CN117210715A - 一种新型仿金色合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型仿金色合金及其制备方法，以所述新型仿金色合金的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：Al：0.5‑2wt％，Zn：35‑43wt％，Ge：0.01‑0.5wt％，Dy：0.01‑0.5wt％，余量为Cu。本发明将适量的Zn和Al协同添加，起到基础黄色的作用，一定含量的Al提高了合金的抗变色性能，同时又不至于太大的影响合金铸造性能；微量的锗和镝显著增加合金的亮度，与基础成分的配合，使合金的颜色与黄金相近。锗能显著改善合金熔体的流动性和焊接性能。镝能有效细化合金的晶粒，且改善抗腐蚀性能。仿金色合金中无有毒有害成分，适合工艺品的制备。
Description
技术领域
本发明涉及工艺品类金属的制造技术领域，更具体地说，涉及一种新型仿金色合金及其制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高，金属工艺品已经出现在我们生活的各个方面，并且，对金属工艺品的要求也越来越高。在金属工艺品中，黄金色仍然是最受人们喜爱的颜色，但由于黄金昂贵，难以被普通人接受，尤其是大件物品，如奖牌、奖杯、铸像等,就难以想象采用黄金来制作。所以,寻求价格低廉且性能类似金的代用品,制作各种艺术品已成为迫切的需要。近年来,国内外研究者竞相研制铜基仿金合金来代替纯金,已有相当进展。但普遍存在色泽相差较大、易变色等缺点。
现有的仿金色合金主要是复杂黄铜，主要成分是铜和锌两种元素，其中锌的含量通常为10％～50％，由于锌的加入，纯铜的紫红色转变为黄铜的金色，这种具有金色光泽的铜合金统称为仿金铜合金。二元的铜锌合金称为普通黄铜，在普通黄铜的基础上添加其他合金元素称之为复杂黄铜，由于其他元素的添加使复杂黄铜可以满足某些特定性能的要求。我国在仿金材料领域做了大量的工作，目前已知铜基合金的色泽较接近金黄色，国内外的仿金材料一般都为铜基合金，它们大都具有不同金色度，但还没有一种仿金合金能兼具纯金的耐腐蚀、抗变色与金色度，这致使铜基仿金合金还需要进一步探索和研究。在现有的仿金合金抗变色技术方能，合金主要存在着金色度、耐蚀性能、抗变色性能不能兼顾的科学问题，也存在着生产周期长、使用合金原料昂贵、或存在较大毒性等工程问题。如专利CN201210364 872.7中铜合金的含金量为0.5-10％，专利CN201210369055.0中含银1-20％，因含大量贵金属元素，价格高昂，产业化应用具有相当困难；专利CN87104511.7添加了高熔点且易熔炼过程极易氧化的Ti，给合金的熔铸带来较大难度；专利CN201710688041.8中含高熔点的铁，且Fe在一定条件下能从铜基体析出，形成第二相，易发生电化学腐蚀。CN113564411 A的铝含量达到4～8％，易在熔体状态下生成大量浮渣，使得铸造和焊接性能较差。因此，有必要得到一种金色度、铸造性能和抗变色性能兼顾的新型仿金铜合金及其制备方法.
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成本较低，且易于制取的新型仿金色合金及其制备方法。其目的是为了克服现有仿金合金不能兼顾保持良好的金色度、耐腐蚀和抗变色性能，且因含金和银等价格高的合金元素使材料的制备成本高的问题。
为解决上述问题，本发明提供如下的技术方案：
第一方面，本申请提供了一种新型仿金色合金，以所述新型仿金色合金的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：
Al：0.5-2wt％，
Zn：35-43wt％，
Ge：0.01-0.5wt％，
Dy：0.01-0.5wt％，
余量为Cu。
在一些实施例中，Al+Zn的总质量比为36～44wt％，Ge+Dy的总质量比为0.05～0.8wt％。
本申请第一方面提供的新型仿金色合金原料组分以及重量配比至少具有以下效果：
(1)本发明将适量的Zn和Al协同添加，起到基础黄色的作用，一定含量的Al提高了合金的抗变色性能，同时又不至于太大的影响合金铸造性能；微量的锗和镝显著增加合金的亮度，与基础成分的配合，使合金的颜色与黄金相近。
(2)锗能显著改善合金熔体的流动性和焊接性能。镝能有效细化合金的晶粒，且改善抗腐蚀性能。
(3)仿金色合金中无有毒有害成分，适合工艺品的制备。
第二方面，本申请提供了新型仿金色合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、制取铜镝中间合金，按照Dy的质量百分比为20％的比例取铜和镝，在真空炉中将铜熔化并升温至1250～1350℃，加入金属镝，保温至镝全部熔化后静置4～6分钟，在真空炉内完成浇铸，进而获得Cu-20％Dy的中间合金，将此中间合金破碎，以方便称量；
步骤二、按照重量百分比取各种元素组分，其中镝以中间合金方式加入，各元素的原料均以剪切或破碎的方式加工成块状金属，Cu-20％Dy中间合金以及锗块用铜皮包裹住待用，所用铜皮的重量计入铜的含量；
步骤三、采用非真空感应电炉，在炉内或坩埚内先将四分之一至三分之一的铜料铺入炉底，再将铝和锌加入盖住铜料，将剩余的铜料盖住铝和锌，最后加入石墨颗粒盖在最表面；
步骤四、通电加热，直至熔化，但需控制熔体的温度不超过1050℃；
步骤五，拨开石墨颗粒，加入用铜皮包裹好的锗块和Cu-20％Dy合金块，继续保温8-12分钟后即可铸造，保温温度在1000～1050℃范围之内，铸造后的合金即可作为仿金色合金饰品生产的原料。
在一些实施例中，所述步骤三中，石墨颗粒大小为3～10mm。
在一些实施例中，所述步骤四和步骤五中，熔体的温度和保温温度最佳为1000～1020℃。
在一些实施例中，所述步骤五种，铸造可采用连续铸杆或铁模直接浇铸或直接造粒生产。
本申请第二方面提供的新型仿金色合金的制备方法，至少具有一下效果：
(1)采用Cu-20％Dy中间合金的方式加入Dy，是因为这个成分的Cu-Dy合金的熔点与基础合金的熔体十分相近，使得添加时可以很容易熔化，不需要太高温度，从而避免的锌的烧损，造成颜色变化。
(2)在大气熔炼中不需要将合金加热至纯铜的熔点，使得合金元素的烧损大为减少，能耗降低，同时易控制合金成分。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种新型仿金色合金，所述新型仿金色合金由Cu、Al、Zn、Ge、Dy构成；以所述新型仿金色合金的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：Al：0.5-2wt％，Zn：35-43wt％，Ge：0.01-0.5wt％，Dy：0.01-0.5wt％，余量为Cu。在一些实施例中，Al+Zn的总质量比为36～44wt％，Ge+Dy的总质量比为0.05～0.8wt％。
实施例1
首先配制好Cu-20％Dy中间合金。按照Dy的质量百分比为20％的比例取铜和镝，在真空炉中将铜熔化并升温至1250～1350℃，加入金属镝，保温至镝全部熔化后静置5分钟左右，在真空炉内完成浇铸。获得Cu-20％Dy的中间合金，将此中间合金破碎至小块。
将成分为Al：0.5wt％，Zn：43wt％，Ge：0.01wt％，Dy：0.5wt％，余量为铜的金色铜合金组分配比，分别取纯锌、纯铝、纯锗、上述配制好的Cu-20％Dy中间合金及电解铜，其中纯锗和Cu-20％Dy中间合金用紫铜皮包裹严实。
按照重量百分比取各种元素组分，其中镝以中间合金方式加入，各元素的原料均以剪切或破碎的方式加工成块状金属。Cu-20％Dy中间合金以及锗块用铜皮包裹住待用，所用铜皮的重量计入铜的含量，总重量70kg。
采用内衬坩埚额定容量为100kg的非真空中频感应电炉，在坩埚内先将四分之一的铜料铺入坩埚底，再将铝和锌加入盖住埚底的铜料，将剩余的铜料盖住铝和锌。最后加入粒径为3～10mm的石墨颗粒盖在最表面。
通电加热，坩埚内的炉料开始熔化和均匀化，熔化后观察熔体表面，待全部熔化后插入热电偶，将熔体的温度控制在不超过1050℃，范围为1030～1050℃，熔体的表面始终有石墨颗粒覆盖。
拨开石墨颗粒，往熔体中压入用铜皮包裹好的锗块和Cu-20％Dy合金块，锗块和Cu-20％Dy合金块将迅速熔化；继续在1030～1050℃范围内保温10分钟，在铁模中将铜合金倒入铁模中，即完成铸造。铸造后的合金即可作为仿金色合金饰品生产的原料。
将本发明实施例1的合金与黄金首饰进行色泽对比，可观察对比发现本发明的合金与黄金十分相似。
实施例2
按照实施例1的方法先配制好Cu-20％Dy中间合金。
将成分为Al：2wt％，Zn：35wt％，Ge：0.5wt％，Dy：0.01wt％，余量为铜的金色铜合金组分配比，分别取纯锌、纯铝、纯锗、上述配制好的Cu-20％Dy中间合金及电解铜，其中纯锗和Cu-20％Dy中间合金用紫铜皮包裹严实；
按照重量百分比取各种元素组分，其中镝以中间合金方式加入，各元素的原料均以剪切或破碎的方式加工成块状金属。Cu-20％Dy中间合金以及锗块用铜皮包裹住待用，所用铜皮的重量计入铜的含量，总重量50kg；
采用内衬坩埚额定容量为100kg的非真空中频感应电炉，在坩埚内先将三分之一的铜料铺入坩埚底，再将铝和锌加入盖住埚底的铜料，将剩余的铜料盖住铝和锌。最后加入粒径为3～10mm的石墨颗粒盖在最表面。
通电加热，坩埚内的炉料开始熔化和均匀化，熔化后观察熔体表面，待全部熔化后插入热电偶，将熔体的温度控制在不超过1050℃，范围为1020～1050℃，熔体的表面始终有石墨颗粒覆盖。
拨开石墨颗粒，往熔体中压入用铜皮包裹好的锗块和Cu-20％Dy合金块，锗块和Cu-20％Dy合金块将迅速熔化；继续在1020～1050℃范围内保温10分钟左右，然后对铜液进行造粒，即完成铸造。铸造后的合金即可作为仿金色合金饰品生产的原料。
将本发明实施例2的合金与黄金首饰进行色泽对比，观察对比发现本发明的合金与黄金十分相似。
实施例3
按照实施例1的方法先配制好Cu-20％Dy中间合金。
将成分为Al：1.5wt％，Zn：42wt％，Ge：0.4wt％，Dy：0.4wt％，余量为铜的金色铜合金组分配比，分别取纯锌、纯铝、纯锗、上述配制好的Cu-20％Dy中间合金及电解铜，其中纯锗和Cu-20％Dy中间合金用紫铜皮包裹严实。
按照重量百分比取各种元素组分，其中镝以中间合金方式加入，各元素的原料均以剪切或破碎的方式加工成块状金属。Cu-20％Dy中间合金以及锗块用铜皮包裹住待用，所用铜皮的重量计入铜的含量。
采用带有上引机架的非真空中频感应电炉，在坩埚内先将三分之一的铜料铺入坩埚底，再将铝和锌加入盖住埚底的铜料，将剩余的铜料盖住铝和锌。最后加入粒径为3～10mm的石墨颗粒盖在最表面；
通电加热，坩埚内的炉料开始熔化和均匀化，熔化后观察熔体表面，待全部熔化后插入热电偶，将熔体的温度控制在不超过1050℃，范围为1030～1050℃，熔体的表面始终有石墨颗粒覆盖。
拨开石墨颗粒，往熔体中压入用铜皮包裹好的锗块和Cu-20％Dy合金块，锗块和Cu-20％Dy合金块将迅速熔化；继续在1030～1050℃范围内保温10分钟左右，然后对插入Φ8mm上引结晶器，对铜液进行上引连续铸杆。上引连铸的杆子即可用作为仿金色合金饰品生产的原料。
将本发明实施例3的合金制成丝材，观察对比发现本发明合金的黄金十分相似。
现在，将黄金、实施例1的合金、实施例2的合金、实施例3的合金采用色差仪进行金色度测试：测试结构如下表：
L*---明度轴；a*---红绿色品轴；b*---黄蓝色品轴。
| 牌号 | L* | a* | b* |
| Au | 90.36 | 4.2 | 36 |
| 实施例1 | 87.4 | 2.2 | 21.2 |
| 实施例2 | 89.7 | 1.6 | 15.9 |
| 实施例3 | 89.8 | 1.8 | 14.3 |
对比可知，本发明的合金与比较接近于黄金的金色度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种新型仿金色合金，其特征在于，以所述新型仿金色合金的总重量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：
Al：0.5-2wt％，
Zn：35-43wt％，
Ge：0.01-0.5wt％，
Dy：0.01-0.5wt％，
余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的一种新型仿金色合金，其特征在于：Al+Zn的总质量比为36～44wt％，Ge+Dy的总质量比为0.05～0.8wt％。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的新型仿金色合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制取铜镝中间合金，按照Dy的质量百分比为20％的比例取铜和镝，在真空炉中将铜熔化并升温至1250～1350℃，加入金属镝，保温至镝全部熔化后静置4～6分钟，在真空炉内完成浇铸，进而获得Cu-20％Dy的中间合金，将此中间合金破碎，以方便称量；
步骤二、按照重量百分比取各种元素组分，其中镝以中间合金方式加入，各元素的原料均以剪切或破碎的方式加工成块状金属，Cu-20％Dy中间合金以及锗块用铜皮包裹住待用，所用铜皮的重量计入铜的含量；
步骤三、采用非真空感应电炉，在炉内或坩埚内先将四分之一至三分之一的铜料铺入炉底，再将铝和锌加入盖住铜料，将剩余的铜料盖住铝和锌，最后加入石墨颗粒盖在最表面；
步骤四、通电加热，直至熔化，但需控制熔体的温度不超过1050℃；
步骤五，拨开石墨颗粒，加入用铜皮包裹好的锗块和Cu-20％Dy合金块，继续保温8-12分钟后即可铸造，保温温度在1000～1050℃范围之内，铸造后的合金即可作为仿金色合金饰品生产的原料。
4.根据权利要求3所述的新型仿金色合金的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，石墨颗粒大小为3～10mm。
5.根据权利要求3所述的新型仿金色合金的制备方法，其特征在于：所述步骤四和步骤五中，熔体的温度和保温温度最佳为1000～1020℃。
6.根据权利要求3所述的新型仿金色合金的制备方法，其特征在于：所述步骤五种，铸造可采用连续铸杆或铁模直接浇铸或直接造粒生产。
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