TWI730529B - 水五金模具之銅合金及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種水五金模具之銅合金，用以解決習知用於水五金模具之材料的成本昂貴且有毒性的問題。係包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。該水五金模具之銅合金的製造方法包含：在大氣環境下製備一金屬熔湯，該金屬熔湯包含銅、鎂及鉻；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠；於800~1200℃之溫度，對該金屬鑄錠進行一固溶處理1~2小時；及於400~600℃之溫度，對經過該固溶處理之該金屬鑄錠進行一時效處理6~8小時。

Description

水五金模具之銅合金及其製造方法

本發明係關於一種銅合金及其製造方法，尤其是一種水五金模具之銅合金及其製造方法。

水五金在日常生活及各產業中不可或缺，舉凡住宅的衛浴空間、工廠及水庫等所使用的水龍頭、管路、閥、栓及泵等設備，其使用之金屬均屬水五金。為了製造水五金，用於製作水五金之模具的開發亦為水五金產業的研發重點。

水五金模具之材料常用鈹銅合金，鈹銅合金於400℃時具備高強度及高散熱性能之特性，且其對熱應力的抵抗優於模具鋼，因此以鈹銅合金製作之模具的使用壽命長為一大優勢。惟，鈹銅合金的材料成本昂貴，且鑄造鈹銅合金的過程中，容易產生含鈹之廢水及水溶性鈹鹽、煙霧、粉塵等汙染物，不符合現今製造業追求環保製程的趨勢，且鈹對人體具有毒性，該等含鈹汙染物會破壞人體的正常生物化學過程，可能導致皮膚損傷、肺部疾病、淋巴結病變及心室衰竭等危害。

有鑑於此，習知的水五金模具之材料確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種水五金模具之銅合金，係能夠用於製造成本低之水五金模具，且使用該水五金模具之銅合金製作水五金模具時可提供對生物及環境友善之環保製程環境。

本發明的次一目的是提供一種水五金模具之銅合金的製造方法，係能夠以製作對生物及環境友善之製程環境製作水五金模具。

本發明的又一目的是提供一種水五金模具之銅合金的製造方法，係能夠藉由大氣熔煉製造該水五金模具之銅合金，進一步降低製作成本。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明的水五金模具之銅合金，包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質，該水五金模具之銅合金係藉由在大氣環境下製備一金屬熔湯，該金屬熔湯包含銅、鎂及鉻；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠；於800~1200℃之溫度，對該金屬鑄錠進行一固溶處理1~2小時；及於400~600℃之溫度，對經過該固溶處理之該金屬鑄錠進行一時效處理6~8小時來製造。

據此，本發明的水五金模具之銅合金，藉由在該銅合金中包含特定比例的鉻及鎂，可以提升該銅合金的機械性質，且能夠用於製造成本低且無毒性之水五金模具。

其中，該水五金模具之銅合金包含以重量百分比計為1.0~2.0%的鉻、0.1~0.3%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。如此，具有提升提升該銅合金的機械性質的功效。

本發明的水五金模具之銅合金的製造方法，係用於製造該水五 金模具之銅合金，包含：在大氣環境下製備一金屬熔湯，該金屬熔湯包含銅、鎂及鉻；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠，於800~1200℃之溫度，對該金屬鑄錠進行一固溶處理1~2小時；及於400~600℃之溫度，對經過該固溶處理之該金屬鑄錠進行一時效處理6~8小時。

據此，本發明的水五金模具之銅合金的製造方法，藉由在大氣下進行熔煉，可以省略利用真空設備之操作，係能夠降低製造成本，且藉由該固溶處理及時效處理，使鎂及鉻在該金屬鑄錠中固溶化後，在該金屬鑄錠的金相組織中可以達到過飽和狀態，且於時效處理時產生析出硬化作用，藉此使該銅合金的機械性質提升，具有提升由該銅合金所製成之水五金模具的耐用性及壽命之功效。

其中，在大氣環境下製備該金屬熔湯包含：在大氣環境下熔融一銅塊，得到一銅熔湯；於950~1050℃之溫度將一銅鎂合金加入該銅熔湯，再於1150~1250℃之溫度將一鉻塊加入該銅熔湯。如此，具有充分混合各成分的功效。

其中，熔融該銅塊得到該銅熔湯後，將該銅鎂合金加入該銅熔湯前，以一石墨覆蓋該銅熔湯。如此，可以保護該銅熔湯不被氧化，具有減少氣孔及氧化物雜質的功效。

其中，將該鉻塊加入該銅熔湯係將以一銅箔包覆該鉻塊後加入該銅熔湯。如此，可以使該鉻塊更容易在該銅熔湯中充分混合，具有節省混合操作時間的功效。

其中，使該金屬熔湯處於一惰性氣體環境中。如此，可以更確實地保護該金屬熔湯不被氧化，具有減少氣孔及氧化物雜質的功效。

其中，於900~1000℃之溫度下進行該固溶處理。如此，使該銅鎂合金所包含之鎂及該鉻塊所包含之鉻在該銅合金中達到過飽和狀態，且 產生析出硬化作用，具有使該銅合金的機械性質提升的功效。

其中，於450~500℃之溫度下進行該時效處理。如此，使該銅鎂合金所包含之鎂及該鉻塊所包含之鉻在該銅合金中達到過飽和狀態，且產生析出硬化作用，具有使該銅合金的機械性質提升的功效。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例的水五金模具之銅合金，包含鉻、鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。

詳言之，本實施例的水五金模具之銅合金，包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。藉此，本實施例的水五金模具之銅合金不含鈹元素，不會產生對人體有害的含鈹汙染物，且製程中不易產生過多有毒物之塵霾，故使用該水五金模具之銅合金製作水五金模具時可提供對生物及環境友善之環保製程環境。

又，本實施例的水五金模具之銅合金較佳包含以重量百分比計為1.0~2.0%的鉻、0.1~0.3%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。藉此，可以提升該銅合金的機械性質，例如抗拉強度、降伏強度、延伸率、熱傳導係數及硬度均可獲得提升。

用於製造該水五金模具之銅合金的製造方法不特別限制，例如，本實施例的水五金模具之銅合金的製造方法包含：製備一金屬熔湯；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠；對該金屬鑄錠依序進行一固溶處理及一時效處理。

詳言之，可以在大氣環境下製備該金屬熔湯，藉此，工者不需 使用真空熔煉設備，即可進行熔融操作，故能夠降低製造成本。

又，製備該金屬熔湯後，可以藉由一石墨覆蓋該金屬熔湯，該石墨係可以在該金屬熔湯上形成還原氣氛，並使氧氣燃燒以去除氧氣，藉此避免該金屬熔湯的吸氣現象，亦即避免氧氣溶解至該金屬熔湯內，以保護該金屬熔湯不被氧化，進而可以減少該金屬熔湯之氧化物雜質，使該銅合金的鑄件不易產生氣孔。

另，製備該金屬熔湯時，可以使該金屬熔湯處於一惰性氣體環境中，藉此可以隔絕大氣，避免大氣接觸該金屬熔湯，以進一步減少上述吸氣現象，可以更確實地保護該金屬熔湯不被氧化。

此外，製備該金屬熔湯時，係可以熔融一銅塊，得到一銅熔湯後，將一銅鎂合金加入該銅熔湯，再將一鉻塊加入該銅熔湯以得到該金屬熔湯。其中，熔融該銅塊得到該銅熔湯後，於950~1050℃之溫度，將一銅鎂合金加入該銅熔湯，該銅鎂合金的添加量及合金組成係工者可依照需求調整，使所得之該銅合金中包含上述比例的鎂即可，例如，本實施例的該銅鎂合金包含以重量百分比計為80~90%的銅及10~20%的鎂。藉由加入該銅鎂合金，該銅鎂合金所包含之鎂可幫助該銅熔湯內的氧化物進行還原反應，進一步確保該銅熔湯已被去除氧氣，且在後續的該固溶處理及該時效處理中產生析出硬化作用，可提升該銅合金的機械性質。

又，為了證實加入銅鎂合金後確實能夠提升該銅合金的機械強度，係測量加入銅鎂合金後所得到的該銅合金，與未加入銅鎂合金所得到的銅合金的機械性質如下表。

由上述結果可知，加入銅鎂合金後所得到的該銅合金與未加入銅鎂合金所得到的銅合金相比，確實具有較佳的機械性質，藉此，加入銅鎂合金後之該銅合金所製成之水五金模具，係可以提升強度及硬度，進而延長使用壽命。

將該銅鎂合金加入該銅熔湯後，於1150~1250℃之溫度，將一鉻塊加入該銅熔湯，該鉻塊的添加量係工者可依照需求調整，使所得之該銅合金中包含上述比例的鉻即可，例如，本實施例的該鉻塊相對於該銅合金之重量比為1.0%。另，將該鉻塊加入該銅熔湯之前，可以用一銅箔包覆該鉻塊後加入該銅熔湯，藉此，可以使該鉻塊更容易在該銅熔湯中充分混合。此外，加入該鉻塊時，工者可利用一壓入棒將該鉻塊壓入該銅熔湯的深處，以使該鉻塊更容易在該銅熔湯中充分混合。

待該鉻塊充分混合後，使該金屬熔湯冷卻後形成該金屬鑄錠，並對該金屬鑄錠進行該固溶處理。該固溶處理係於900~1000℃之溫度進行，較佳係於900~1000℃之溫度進行，且持溫1~2小時，又，在該固溶處理後，對該金屬鑄錠進行該時效處理。該時效處理係於450~500℃之溫度進行，較佳係於450~500℃之溫度進行，且持溫6~8小時。藉由進行該固溶處理及該時效處理，使該銅鎂合金所包含之鎂及該鉻塊所包含之鉻在該金屬鑄錠中固溶化後，在該金屬鑄錠的金相組織中可以達到過飽和狀態，且於時效處理時產生析出硬化作用，藉此使該銅合金的機械性質提升。

該時效處理完成後得到該銅合金，該銅合金係包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。又， 較佳可使該銅合金包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。

綜上所述，本發明的水五金模具之銅合金，藉由在該銅合金中包含特定比例的鉻及鎂，可以提升該銅合金的機械性質，係能夠用於製造成本低之水五金模具，且使用該水五金模具之銅合金製作水五金模具時可提供對生物及環境友善之環保製程環境。又，本發明的水五金模具之銅合金的製造方法，藉由在大氣下進行熔煉，可以省略利用真空設備之操作，係能夠降低製造成本，且藉由該固溶處理及時效處理，使鎂及鉻在該金屬鑄錠中固溶化後，在該金屬鑄錠的金相組織中可以達到過飽和狀態，且於時效處理時產生析出硬化作用，藉此使該銅合金的機械性質提升，具有提升由該銅合金所製成之水五金模具的耐用性及壽命之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種水五金模具之銅合金，包含以重量百分比計為1.0~5.0%的鉻、0.1~2.0%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質，該水五金模具之銅合金係藉由在大氣環境下製備一金屬熔湯，該金屬熔湯包含銅、鎂及鉻；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠；於800~1200℃之溫度，對該金屬鑄錠進行一固溶處理1~2小時；及於400~600℃之溫度，對經過該固溶處理之該金屬鑄錠進行一時效處理6~8小時來製造。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水五金模具之銅合金，其中，該水五金模具之銅合金包含以重量百分比計為1.0~2.0%的鉻、0.1~0.3%的鎂，其餘為銅及不可避免之雜質。
3. 一種水五金模具之銅合金的製造方法，係用於製造如申請專利範圍第1或2項所述之水五金模具之銅合金，包含：在大氣環境下製備一金屬熔湯，該金屬熔湯包含銅、鎂及鉻；使該金屬熔湯冷卻後形成一金屬鑄錠；於800~1200℃之溫度，對該金屬鑄錠進行一固溶處理1~2小時；及於400~600℃之溫度，對經過該固溶處理之該金屬鑄錠進行一時效處理6~8小時。
4. 如申請專利範圍第3項所述之水五金模具之銅合金的製造方法，其中，在大氣環境下製備該金屬熔湯包含：在大氣環境下熔融一銅塊，得到一銅熔湯；於950~1050℃之溫度將一銅鎂合金加入該銅熔湯，再於1150~1250℃之溫度將一鉻塊加入該銅熔湯。
5. 如申請專利範圍第4項述之水五金模具之銅合金的製造方法， 其中，熔融該銅塊得到該銅熔湯後，將該銅鎂合金加入該銅熔湯前，以一石墨覆蓋該銅熔湯。
6. 如申請專利範圍第4項所述之水五金模具之銅合金的製造方法，其中，將該鉻塊加入該銅熔湯係將以一銅箔包覆之鉻塊加入該銅熔湯。
7. 如申請專利範圍第3項所述之水五金模具之銅合金的製造方法，其中，製備該金屬熔湯時，使該金屬熔湯處於一惰性氣體環境中。
8. 如申請專利範圍第3項所述之水五金模具之銅合金的製造方法，其中，於900~1000℃之溫度下進行該固溶處理。
9. 如申請專利範圍第3項所述之水五金模具之銅合金的製造方法，其中，於450~500℃之溫度下進行該時效處理。