专利名称：一种无铅易切削黄铜的制备方法
技术领域：
本发明是一种金属材料的制造技术，特别是无铅易切削黄铜的制造方法。
背景技术：
铅黄铜具有优良的冷热加工性能、极好的切削性能和自润滑等特点，能满足各种形状零部件的机加工要求。含铅黄铜一度被世界公认为重要的基础材料而广泛应用到民用供水系统、电子、汽车及机械制造等领域。由于铅黄铜被广泛使用，故废弃的铅黄铜零配件数量很多，其中只有少量被回收利用，很多小件被作为垃圾遗弃。废弃的铅黄铜与土壤接触，其所含的铅在雨水及大气的长期作用下，进入土壤，从而污染土壤及水源。废弃铅黄铜被当作垃圾焚烧时，铅蒸气散发于大气之中，对人体产生极大危害，因而其应用日益受到严格的限制。铅即不固溶于铜，也不与铜形成金属间化合物，而是以单质的颗粒形式存在于晶界。在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅以离子的形式缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足环保法令的要求。为了降低铅的有害作用，科研人员就饮用水对黄铜的腐蚀机理及添加元素对黄铜的腐蚀性影响进行了系统的研究，并采取了多种措施，如添加少量的锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除然后在除铅的表面再覆盖铬等金属或采取其它的方法抑制铅的浸出等。由于黄铜中始终存在着铅，所以这些方法无法从根本上消除铅的有害作用。以铅元素作为一种改善黄铜切削性能的主要元素的铅黄铜在环保法令的规定下，不得不退出历史的舞台。无论从国内外的环保法律法规，还是从技术经济的角度出发，对铅黄铜再进行修修补补的改进已无价值，唯有开发无铅的新型黄铜。人们对金属、合金、化合物的研究有一个长期积累的过程，对其特性的认识已相当丰富。铋、锑、镁、磷、硅、硫、钙、碲、硒等元素加入到黄铜中对切削性能的改善已取得共识，国内外都有大量的专利公开，如无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法，02121991. 5 ；无铅易切削黄铜合金，200310109162. 0 ； 生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法，200510050425. 4 ；无铅铜合金， 200610005689. 2 ；一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，200710098481. 4 ；一种无铅易切削镁硅黄铜2009-2-25 200910042723. 7 ；一种铸造无铅易切削黄铜200910044315. 5。必须指出的是，与易切削铅黄铜相比，目前所有的无铅易切削黄铜的加工性能及成本，如压力加工性能、切削加工性能或使用性能或多或少地存在一些问题。以金属铋作为改善切削性能的主要元素时，铋黄铜的切削性能虽然也很优良，但与铅黄铜相比还存在较大差距。另一方面，铋的加工性能特别是热加工性能还不太理想，更关键的是铋离子对人体健康的影响至今还不是很清楚，其副作用的大小尚无公论，在一些国家和地区还不愿意接受铋黄铜。锑对人体是微毒元素，其在水中的溶出浓度受到严格的限制，尽管锑黄铜的切削性能也很优秀， 但其使用亦受到很大的限制。硫加入黄铜中比较困难，故其应用也受到限制。镁能明显改善黄铜的切削性能，但其添加量不能过多，当其质量分数超过0. 2%时，合金的延伸率开始下降，添加量越多，其延伸性能下降越明显，对黄铜的使用性能不利，这也不利于镁黄铜的应用。磷添加到黄铜中有利于改善其的切削性能，但同时降低合金的塑性，低压铸造时合金热裂倾向增大。这使磷在黄铜中的添加量受到很大的限制，也使磷黄铜的使用受到很大限制。由于锡、碲、硒价格高昴，锡黄铜以及含碲、硒黄铜很难被市场接受，硅黄铜由于含铜量高，价格贵，市场份额很小。在实际开发中，工程技术人员大多采用合金元素多元化的方法， 在黄铜中复合添加对切削性能有改进作用的合金元素。但实践证明，添加多种改善切削性能元素的方法也并不理想，一方面，由于元素之间的相互作用，会相互降低改善切削性能的效果。另一方面，由于添加多种金属元素后，会产生合金强化的效果，使黄铜的强度、硬度都提高，在一定程度还会降低黄铜的切削性能。而且稀、贵元素的加入量过多也会使黄铜的成本提高，对市场推广应用也不利。当前市场迫切需要一种无铅、无铋、无锑的易切削黄铜材料来满足黄铜小型件、异型件的加工需求，本发明正是考虑这一需求而开发。
发明内容
本发明的目的在于有效解决铅黄铜污染环境的问题，为电子器件、水暖卫浴、钟表等领域的小型结构件提供一种低成本的无铅易切削黄铜的制备方法，实现无铅易切削黄铜的无铅、无铋、无锑。本发明的具体内容
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 54. 0%-70. 0%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05% ；或黄铜粉含有镍、铝、锡、锰、镁或硅6种元素中的一种或多种，各元素质量百分数为镍小于等于0. 2%，铝小于等于1. 2%，锡小于等于0. 5%， 锰小于等于0. 6%，镁小于等于0. 4%，硅小于等于1. 5%，所选元素总含量小于等于3. 5%。第二相微粉为石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化锰微粉或者二硫化钼微粉一种或多种，第二相微粉的粒度为1-10 μ m。烧结活化剂为含磷铜粉，分散剂为PVA，粘结剂为硬脂酸锌。黄铜粉的粒度< 106 μ m，含磷铜粉的粒度< 75 μ m。粘结剂和各种粉末的配比如下粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5%-1. 0% ；烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%-0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 5%-3% ；第二相微粉的质量分数为0. 06%-0. 40% ；分散剂的质量分数为
0.3%-0. 5% ；余量为黄铜粉。本发明工艺流程如下
本发明的无铅易切削黄铜采用粉末活化烧结法生产。各种粉末和粘结剂按以下质量分数进行配比烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%-0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数
1.5%-3% ；第二相微粉的质量分数为0. 06%-0. 40% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5%_1. 0% ； 分散剂PVA的质量分数为0. 3%-0. 5% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器(不放球) 或行星式球磨架(球料质量比1:8)，混料时间5-7小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间2-5小时，充分去除粘结剂，烧结温度830-850°C，烧结时间45-75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。分别取试样测试黄铜的布氏硬度、切削性能(包括表面粗糙度、表面温度和细屑百分比)和力学性能(包括抗拉强度和延伸率)。切削加工时将所有的切屑收集起来，然后将切屑过14目标准筛，筛前称取所有切屑的质量，筛后称取筛下细屑的质量，用细屑的质量比切屑的总质量来计算细屑百分比。
本发明的原理
铅在黄铜熔体中的溶解度很大，而在铜中的室温固溶度几乎为零，故铅黄铜熔体凝固时，铅以微细的球形颗粒形式弥散分布在黄铜中。铅有较脆而软的特点，另一方面，铅的熔点只有327. 5°C，当对铅黄铜进行切削加工时产生的摩擦热会使铅颗粒进一步软化，当铅黄铜被切削时，这些弥散的铅颗粒相当于黄铜中存在的一个空洞，应力容易在此集中，产生所谓的“切口效应”，从而导致切屑易于在此断裂。另外，在刀头与切屑的接触局部因切削加工受热而瞬间熔化，有助于改变切屑的形状，并起到润滑刀具的作用，可以使刀头磨损减少到最低。因此，铅在易切削黄铜材料的切削加工过程中起着碎裂切屑、减少粘结和焊合以及提高切削速度的作用，可大大提高切削加工的效率，并增加刀具的使用寿命，降低加工表面的粗糙度，使加工表面平整光滑。铅在易切削铅黄铜中的存在状态对其切削性能有决定性的作用。本发明中采用在黄铜中添加微小的第二相微粉如石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化锰微粉或者二硫化钼微粉的方法，用第二相微粉颗粒取代铅颗粒。由于第二相微粉的结构特点，使它们都具有软而滑的特性。分布在黄铜中的第二相微粉颗粒也相当于是黄铜中存在一个空洞，应力容易在此集中，产生所谓的“切口效应”，从而导致切屑易于在此断裂。由于第二相微粉颗粒对切削刀具有润滑的作用，也能减小刀头的磨损作用，大大提高切削加工效率。第二相微粉与黄铜颗粒之间的界面结合不强，加入第二相微粉对黄铜的力学性能有一定的不利影响，对其使用不利，但采取合适的措施就能将不得影响降低到最小。本发明针对此问题有巧妙的解决方法，采用第二相微粉，其粒度小，能最大幅度地减小第二相颗粒对力学性能和使用性能的不利影响。由于石墨微粉的粒度极为细小，在与活化剂粉末、铜粉等混合的时候，很容易出现偏析、甚至团聚。这种现象的出现，使无铅易切削黄铜的性能恶化， 必须采取适当的措施避免。本发明通过优化分散剂PVA的用量，将石墨微粉的偏析程度控制在可接受的范围，优化了无铅易切削黄铜的切削性能与力学性能。烧结活化剂含铜镍粉对无铅易切削黄铜晶粒的结合强度的提高、孔隙的减少的有非常积极的作用，对其性能提高也有非常积极的意义。优点和有益效果
本发明的优点无铅易切削黄铜具有优良的切削性能，切削能力最高相当于铅黄铜的 88%，成本为铅黄铜的92%，降低了 8%。
实施例实施例1:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 54.0%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于 0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为石墨微粉，粒度为10 μ m,黄铜粉的粒度< 106 μ m，含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；石墨微粉的质量分数为0. 06% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5% ；分散剂的质量分数为0. 3% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间2小时，充分去除粘结剂，烧结温度830°C， 烧结时间45min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB131，表面粗糙度为1. 56 μ m、切削后表面温度升高了 22. 4°C、细屑百分比为73. 5%，切削能力相当于铅黄铜的83%，抗拉强度为 279. IMPa，延伸率为3. 3%。成本为铅黄铜的92%，降低了 8%。实施例2:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)54.0%，镍(Ni)O. 1%，锡(Sn)O. 17%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0.5%，任何一种杂质含量不大于0.05%。第二相微粉为六方氮化硼微粉，粒度为5 μ m，黄铜粉的粒度< 106 μ m，含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；六方氮化硼微粉的质量分数为0. 11% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 7% ；分散剂的质量分数为 0. 37% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间3小时，充分去除粘结剂，烧结温度840°C，烧结时间55min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB125，表面粗糙度为1. 38 μ m、切削后表面温度升高了 ^.4°C、细屑百分比为73. 1%， 切削能力相当于铅黄铜的85%，抗拉强度为223. 6MPa,延伸率为3. 7%。成本为铅黄铜的92%， 降低了 8%。实施例3:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 54. 0%，镍(Ni) 0. 2%，锰(Mn) 0. 3%，镁 (Mg)O. 1%，硅(Si) 1.0%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为硫化锰微粉和石墨微粉的混合粉，粒度为2. 3 μ m，黄铜粉的粒度 ^ 106 μ m，含磷铜粉的粒度<75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；硫化锰微粉和石墨微粉的混合粉的质量分数为0. 22% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 9% ；分散剂的质量分数为0. 44% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间4小时，充分去除粘结剂，烧结温度845°C，烧结时间65min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB119，表面粗糙度为 1.32μπκ切削后表面温度升高了 23.5°C、细屑百分比为78. 2%，切削能力相当于铅黄铜的 88%，抗拉强度为观1. 4MPa，延伸率为3. 5%。成本为铅黄铜的92%，降低了 8%。实施例4:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)54. 0%，镁(Mg)O. 4%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为二硫化钼微粉，粒度为1. 5 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m，含磷铜粉的粒度彡75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 5%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；二硫化钼微粉的质量分数为0. 4% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为1% ；分散剂的质量分数为0. 5% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间5小时，充分去除粘结剂，烧结温度850°C，烧结时间75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB121，表面粗糙度为 1.42μπκ切削后表面温度升高了 27.8°C、细屑百分比为72. 8%，切削能力相当于铅黄铜的82%，抗拉强度为M8. 4MPa，延伸率为3%。成本为铅黄铜的92%，降低了 8%。实施例5:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)59.0%，镍(Ni)O. 1%，铝(Al)O. 8%，锡 (Sn). 04%,其余为锌(Zn)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为石墨微粉，粒度为1. 5 μ m，黄铜粉的粒度< 106 μ m,含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 4%，含磷铜粉中所含磷的质量分数
1.8% ；石墨微粉的质量分数为0. 13% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 9% ；分散剂的质量分数为0. 44% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用行星式球磨架(球料质量比1:8)，混料时间6小时， 混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间5小时，充分去除粘结剂，烧结温度845°C，烧结时间75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB120，表面粗糙度为1. 22 μ m、切削后表面温度升高了 ^.4°C、细屑百分比为81. 6%，切削能力相当于铅黄铜的89%，抗拉强度为304. 2MPa，延伸率为3. H实施例6:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)59. 0%，锡(Sn)O. 34%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为六方氮化硼微粉，粒度为 5ym，黄铜粉的粒度彡106 μ m，含磷铜粉的粒度彡75μπι。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 4%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；六方氮化硼微粉的质量分数为0. 06% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为1% ；分散剂的质量分数为0. 5% ；余量为黄铜粉。 粉末混料采用行星式球磨架(球料质量比1:8)，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间4小时，充分去除粘结剂，烧结温度850°C，烧结时间65min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB119， 表面粗糙度为1. 27 μ m、切削后表面温度升高了 25.2°C、细屑百分比为73. 8%，切削能力相当于铅黄铜的88%，抗拉强度为217. 4MPa，延伸率为2. 9%。实施例7:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)59. 0%，锰(Mn)O. 2%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为硫化锰微粉，粒度为
2.3 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m,含磷铜粉的粒度彡75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 4%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；硫化锰微粉的质量分数为0. 4% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5% ；分散剂的质量分数为0. 3% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间3小时，充分去除粘结剂， 烧结温度830°C，烧结时间55min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB110，表面粗糙度为1. 5 μ m、切削后表面温度升高了 26. 8°C、细屑百分比为73. 8%，切削能力相当于铅黄铜的 87%，抗拉强度为210. 4MPa，延伸率为2. 3%。实施例8:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 59. 0%，镁(Mg)O. 1%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为二硫化钼微粉，粒度为 1. 5 μ m，黄铜粉的粒度< 106 μ m,含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 4%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；二硫化钼微粉的质量分数为0. 3% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 7% ；分散剂的质量分数为0. 37% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间2小时，充分去除粘结剂，烧结温度835°C，烧结时间45min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB117，表面粗糙度为
1.15 μ m、切削后表面温度升高了 27. 6°C、细屑百分比为72. 9%，切削能力相当于铅黄铜的 85%，抗拉强度为239. 5MPa，延伸率为3. 5%。实施例9:
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)64.0%，镍(Ni)O. 1%，铝(Al)O. 3%，镁 (Mg)O. 1%，硅(Si) 1.5%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于 0. 05%。第二相微粉为石墨微粉，粒度为2. 3 μ m，黄铜粉的粒度< 106 μ m,含磷铜粉的粒度 < 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 3%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；石墨微粉的质量分数为0. 2% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为1% ；分散剂的质量分数为0. 5% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间3小时，充分去除粘结剂，烧结温度850°C，烧结时间55min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB119，表面粗糙度为1. 41 μ m、切削后表面温度升高了 30. 7°C、细屑百分比为76. 1%， 切削能力相当于铅黄铜的87%，抗拉强度为^OMPa，延伸率为2. 9%。实施例10
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)64.0%，锡(Sn)O. 1%，硅(Si)O. 5%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为六方氮化硼微粉，粒度为5 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m，含磷铜粉的粒度<75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 3%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；六方氮化硼微粉的质量分数为0. 2% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 9% ；分散剂的质量分数为0. 44% ； 余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间2小时，充分去除粘结剂，烧结温度845°C，烧结时间45min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB123，表面粗糙度为1. 42 μ m、切削后表面温度升高了 ^.6°C、细屑百分比为73. 5%，切削能力相当于铅黄铜的86%，抗拉强度为观0. 7MPa，延伸率为3. m。实施例11
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)64. 0%，锰(Mn)O. 6%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为硫化锰微粉，粒度为
2.3 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m,含磷铜粉的粒度彡75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 3%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；硫化锰微粉的质量分数为0. 09% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 7% ；分散剂的质量分数为0. 37% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间5小时，充分去除粘结剂，烧结温度840°C，烧结时间75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB105. 6，表面粗糙度为 1. 66 μ m、切削后表面温度升高了 19. 6°C、细屑百分比为73. 1%，切削能力相当于铅黄铜的 85%，抗拉强度为234. IMPa，延伸率为2. 9%。实施例12
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)64.0%，镍(Ni)O. 2%，铝(Al)O. 8%，锡(Sn) 0. 5%，锰(Mn) 0. 4%，镁(Mg) 0. 27%，硅(Si) 1. 0%，其余为锌(Zn)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0.05%。第二相微粉为二硫化钼微粉，粒度为1 μ m，黄铜粉的粒度 ^ 106 μ m，含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 3%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；二硫化钼微粉的质量分数为0. 22% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5% ；分散剂的质量分数为0. 3% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为 从室温开始加热至烧结温度，加热时间4小时，充分去除粘结剂，烧结温度830°C，烧结时间 65min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验， 结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB110，表面粗糙度为1. m、切削后表面温度升高了 29. 6°C、细屑百分比为76. 8%，切削能力相当于铅黄铜的86%，抗拉强度为四4. 7MPa, 延伸率为3. 4%。实施例13
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 70.0%，铝(Al) 0.8%，其余为锌(Si)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为石墨微粉，粒度为5 μ m, 黄铜粉的粒度< 106 μ m，含磷铜粉的粒度<75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；石墨微粉的质量分数为0. 26% ； 粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 7% ；分散剂的质量分数为0. 37% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间4小时，充分去除粘结剂，烧结温度835°C， 烧结时间65min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB129，表面粗糙度为Ι.^μπκ切削后表面温度升高了 ^.9°C、细屑百分比为72. 1%，切削能力相当于铅黄铜的83%，抗拉强度为 254. 4MPa，延伸率为 3. 1%。实施例14
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)70.0%，锡(Sn)O. 5%，硅(Si)O. 1%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为六方氮化硼微粉，粒度为5 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m，含磷铜粉的粒度<75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；六方氮化硼微粉的质量分数为0. 16% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 5% ；分散剂的质量分数为0. 3% ； 余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间5小时，充分去除粘结剂，烧结温度830°C，烧结时间75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB121，表面粗糙度为1.25μπκ切削后表面温度升高了 34°C、细屑百分比为73. 3%，切削能力相当于铅黄铜的84%，抗拉强度为沈0. 5MPa，延伸率为3. 1%。实施例15
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu)70. 0%，锰(Mn)O. 2%，其余为锌( )，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为硫化锰微粉，粒度为 2. 3 μ m，黄铜粉的粒度彡106 μ m,含磷铜粉的粒度彡75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；硫化锰微粉的质量分数为0. 16% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为1% ；分散剂的质量分数为0. 5% ；余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间2小时，充分去除粘结剂，烧结温度 850°C，烧结时间55min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HB113，表面粗糙度为1.22μπκ 切削后表面温度升高了 31. 1°C、细屑百分比为72. 8%，切削能力相当于铅黄铜的83%，抗拉强度为230. 7MPa，延伸率为2. 9%。实施例16
黄铜粉中各元素的质量分数分别为铜(Cu) 70. 0%，镁(Mg)O. 15%，硅(Si)O. 5%，其余为锌(Zn)，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。第二相微粉为二硫化钼微粉，粒度为1. 5 μ m，黄铜粉的粒度< 106 μ m,含磷铜粉的粒度< 75 μ m。各种粉末的配比如下烧结活化剂含磷铜粉质量分数为0. 2%，含磷铜粉中所含磷的质量分数1. 8% ；二硫化钼微粉的质量分数为0. 12% ；粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 9% ；分散剂的质量分数为0. 44% ； 余量为黄铜粉。粉末混料采用V型混料器，混料时间6小时，混料结束后即压制，压制完后即放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度，加热时间3小时，充分去除粘结剂，烧结温度845°C，烧结时间45min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。从烧结样上取样进行切削实验，结果发现，无铅易切削黄铜的布氏硬度为HBl 13，表面粗糙度为1. 22 μ m、切削后表面温度升高了 31. 1°C、细屑百分比为72. 8%，切削能力相当于铅黄铜的83%，抗拉强度为272. 6MPa，延伸率为2. 8%。
权利要求
1.一种无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于将粘结剂和粉末配料，采用粉末活化烧结法制备，具体过程为先将粘结剂和粉末按以下质量分数进行配比粘结剂硬脂酸锌，质量分数为 0. 5%-1. 0% ；烧结活化剂，含磷质量分数为1. 5%-3%的含磷铜粉，质量分数为0. 2%-0. 5% ；第二相微粉为石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化锰微粉或者二硫化钼微粉中的一种或多种，质量分数为0. 06%-0. 40% ；分散剂PVA，质量分数为0. 3%-0. 5% ；余量为黄铜粉；将上述组分进行混料，混料时间5-7小时，再进行压制，然后放入烧结炉中烧结，烧结工艺为从室温开始加热至烧结温度830-850°C，加热时间2-5小时，充分去除粘结剂，烧结时间45-75min，烧结气氛为还原性气氛，烧结完后通水冷却到室温。
2.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述黄铜粉各元素的质量分数分别为，铜54. 0%-70. 0%，其余为锌，杂质总量不大于0. 5%，任何一种杂质含量不大于0. 05%。
3.根据权利要求权2所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述黄铜粉含有镍、铝、锡、锰、镁或硅6种元素中的一种或多种，各元素质量百分数为镍小于等于0. 2%, 铝小于等于1. 2%，锡小于等于0. 5%，锰小于等于0. 6%，镁小于等于0. 4%，硅小于等于1. 5%， 所选元素总含量小于等于3. 5%。
4.根据权利要求权1、2或3所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的黄铜粉的粒度< 106 μ m。
5.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的烧结活化剂含磷铜粉的粒度< 75 μ m。
6.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的烧结活化剂含磷铜粉的质量分数为0. 2%-0. 4%。
7.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的第二相微粉为石墨微粉时，质量分数为0. 08%-0. 15%。
8.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的第二相微粉为石墨微粉时，质量分数为0. 10%-0. 12%。
9.根据权利要求权1所述的无铅易切削黄铜的制备方法，其特征在于所述的粘结剂硬脂酸锌质量分数为0. 6%-0. 9%。
全文摘要
一种无铅易切削烧结黄铜的制备方法，本发明采用粉末活化烧结法生产。粉末和粘结剂质量分数配比为烧结活化剂含磷铜粉0.2%-0.5%，第二相微粉0.06%-0.40%；粘结剂硬脂酸锌0.5%-1.0%；分散剂PVA0.3%-0.5%；余量为黄铜粉。经混料、压制后烧结，烧结工艺为在还原性气氛下从室温开始加热至烧结温度830-850℃，加热2-5小时，烧结时间45-75min，第二相微粉为石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化锰微粉或者二硫化钼微粉，第二相微粉的粒度为1-10μm。黄铜粉的粒度≤106μm，含磷铜粉的粒度≤75μm。本发明方法制备黄铜成分中不含铅、铋、锑，对环境友好，适合大规模生产，生产成本低。
文档编号C22C1/05GK102477496SQ20101056143
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月27日 优先权日2010年11月27日
发明者金志红, 黄劲松, 黄韶松 申请人:湖南特力新材料有限公司