扣件等衣物附件。

Description

无镍白色铜合金
本发明涉及一种无镍(不含镍)的白色铜合金,所述铜合金具有优异的强度、硬度、延展性、可加工性和抗腐蚀性。所述铜合金可适用于,例如,用作拉链上的构件、滑扣、塞扣等,或用作如金属钮扣、服装紧束件等衣物上的附件。
现被广泛用于如上所述种种扣件的常铜合金,有铜镍锌合金,例如,具有白合金色调的镍银合金,或是以红黄铜、黄铜为代表的铜锌合金等。镍银合金因含有镍作为合金成份而具有优异的抗腐蚀性。然而,当将它用作拉链时,由于拉链的滑扣经常与人体皮肤接触,会产生诸因镍引起的变应性(皮肤过敏)问题。另一方面,以红黄铜或黄铜为代表的铜锌合金因不含镍,因此不会产生镍的变应性问题。但是,所述无镍铜锌合金的色调易泛黄,而无法获得一种白色的合金。
因此,本发明的一个目的是:提供一种白色铜合金,所述铜合金具有优异的、可与镍银相媲美的强度和硬度,且具有优异的延展性、可加工性、抗腐蚀性及白色调;另外,本发明的铜合金因其中不含有镍,所以没有变应性问题。
本发明包括如下所述的(1)-(5)的无镍白色铜合金:
(1)一种无镍的白色铜合金,所述铜合金由下述通式表示:
CuaZnbMncAld
其中,b、c及d分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b<5,7≤c≤17,及0.5<d≤4,a表示余量,所述合金偶尔含有一些不可避免的元素。
(2)一种无镍的白色铜合金,所述铜合金由下述通式表示:
CuaZnbMncAldXe
其中,X为选自Si、Ti及Cr的至少一种元素;b、c、d及e分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b<5,7≤c≤17,及0.5≤d≤4,0<e≤0.3,而a表示余量,所述合金可能含有一些不可避免的元素。
(3)一种如上(1)或(2)所述的无镍白色铜合金,其中,所述铜合金通式中的b、c及d分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b≤4,7≤c≤15,及0.5≤d≤2。
(4)一种如上(1)、(2)或(3)所述的无镍白色铜合金,其中,所述铜合金室温下为单一的α相状态。
(5)一种如上(1)、(2)或(3)中之任一项所述的无镍白色铜合金,其中,所述铜合金具有表征色调的、由JIS Z 8927所定义的a*、b*值,其范围在0≤a*<5,7≤b*<15。
在本发明的组份中,Zn的作用是通过固溶体强化效应(solid solutionstrengthening effect)改善合金的机械特征,同时,减少所述合金的制造成本。
在本发明中,如果Zn含量小于0.5%,则该合金的成本降低效应及强化效应皆变得不够。另一方面,如果Zn含量大于5%,则所述合金的固溶共存的温度范围变宽,容易使宏观偏析现象加剧。同时,也易使所述合金的热传导性能及铸造性能劣化。再有,如果Zn含量大于5%,则该合金的抗季节破裂性能反而低下,而且,随着晶体结构开始成为α+β相,更难获得足够的冷加工性能。
藉由将Zn含量设定于5%或其以下,则合金的抗季节破裂性能不会发生问题,并且,合金状态更加稳定,既使加入在上述通式
CuaZnbMncAldXe
中所定义的元素X。更好的是,Zn含量设定于4%或其以下。
在本发明的组份中,Mn的作用是通过固溶体强化效应改善合金的机械特征,同时,减少所述合金的制造成本。另外,作为部分取代Zn的添加,以上述特定量添加Mn合金,可用以改善抗季节破裂的性能,并防止合金色调过度泛黄。上述Mn的添加还具有降低合金熔点的效果。由此可改善合金的铸造性能,并抑止Zn从金属熔体中的蒸发。
如果,Mn的加入量小于7%,这将使合金色调泛黄。反之,如Mn含量大于17%,则晶体结构发展为α+β相,这将无法获得足够的冷加工性能。较好的是,上述Mn加入量的上限值以15%为宜。
Al具有的作用是:藉由在上述合金表面形成一稳定的氧化物薄膜,而改善合金的抗季节破裂性能。Al也具有通过固溶体强化效应,改善上述合金的机械特性,同时也有降低成本的作用。Al的加入量的下限为0.5%。但Al的加入量太低时,将使合金的抗季节破裂性能及强化效应不够。另一方面,如Al的加入量大于4%,则随着晶体结构发展为α+β相,将使冷加工性能变得不合适。较好的是,Al的加入量为2%或以下。
在本发明的组份中,通式CuaZnbMncAldXe中的X元素(选自Si、Ti及Cr中的至少一种元素)具有的作用是:在所述合金熔炼时,在其金属熔体表面形成一涂层,同时,X元素还具有防止Mn氧化和Zn蒸发的作用。进一步,藉由在所述合金表面形成一稳定的氧化物涂层,可以起到在退火时防止Mn脱去、提高合金抗季节破裂性能的作用,同时,还具有在Mn的氧化过程中防止色调随时间变化的效果。
元素X的加入量下限大于0。然而,如果X的加入量太小,则无法获得足够的如上所述的效果。因此,所述X元素的加入量较好的是在0.02%,或以下。如其加入量大于0.3%,则X元素与合金中的其它元素形成金属间化合物,使其冷加工性能低下。
本发明的合金由单一的α相组成,这样,可以确保充分的冷加工性能。如果合金组成超过本发明中所述组成范围,则合金的晶体结构容易转变成α+β相,这将降低其成形加工性能。
再有,本发明合金的色调范围在0<a*<5,7<b*<15。它们是基于JIS Z 8729定义的L*a*b*色度系列的色度图。
注意,本发明说明书中所述的合金色度表示为心理学亮度指数L*(亮度;L-星)及二个心理学色度指数,即a*(浅绿色-淡红色;a-星号)和b*(浅蓝色-淡黄色;b-星号)。所述心理学亮度指数及心理学色度指数以JIS Z 8729所定义的表示物体彩色的方法表示。特别是,在一合金中,为显示作为本发明特征的白颜色,较好的是,颜色宜接近消色差的,此时所述色度指数a*和b*的值即为上述范围。
以下,根据实施例,更详细地说明本发明。
实施例
如表1所示,制得本发明实施例1-14中的测试材料,并按如下所述的方法进行测试。以同样方式制得表1中所示的比较例1-10的测试材料并进行测试。
称取纯Cu(99.9%)、纯Zn(99.9~99.99%)、纯Mn(99.9%)、纯Al(99.9%)、纯Ti、纯Si及纯Cr,用于配制预定组成200cm3金属锭组份的批料。在氩气氛(100mmHg)下,将每份批料溶于高频感应炉中进行熔炼,保持4分钟后,倒入一铜铸模(φ40mm×28mm长度)中。将制得的铸锭(200cm3)切成长度约为70mm的短条(合金坯),进行挤压成形。在所述短条温度为800℃及容器温度为600℃的条件下,挤出成型所述短条。接着,在800℃下热处理生成的挤出材料(φ8mm×1300mm)1小时后,炉中冷却(上述的处理过程以下称为“热处理”)。将经上述热处理的挤出材料(金属丝)用作测试的基本材料。
将上述制得的测试基本材料用SiC抛光纸及一钻石研磨膏进行镜面抛光加工,并使用一台色差仪(CR-300,Minolta公司制造)进行测试。其测试结果表为如JIS Z 8729定义的L*、a*及b*。
所有本发明的测试材料具有白色色调,并可被用于拉链构件部分,由此形成一个高品位的感觉。
再有,在本发明以上述方法制得的各个测试材料可以观察到其显微结构。本发明的测试材料都是单一的α相组成的合金,并可提供具有良好的冷加工性能的材料。如果,上述合金中共存着如同在比较例中存在的第二相组成,则会在冷加工的过程中发生开裂等现象。在本发明的具有创造性的实施例的材料中,未观察到如上所述的开裂等现象的发生。特别是,在适用并附着于如衣物上的拉链、Y型配件的用途中。使用本发明的材料制得的拉链配件可以紧固地附着于衣物上,而不会发生开裂等现象。
硬度(Hv)表示为在25g负荷下,用一Vickers微硬度计所测得的DPN的值。可以看出,本发明实施例的材料具有等于或大于目前用作扣件配件的镍银合金(比较例10)的硬度,且具有适用作扣件配件的、如强度、硬度等的机械特性。
进而,再对上述测试材料给予80%的应变,观察其表面有无开裂。
在表1中,“○”记号表示材料表面不存在开裂,“×”记号表示材料表面存在开裂,可以明白,在本发明的实施例材料中完全不存在开裂。由此,如前所述,在用于拉链配件等扣件配件时,在将所述拉链配件安装于基布上时,尽管以冷加工方式会产生最大为80%的应变,但可以明白,在如同上述的场合下,本发明中并不存在任何开裂问题。
抗色变性的测量是将上述制得的测试材料用一SiC抛光纸及一钻石研磨膏进行镜面抛光后,置于80℃、90%RH的气氛中,进行恒温恒湿试验。然后,用一台色差计,测得该试样材料表面的抗变色性。耐变色性的评价系将恒温恒湿试验前后的数值代入下式中后,由所得的数值进行计算。
(式中,a*、b*及L*为恒温恒湿试验前的指数,a’*、b’*、L’*为恒温恒湿试验后的指数。)
从上述表1所示的测试结果可以显见:本发明实施例的材料在上述等式中给出较小的数值,所以具有优异的耐变色性能。由此事实可以理解到:在将本发明的材料用作拉链配件等扣件配件时,显示了高度的耐热水水洗时的抗变色性。在该试验中,所谓热水水洗系以在欧洲进行的温水洗涤为标准水洗条件。
                                                                                                 表1
                     合金组成%             色调 结构   硬度(Hv)  80%变形后的开裂情况   变色度   抗季节破裂性能
实施例   Cu   Zn   Mn   Al   Ti   Si   Cr   Ni   色调   a*   b*
  1   余量   2.5   14   1   -   -   -   -   白   3.09   9.66   α   110  ○   6.09   ○
  2   余量   3   15   2   -   -   -   -   白   3.12   9.78   α   113  ○   6.48   ○
  3   余量   2   10   1   -   -   -   -   白   4.52   10.27   α   105  ○   6.15   ○
  4   余量   4   15   1   -   -   -   -   白   3.01   7.75   α   114  ○   6.24   ○
  5   余量   4   7   1   -   -   -   -   白   3.08   9.63   α   113  ○   6.12   ○
  6   余量   4   15   0.5   -   -   -   -   白   2.86   9.41   α   113  ○   6.23   ○
  7   余量   1   14   1.5   -   -   -   -   白   3.03   9.73   α   111  ○   6.93   ○
  8   余量   2.5   14   1   0.05   -   -   -   白   2.89   9.09   α   101  ○   6.73   ○
  9   余量   2.5   14   1   -   0.05   -   -   白   3.00   9.87   α   102  ○   5.17   ○
  10   余量   3   14   1   -   -   0.02   -   白   3.03   9.66   α   101  ○   5.49   ○
  11   余量   2.5   13   1   -   0.1   -   -   白   3.62   7.07   α   131  ○   7.15   ○
  12   余量   2   14   1   -   0.3   -   -   白   3.29   9.40   α   154  ○   7.52   ○
  13   余量   2.5   12   1   -   0.05   0.02   -   白   3.53   8.18   α   130  ○   8.53   ○
  14   余量   2.5   14   1   0.05   0.05   -   -   白   3.30   8.33   α   172  ○   5.86   ○
比较例   1   余量   2.5   14   5   -   -   -   白   1.48   10.38   α+第二相   156  ×   9.68   ○
  2   余量   3   5   1   -   -   -   黄   9.54   13.85   α   85  ○   7.68   ○
  3   余量   2.5   20   1   -   -   -   白   2.95   5.84   α   116  ○   14.61   ○
  4   余量   2.5   20   1   0.05   -   -   白   2.95   5.84   α   136  ○   14.67   ○
  5   余量   2.5   25   4   -   -   -   白   1.43   2.86   α+第二相   164  ×   17.56   ○
  6   余量   24   5   3   -   -   -   黄   -0.70   7.24   α+第二相   125  ×   9.68   ×
  7   余量   2.5   14   1   -   -   -   白   3.08   9.68   α+第二相   165  ×   5.63   ○
  8   余量   2.5   14   1   0.5   -   -   白   3.10   9.65   α+第二相   153  ×   5.47   ○
  9   余量   4   14   1   -   0.5   -   白   3.06   9.71   α+第二相   157  ×   5.24   ○
  10   余量   24   -   -   -   -   13   白   1.14   7.87   α   110  ○   5.25   ○
抗季节破裂性能评估如下。在冷压试验中,对测试材料加以80%的应变后,暴露于由12.5%氨水溶液产生的氨中。观察该材料暴露于氨后是否产生表面开裂。在表1中,“○”记号表示材料表面上不存在开裂,“×”记号表示材料表面上存在开裂,可以明白,在本发明实施例的材料中完全不存在开裂。由此可以理解到:本发明可以提供一种这样材料:所述材料不存在因施以应变而发生的开裂,既使是在用作用于及固定于衣物之上的作拉链配件等扣件配件的场合。
本发明提供了一种无镍铜合金,所述铜合金具有可与镍银相媲美的优异的强度及操作性能,并具有优异的可加工性、抗腐蚀性以及延展性。既使在用作如拉链上的构件、滑扣、塞扣等,或用作如金属钮扣、服装紧束件上的按扣等附件及与人体皮肤解接触的制品时,因所述铜合金中不含有镍,所以,不必担心该合金会对所述制品产生变应性反应,可保持高品位的白色调,从而,具有较高的装饰价值。

Claims (8)

1.一种无镍的白色铜合金,所述铜合金由下述通式表示:
CuaZnbMncAld
其中,b、c及d分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b<5,7≤c≤17,及0.5<d≤4,而a表示余量,所述合金可能含有不可避免的元素。
2.一种无镍的白色铜合金,所述铜合金由下述通式表示:
CuaZnbMncAldXe
其中,X为选自Si、Ti及Cr的至少一种元素;b、c、d及e分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b<5,7≤c≤17,及0.5≤d≤4,0<e≤0.3,而a表示余量,所述合金可能含有不可避免的元素。
3.如权利要求1所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述铜合金通式中的b、c及d分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b≤4,7≤c≤15,及0.5≤d≤2。
4.如权利要求2所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述铜合金通式中的b、c及d分别表示范围如下的重量百分数:0.5≤b≤4,7≤c≤15,及0.5≤d≤2。
5.如权利要求1所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述铜合金在室温下为单一的α相状态。
6.如权利要求2所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述铜合金在室温下为单一的α相状态。
7.如权利要求1所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述的无镍白色铜合金具有表征色调的、由JIS Z 8927所定义的a*、b*值,其范围在0≤a*<5,7≤b*<15。
8.如权利要求2所述的无镍白色铜合金,其特征在于,所述的无镍白色铜合金具有表征色调的、由JIS Z 8927所定义的a*、b*值,其范围在0≤a*<5,7≤b*<15。
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