TW530095B - Nickel-free copper alloy - Google Patents

Description

530095 五、發明説明（I ) I明背景 發明範囿 本發明係關於白色或淡黃色無鎳之銅合金，其具有絕 佳強度，硬度，延展性，可加工性，與防腐蝕性，以及高 品質白色或黃色色調。此銅合金爲非過敏性並因此而適用 於例如滑動扣件之元件，滑動件，停止件及其類似者，或 用於裝飾用具如金屬扣，衣服扣件，及其類似者。 背景技藝說明 傳統上已使用銅合金，例如，在上述扣件中包含銅-鎳-鋅合金如鎳銀其具有白色合金色彩，或銅-鋅合金其 代表爲紅銅紅色黃銅，黃銅，及其類似者。然而，即使此 含鎳之鎳銀有絕佳防腐蝕性，當其用於滑動扣件，例如， 將導致鎳過敏問題，因爲此扣件經常與皮膚接觸。另方面 ，當此無鎳之銅-鋅合金以紅色黃銅或黃銅爲代表時，並 不造成鎳過敏問題，它們傾向於展現淡黃色色彩。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 將鋅用於該合金之元素係用以經由固態溶液而增加合 金強度，硬度，且均勻變形。此外，因爲鋅較銅便宜，可 促成不昂貴但具有絕佳特性之合金。同時，鎳銀的絕佳防 腐蝕性可歸功於其中所含之鎳。 然而，在銅中含元素鋅傾向於大幅減低此材料之防腐 蝕性，導致耐候裂縫（season cracking )問題而造成施工 殘餘變形，特別是當富含鋅之銅合金在冷成形並植於織物 上而製作扣件。同時，即使鎳銀中的鎳作爲合金元素以改 •4· (計先閱讀背而之注意事項再填巧本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 經濟部中央標準局Μ工消費合作社印製 530095 ___ —__^___________—______ 五、發明説明g ) 進使其耐工作應力高於銅-鋅合金，但鎳較貴且引起過敏 反應的問題。値得注意的是已有許多文獻報導案例，由於 去鋅所造成的問題可經由加入少量的砷或錫而得到改善。 另有報導退火可大幅改善應力腐蝕裂縫，或是可由加入少 量各類元素而進一步延長應力腐蝕裂縫壽命。 然而，先前技藝中所考量者幾無有效的方法防止發生 耐候裂縫，當此材料經冷加工而含有殘餘應變時，其發生 甚至不因使用條件之應力負載而定。 本發明槪要 於是，本發明目標係提供銅合金具有比得上鎳銀的絕 佳強度及硬度，並有絕佳延展性，可加工性及防腐蝕性， 以及不造成過敏問題，其係由於其成分中不含鎳。 本發明另一目標在提供白色或淡黃色銅合金，具有特 定組成而具有所須要的白色或淡黃色色調，以及上述絕佳 性質有利的組合，且特別地，提供適用於製做扣件之銅合 金。 依據本發明可提供無鎳之白色銅合金，其中含有以通 式I代表之組成：

CuwZrixMriy (A 1 及 / 或 S π ) z 其中w，X，y及Z代表重量百分率其係介於範圍7 0S 85 ，5Sx^22 ，7<yS15 ，及 0<ζ^4 ，及 ---------- 許先間讀背而之注意事項再硪β本頁) 、訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5 - 530095 五、發明説明p ) 無可避免的元素。 上述合金在室溫下係在單一 α -相狀態，且a *及b * 値表示色彩而介於範圍〇<a*<2且7<b*<16。 本發明進一步提供無鎳之淡黃色銅合金，其中含有以 通式I I代表之組成：

CiiwZnxMny (A 1 及 / 或 Sn) z 其中w，X，y及z代表重量百分率其係介於範圍70S w$85，10SxS25，且 〇Sz$3 ’及無可避免的元素。 該合金主要爲淡黃色色彩而以a *及b *値表示其色彩 介於範圍一 1 · 且 13Sb*S26 · 0，且 在室溫下係在單一 α —相狀態。 圖示簡要說明 單一圖示展示本發明所用拉伸試驗之試驗件的形狀及 尺寸。 經漭部中央標準趵負工消费合作社印製 較佳體系的詳細說明 本發明組成中，Ζ η經由固態溶液強化效果而用於改 進合金之機械特性，以及降低合金成本。 本發明中Ζ η含量適當範圍隨含Ζ η元素合金之組成 而變。即在合金代表通式I中，當Ζ η含量低於5%，成 -6- (詡先閱讀背而之注意事項再功寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 530095 ______ίΓ 五、發明説明ρ ) 本降低效果與強化效果兩者都將變得不充分。另方面當 Ζ η含量高於2 2%，抗耐候裂縫性將嚴重地受到影響， 此外，當結晶結構變爲α + )8相，將難於獲得充分的可冷 加工性。 在合金代表通式I I中，當Ζη含量低於10%，成 本降低效果與強化效果變得不充分。同時，當Ζ η含量高 於2 5%，抗耐候裂縫性將會減低，此外，當結晶結構變 爲α + Θ相，將無法獲得充分的可冷加工性。此外，合金 色調將變得更發白。 本發明組成中，Μ η經由固態溶液強化效果而用於改 進合金之機械特性，以及降低合金成本。此外，加入上述 量的Μη以局部取代Ζ η具有改進抗耐候裂縫性的效果以 及防止合金色彩變得過度地淡黃色。同時具有降低合金融 點的效果，因而改進鑄造性至抑制Ζ η自熔化之化金屬中 蒸發。 經濟部中央標準局t貝工消費合作社印製 (对尤閱讀背而之注意事項再填巧本頁) 適當的Μ η含量係依所須要的合金色彩而作調整。即 在合金代表通式I針對發白的色彩，Μη含量7%或較低 將得到淡黃色色彩。相反地，Μη含量高於1 5%，合金 的冷加工性將變得不足以使結晶結構發展成爲α +沒相。 此時在式（Α1及/或Sn)中僅可選擇Α1 ，宜限制使 Μη含量最高不超過1 〇%。 然而，在以通式I I代表的合金中要得到淡黃色色彩 ，Μη含量必須在7 %或較低，因爲Μη含量超過7%將 造成發白的色彩。但是，含量必須高於〇%以得到前述對 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準^Jt貝工消费合作社印製 530095 ___ IV___ 五、發明説明戶) 合金中Ζ η成分之效果。 合金中A 1及/或S η成分係用以改進扣件所須之抗 耐候裂縫性，其係經由在合金表面形成穩定的氧化層。這 些成分也經由固態溶液強化效果而具有改進合金機械特性 的效果，以及降低合金成本的效果。即使所須最低量爲任 何高於0%之量，最低標準宜爲0 · 2%，因爲過低之含 量將使得合金的抗耐候裂縫性不夠充分且強化效果不充分 。同時，在代表通式I之合金中A 1及/或S η含量高於 4 %，或代表通式I I之合金中高於3%，結晶結構發展 爲α + Θ相而無法得到充分的冷加工性。 本發明合金具有單一 α相結構，提供充分的冷加工性 。然而，合金結晶結構在本發明設定之此組成範圍外者傾 向於成爲α + /3相，因此嚴重地影響可加工性。 以通式I代表之本發明合金其色彩係介於範圍0 < a 3 <2且7<b*<16，基於L*a*b*顏色系統色彩圖， 其定義如J I SZ8729。 注意前述該規範色彩係以測定亮度L *表示（亮度；L -星）且測定彩度座標，即a * (淡綠色彩至淡紅色彩；a 一星）與(淡藍色彩至淡黃色彩；b —星），係據 J ISZ8729所訂之方法而表示目標顏色。特別地， 爲展現本發明特色的合金發白的色彩，宜表現近乎無色的 顏色，其中可以是由上述定義所提供之彩度座標a *及b* 〇 爲展現本發明通式II所代表的合金特色的黃色色彩 計尤閱讀背而之注意事項再蛾巧本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 530095

五、發明説明ρ ) ’ a*宜近乎無色而增加b*使介於範圍一 1 · 〇<a*< 3且13<b*<26 · 0，如前所述。 體系1 使用純Cu(99.9%)，純Ζη(99·9-9 9.9 9 %)，純 Μη(99·9%)，純 Α1 (99 •99%)，及純Sn (99 .95%)，製備各批所須 組成而成爲2 0 0 c m3鑄塊。括號中數字値表示相關金屬 之不純物。·將各批熔入高頻電磁感應爐，其中使用氬氣（ lOOmmHg)，維持4分鐘，注入銅鑄模中（040 mmx28mm)。將所得鑄塊（200cm3)切爲長度 約7 Omm而製成擠出胚。將此胚於胚溫8 0 0°C用於擠 出成形，且容器溫度爲6 0 0 °C。所得之擠出材料8 mmx 1 3 0 Omm)經於8 0 0°C熱處理一小時接著在 爐中冷卻（此後此程序將引用爲”熱處理”）。此加熱之 擠出材料（線）係用於製備試驗試件。 經濟部中央標皁局負工消費合作社印取 壓縮試驗之試驗試件係將熱處理後之擠出材料圓柱形 (05mmx7 · 5mm)切割而製備，並在車床上機製 而成。此試驗係在在室溫下執行，夾頭速率0 . 0 0 1 6 mm/mi η (應變速率·· 0 · 4xl0-7/s)且壓縮 力施於試驗試件之長軸方向上。爲除去壓縮夾具的摩擦力 ’於壓縮試驗試件表面塗上潤滑油。 爲評估抗耐候裂縫性，試驗試件係將熱處理後之擠出 材料圓柱形（0 7mmx 1 2mm)切割而製備，並在車 -9 · (許先閱績背面之注意事項再硪Θ本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 530095

五、發明説明p ) 床上機製，再以相同工作應變（8 0%)作冷軋而製備Y -棒（彈簧狀材料用於滑動扣件元件）而形成條狀其厚度 爲1·2mm。再將此條狀機製爲拉伸試驗試件如圖式所 示之形狀。在圖式中，尺寸單位爲公釐。 使用前述拉伸試驗試件，量測其伸長百分率。另外， 依據提供 Japan Brass Makers Association (JBMA) Technical

Standard JBMA - T301量測暴露於氨後之伸長百分率，使用 1 2 · 5 %氨水溶液。抗耐候裂縫性（伸長速率降低）可 由上述量測結果計算而得。 表1所示爲本發明實施例，以及比較實施例之試驗合 金及試驗結果。 (对先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局t貝工消资合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 530095 經濟部中央標率局負工消费合作社印製 發 五 1-H LD CM CM 寸 CD 〇> CO CO (XI LD CO 0 r-H 0 卜 00 τ-Η (Μ 寸 LO (XI ο CXI 0 〇 寸 LO CO Ο 卜 r-H τ—1 τ-Η 1—1 r—H r-H r—1 r-H r-H ι-Η % 00 寸 CO OJ 卜 CO CO 0 LO CO 卜 CO CO LO 00 ο C0 C0 ο 〇 ο 0 0 0 0 τ—H 0 τ-Η ο ο 色彩 ίΠ 却 ίΠ ¢3 m ¢3 m ίΠ φ] ίΠ ίΠ ίΠ Ο m (伸長速率降低 )% 低於1 · 0 τ-Η CXI 低於1 · 0 低於1 · 0 低於1 · 0 低於1 · 0 低於1% 低於1% 低於1% 1 〇 〇 m + 壓縮強度0.2% (Mpa) LO CO 00 Γ-Η 00 C0 〇 LO 0 LO CO LO CO CO CO 00 CD CO ο ο ο Γ CD Ο LO 合金組成(wt·%) Cii75Zni4Mni〇Ali cu75ZI116.5Mn7.5Al Cu7〇Zni8Mni〇Al2 Cll70Zn2i.5Mn7.5Al 1 Cu75Zni3Mni〇Sn2 Cii7〇Zni9Mni〇Sni cu75ZI115.5Mn7.5sn2 Cu70Zn20.5Mn7.5Sn2 Cu75Zni4Mni〇Al〇.2Sn〇.8 CuToZmsMnioAls CUbalZll24Nil4 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8 實施例9 比較實施例1 比較實施例2 許先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，ar 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 11 - 530095 ΙΓ . . 一_ 丨1- . . — 、一一.晒丨，_ 1 **' *五、發明説明Θ )Μ Ά9_ 使用純Cu(99.9%)，純Ζη(99·9— 9 9.9 9 %)，純 Μη(99·9%)，純 A1 ( 99.99%)，及純Sn(99.95%)，製備各批 所須組成而成爲2 0 0 c m3鑄塊。將各批熔入高頻電磁感 應爐，其中使用氬氣（lOOmmHg)，維持4分鐘， 注入銅鑄模中（04〇mmx28mm)。將所得鑄塊（ 2 0 〇 c m3)切爲長度約7 〇mm而製成擠出胚。將此胚 於胚溫8 00 °C用於擠出成形，且容器溫度爲6 0 0 °C。 所得之擠出材料（0 8mmx 1 3 0 Omm)經於8 0 0 °C熱處理一小時接著在爐中冷卻（此後此程序將引用爲” 熱處理”）。此加熱之擠出材料（線）係用於製備試驗試 件。 壓縮試驗及抗耐候裂縫性評估之試驗試件係由上述擠 出材料製備，且相對試驗係以敘述於體系1相同之程序執 行。 表1所示爲本發明實施例，以及比較實施例之試驗合 金與試驗結果。 (誚先閱讀背而之注意事哏再填寫本頁) 經漭部中央標準局貝工消費合作社印^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公犮） -12· 530095 f 明説一 經濟部中央標準局员工消f合作社印製 寸 LO t-H o 卜 CM CO CO CO LO ① CM LO 〇 o 00 (M 寸 t-H ο LO r—I CM CO r-H LO r-H ID t-H 1—H CM LO rH LO r-H CD r-H LO t—H CO 〇] CM CM τ-Η CM % 00 o- o I CO 〇 I 00 00 o I CO O) o I LO 卜 o LO o 1 LO 00 o o CO r-H 1 CO ① o 1 cm LO o 1 in 寸 t-H 〇 CO t-H I 色彩 黃色 黃色 I 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 黃色 (伸長速率降低 I )% LO CD LO CXI CO LO r-H LO (XI r-H CXI 低於1% 1 CO (XI CM o CD CM CD 〇) LO 00 CM 亡 a + 壓縮強度0.2% (Mpa) CO CD 00 00 00 00 CO LO O) CO r-H CD CO LO 00 CO ο 卜 CO 1 CO 寸 CO CO CM 寸 LO 00 CO 00 CM 寸 合金組成(wt·%) Cu75Zni8Mri5Al2 Cu73Zn2〇MnsA2 I—- Cu73Zri2iMn5Ali I Cu?〇Zn24Mn5Ali Cu75Zni8Mn5Sn2 Cu7〇Zn24Mn5Sni Cii75Zni9Mn5.〇Al〇.2Sn〇.8 Cu7〇Zn2〇MnsAl5 Cu7〇Zn25Mns Cii7〇Zn3〇 Cll65Zn35 Cu8〇Zn2〇 t-H CM 00 LO CD rH (XI CO 寸 LO IK 舞 m AJ in 「先閱讀背而之注意事項再硪寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - 530095

五、發明説明（η ) 本發明提供無鎳之銅合金具有絕佳強度及硬度，比得 •上鎳銀的延展性以及絕佳可加工性與防腐蝕性，外觀爲白 色或淡黃色。由於成分中不含鎳，此銅合金在會接觸皮膚 的狀況下爲非過敏性，例如作爲扣件之元素，滑動件，停 止件，或用於裝飾用具如金屬扣，衣服扣件，及其類似者 。此外，由於可保持白色或淡黃色，也具有高的高裝飾價 値。 (对先閱请背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 -

Claims (1)

1. 530095

   六、申請專利範圍 1 .無鎳之銅合金，含有以通式I代表之組成： CuwZnxMny (A 1 及 / 或 Sn) z 其中w，X，y及z代表重量百分率介於範圍7 0$wS 85，5SxS22，7<y^l5， 且0<zS4，及無可避免的元素。 2 .如申請專利範圔第1項之無鎳之銅合金，其中合 金在室溫下係在單一 α -相狀態。 3·如申請專利範圍第1或第2項之無鎳之銅合金， 其中a*與b*値係依據J I SZ8729而表示色彩，介 於範圍 0<a*<2 且 7<b*<16。 4 ·無鎳之銅合金，含有以通式I I代表之組成： CuwZnxMny(Al 及 / 或 Sn) z 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 其中w，X，y及z代表重量百分率其係介於範圍7 OS w$85，10SxS25，0<yS7，且 0<zS3 ，及無可避免的元素。 5 ·如申請專利範圍第4項之無鎳之銅合金，其中a * 與b*値係依據J ISZ8729而表示色彩，介於範圍一 1.0<a*<3 且 13<b*<26.0。 6 ·如申請專利範圍第4或5項之無鎳之銅合金，其 中該合金在室溫下係在單一 α -相狀態。 -15- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）