专利名称：低铅的抗脱锌铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗脱锌的铜合金，尤其是，本发明涉及一种低铅的抗脱锌黄铜合金。
背景技术：
黄铜的主要成份为铜与锌，两者之比例通常为约7 3或6 4，而当黄铜中的锌 含量超过20重量％时易发生脱锌(dezincification)的腐蚀现象，例如当黄铜合金对象应 用于环境中时，优先溶解合金表面的锌，而合金所含的铜仍残留在母材上，形成多孔洞的脆 性铜的腐蚀现象。一般而言，当锌含量小于15重量％时，不易发生脱锌，但随着锌含量增 加，则提高脱锌的敏感性；当锌大于30重量％后，脱锌腐蚀现象会更为明显。已有文献报导，合金组成结构及环境因素会影响脱锌腐蚀现象，由合金组成看来， 含锌量大于20%的单相α黄铜脱锌后留下多孔的铜，而α+β双相黄铜的脱锌腐蚀首先自 β相开始，当β相完全转变为疏松的铜后，再扩展到α相(参见王吉会等人，1999年，材 料研究学报，第13期，第1-8页)。由于黄铜脱锌现象会严重破坏黄铜合金的结构，使黄铜制品的表层强度降低，甚 至导致黄铜管穿孔，大幅缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题。因此，对于黄铜 制品的抗脱锌能力，国际间普遍接受如AS2345、ISO 6509等所定标准，即黄铜产品表面脱 锌层的深度不得超过100 μ m。针对抗脱锌黄铜合金的配方，除了铜及锌的必要成分外，目前已有US4，417，929 披露包含铁、铝及硅等成分；US 5，507，885及US 6，395，110披露包含磷、锡及镍等成分；US 5，653，827披露包含铁、镍及铋等成分；US6，974，509披露包含锡、铋、铁、镍及磷的成分；US 6，787，101披露同时包含磷、锡、镍、铁、铝、硅及砷；以及US 6，599，378及US 5,637, 160 等专利披露以硒及磷等成分添加至黄铜合金以达到抗脱锌效果；或参见王吉会等人，1999 年，材料研究学报，第13期，第1-8页，披露以硼及砷等添加至黄铜合金以达到抗脱锌效果。然而，熟知抗脱锌黄铜含铅量通常较高(多为l_3wt% )，以利于黄铜材料的冷/ 热加工，但随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响及对环境污染的问题逐渐受到 重视，因此，限制含铅合金的使用为目前的趋势，日本、美国等国陆续修订相关法规，极力推 动降低环境中的含铅率，包括用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，特别要求不可 从该产品溶出铅至饮用水，且在加工制程中必须避免铅污染。因此，本领域仍然持续开发黄 铜材料，寻找可替代含铅抗脱锌黄铜，但仍兼顾铸造和机械加工性能及抗脱锌腐蚀性的合 金配方。
发明内容
为达上述及其它目的，本发明提供一种低铅抗脱锌(dezincificationresistant) 黄铜合金，包含0. 3重量％ (wt%)以下的铅(Pb) ；0.02至0. 15重量％的锑(Sb) ；0.02至 0. 25重量％的砷(As) ；0. 4至0. 8重量％的铝(Al) ；1至20ppm的硼(B)；以及97重量％以上的铜(Cu)与锌(Zn)，其中，铜在所述抗脱锌的黄铜合金中的含量为58至70重量％。本发明的抗脱锌铜合金为黄铜合金，铜与锌的总含量可达97wt%以上。在实施例 中，该铜的含量为58-70wt%，此范围的含量的铜可提供合金良好的韧性，以利于合金材料 的后续加工。在优选实施例中，该铜的含量为61至65重量％。在本发明的低铅的抗脱锌黄铜中，锑的含量为0. 02至0. 15重量％。在优选实施 例中，锑的含量为0. 04至0. 12重量％。依据本发明的合金配方的铜与锑等元素形成金属 间化合物，以提高该合金材料的切削性，且不至于产生铸造缺陷。在本发明的低铅的抗脱锌黄铜中，铝的含量为0. 4至0. Swt%。在优选实施例中， 铝的含量为0. 5至0. 7wt%。添加适量的铝可增加铜水的流动性，并改善该合金材料的铸造 性能。在本发明的抗脱锌的黄铜合金中，砷的含量为0.02至0.25wt%。在优选实施例 中，砷的含量为0. 13至0. 17wt%。添加适量的砷能显著提高黄铜抗脱锌腐蚀的性能。在本发明的抗脱锌的黄铜合金中，硼的含量为1至20ppm。在优选实施例中，硼的 含量为8至14ppm。添加适量的硼可将合金材料的晶粒细化，改善合金材料性能。本发明的抗脱锌的黄铜合金还包含0. 2至1. 25重量％的选自镍和锡中的至少一 种元素。在实施例中，该抗脱锌的黄铜合金可同时包含镍及锡。在优选实施例中，锡的含量 为0. 1至1重量％。在优选实施例中，镍的含量为0. 1至0. 25重量％。本发明的抗脱锌的黄铜合金所包含的铅含量极低，为0. 3重量％以下。在实施例 中，该铅含量为0. 05至0. 3重量％。而该合金中也可能具有杂质，不可避免的杂质含量为 0. lwt% 以下。
图IA为本发明低铅抗脱锌的黄铜合金试片的金相组织分布图；图IB为CW602N黄铜试片的金相组织分布图；图IC为59铅黄铜试片的金相组织分布图；图2A为本发明低铅的抗脱锌的黄铜合金试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布 图；图2B为CW602N黄铜试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布图；和图2C为59铅黄铜试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布图。
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可根据本说明 书所揭示的内容了解本发明的其它优点与效果。在本说明书中，“抗脱锌的铜合金/抗脱锌的黄铜合金”是本领域常用术语，意指该 合金表面对于环境腐蚀条件具有耐受性而不易产生脱锌，此处以澳大利亚AS 2345标准法 规(Dezincification resistance of copper alloys)为准，定义黄铜合金的产品表面的 脱锌层深度不能超过100 μ m。在本说明书中，除非另有说明，否则抗脱锌的黄铜合金所包含的成分皆以该合金 总重量为基准，并以重量百分比(wt% )表示。
根据本发明的低铅的抗脱锌的黄铜合金，仅需使用0.02-0. 15wt%的锑和 0. 02-0. 25wt%的砷即可达到熟知的铅黄铜所具备的材料特性(如切削性等)，并且这种低 铅的抗脱锌的黄铜合金材料较不易产生裂纹或夹杂等产品缺陷，并符合澳大利亚AS-2345 的抗脱锌要求。而且，本发明的黄铜合金配方有效降低低铅的抗脱锌的黄铜合金的生产成 本，对于商业大量生产及应用上极具优势。另外，本发明的抗脱锌的黄铜合金配方，可以使铅含量低至0.3wt%以下，甚至达 0. 2wt%以下。因此，有利于制造水龙头及卫浴零组件、自来水管线、供水系统等。在一实施例中，本发明的低铅的抗脱锌的黄铜合金包含58_70重量％的铜；0. 02 至0. 15重量％的锑；0. 02至0. 25重量％的砷；0.4至0.8重量％的铝；1至20ppm的硼； 0. 05至0. 3重量％的铅；0. 1重量％以下的不可避免的杂质；以及其余含量为锌。在另一实施例中，本发明的低铅的抗脱锌的黄铜合金包含58_70重量％的铜； 0. 02至0. 15重量％的锑；0. 02至0. 25重量％的砷；0. 4至0. 8重量％的铝；1至20ppm的 硼；0. 2至1. 25重量％的镍和/或锡；以及0. 05至0. 3重量％的铅；0. 1重量％以下的不 可避免的杂质；以及其余含量为锌。在另一实施例中，本发明的低铅的抗脱锌的黄铜合金包含61_65重量％的铜； 0. 04-0. 12重量％的锑；0. 13-0. 17重量％的砷；0. 5-0. 7重量％的铝；8_14ppm的硼； 0. I-Iwt %的锡；0. 1-0. 25wt%的镍；0. 05至0. 3重量％的铅；0. 1重量％以下的不可避免 的杂质；以及其余含量为锌。以下，将以例示性实施例详细阐述本发明。用于后述试验例的本发明低铅的抗脱锌的黄铜合金的成分，如下所述，其中，各成 分的比例以合金总重为基准实施例1
Cu61. 95wt%Al :0. 469wt%
Sb0. 0415wt%B :13ppm
As:0. 151wt%Ni :0. 143wt%
Pb:0. 141wt%Sn :0. 294wt%
Zn其余含量。
实施例2
Cu:62. 05wt%Al :0. 557wt%
Sb:0. 0763wt%B :8ppm
As:0. 162wt%Ni :0. 231wt%
Pb:0. 173wt%Sn :0. 546wt%
Zn其余含量。
实施例3
Cu:62. 6wt%Al :0. 671wt%
Sb:0. 1137wt%B llppm
As:0. 147wt%Ni :0. 187wt%
Pb:0. 159wt%Sn :0. 741wt%
Zn其余含量。
试验例1 以圆型砂、尿醛树脂、呋喃树脂及固化剂为原料以射芯机制备砂芯，并以发气性试 验机测量树脂发气量。所得砂芯须在5小时内使用完毕，否则需以烘箱烘干。将本发明的低铅抗脱锌黄铜合金及回炉料预热15分钟，使温度达400°C以上，再 将两者以重量比为7 1之比例以感应炉进行熔炼，并添加0.2衬％的精炼清渣剂，待该黄 铜合金达到一定的熔融状态(下称熔解铜液)，以金属型重力铸造机配合砂芯及重铸模具 进行浇铸，还以温度监测系统控制，使浇铸温度维持于1010-1060°C之间。浇铸的每次投料 量以l-2kg为宜，浇铸时间控制在3-8秒内。待模具冷却凝固后开模卸料清理浇冒口，监测模具温度，使模具温度控制在 200-220°C中并形成铸件，随后进行铸件脱模。每模铸件取出后，清洁模具，确保芯头位置干 净，在模具表面喷石墨后再行浸水冷却。用来冷却模具的石墨水的温度为30-36°C为宜，比 重为1. 05 1. 06。将冷却的铸件进行自检并送入清砂机滚筒陶砂清理。接着，进行毛胚处理(铸造 坯件的热处理(清除应力退火)，以消除铸造产生的内应力)。将坯件进行后续机械加工及 抛光，以使铸件内腔不附有砂、金属屑或其它杂质。进行质检分析并计算生产总合格率生产总合格率=合格品数/全部产品数X 100%制备过程的生产总合格率反映生产制备过程质量稳定性，质量稳定性越高，才能 保证正常生产。另以熟知的CW602N抗脱锌黄铜(有时简称DR黄铜，为经澳大利亚AS2345-2006 认证的抗脱锌黄铜)及熟知的59铅黄铜作为比较例，以与上述相同之制备过程制备对象。 各合金的成分、加工特性及生产总合格率如表1所示。表 权利要求
一种抗脱锌的黄铜合金，包含0.3重量％以下的铅；0.02至0.15重量％的锑；0.02至0.25重量％的砷；0.4至0.8重量％的铝；1至20ppm的硼；以和97重量％以上的铜和锌，其中，铜在所述抗脱锌的黄铜合金中的含量为58至70重量％。
2.如权利要求1的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述铜的含量为61至65重量％。
3.如权利要求1的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述锑的含量为0.04至0.12重量％。
4.如权利要求1的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述砷的含量为0.13至0.17重量％。
5.如权利要求1的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述硼的含量为8至14ppm。
6.如权利要求1的抗脱锌的黄铜合金，还包含0.2至1. 25重量％的选自镍和锡中的至 少一种元素。
7.如权利要求6的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述锡的含量为0.1至1重量％。
8.如权利要求6的抗脱锌的黄铜合金，其中，所述镍的含量为0.1至0. 25重量％。
全文摘要
一种抗脱锌的黄铜合金，包含0.3重量％以下的铅(Pb)；0.02至0.15重量％的锑(Sb)；0.02至0.25重量％的砷(As)；0.4至0.8重量％的铝(Al)；1至20ppm的硼(B)；以及97重量％以上的铜(Cu)与锌(Zn)，其中，该铜在所述抗脱锌的黄铜合金中的含量为58至70重量％。本发明的低铅的抗脱锌的黄铜合金具有优良的铸造性能，具有良好韧性及切削性，可耐腐蚀而降低表面脱锌情况。
文档编号C22C9/04GK101988164SQ20091016411
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者彭晓明, 罗文麟 申请人:摩登岛股份有限公司