一种高强度耐腐蚀黄铜材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用镧、锑、硅的复合作用及退火处理来提高普通黄铜材料强度及耐蚀性的工艺方法，属于金属材料及金属熔炼技术领域。
【背景技术】
[0002]黄铜具有优良的力学性能、耐蚀性、导电和导热性能以及加工工艺性，因而被广泛用来制造卫生洁具、水暖器材、仪器仪表和液压阀门等。但黄铜在使用过程中存在脱锌腐蚀的问题，即锌元素优先被腐蚀而脱落，形成疏松多孔结构，严重降低黄铜的力学性能，缩短了使用寿命，也带来了安全隐患。多年来为了抑制黄铜的脱锌腐蚀，研宄者们采取了多种措施，其中，添加合金元素是有效的方法。目前所采用的合金元素有砷、硼、锡、镍、稀土等。其中As是应用最为广泛的元素，但As有剧毒，在生产、使用过程中的挥发会对人体的健康造成伤害，未来应尽量避免使用。
[0003]近年来，稀土元素因其独特的物理和化学性质在金属合金中得到广泛研宄，人们研宄了添加稀土金属来改善黄铜的脱锌腐蚀性能，具有明显的效果，对铜合金材料的力学性能也产生了有利的影响。如何合理的利用我国的稀土资源以提高黄铜材料的耐腐蚀性、改善其力学性能具有重要的研宄和实际应用价值。本发明利用稀土、锑和硅的复合作用，以及退火处理来提高普通黄铜的力学性能及耐蚀性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种强度塑性高、抗脱锌腐蚀性能好的黄铜材料；本发明的另一目的是提供上述黄铜材料的制备方法。
[0005]本发明是通过以下措施来实现的:
本发明的一种高耐蚀性黄铜材料，是由以下重量百分比的材料组成:55%~74% Cu，0.02%~0.12%La，0.01%~0.l%Sb，0.05%~0.15%Si，其余为锌(Zn)及总量不大于 0.5% 的不可避免的杂质。退火工艺为将试样在350°C ~550°C保温1~2小时后空冷。
[0006]上述本发明的耐蚀性黄铜材料，所述材料的最优组成为:60.5-63.5%Cu，0.06%La，
0.02%Sb，0.08%Si，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质，最佳退火工艺为400°C保温I小时后空冷。
[0007]上述本发明耐蚀性黄铜材料是通过以下制备方法来实现的，其步骤为:
(1)将电解铜块(板)放入石墨粘土坩祸中，用中频感应电炉加热熔化。在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，防止金属铜的氧化，升温熔化至1100~1200°c，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化；
(2)合金液继续升温至1300~1400°C后，加入块状的纯镧、锑锭和硅锭，用碳棒搅拌，静置5~10分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后再将其放入温度为350°C~550°C的电炉中保温1~2小时，取出试样空冷。
[0008]本发明在普通黄铜的基础上加入镧、锑、硅，同时采用退火处理，使得黄铜的微观组织发生了较大的变化，树枝晶变得更细小，同时对脱锌腐蚀较为敏感β相的数量也减少，分布更均匀，这些因素使得本发明材料的抗脱锌腐蚀性能增加。标准抗脱锌腐蚀实验显示，本发明黄铜材料的失重腐蚀速率明显小于现有普通黄铜材料的失重腐蚀速率。细小均匀的微观组织使得本发明黄铜材料的强度及延伸率有了较大提高，具有优良的综合力学性會K。
[0009]综上所述，本发明材料有良好的综合力学性能及耐腐蚀性能，适合用来制造有耐蚀性要求的卫生洁具、水暖器材、仪器仪表冷凝管和阀门等。
【附图说明】
[0010]图1本发明实施例和对比例材料的性能比较。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
本发明实施例材料的组成重量配比(Wt%)为:62%Cu，0.02%La，0.01%Sb，0.05%Si，其余为Zn和不可避免杂质，退火工艺为在350°C保温1.2小时后空冷。
[0012]采取以下步骤制得:
(1)将铜块放入石墨坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，升温熔化并过热到1150 °C，加入预热的锌块，用碳棒搅拌让锌完全熔化，分布均匀；
(2)将合金液继续升温至1330°C，同时加入块状纯镧、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置10分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后将其放入温度为350°C的电炉中保温1.2小时，取出试样空冷。所得合金的性能见表I。
[0013]实施例2
本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:62%Cu，0.06%La，0.02%Sb，0.08%Si，其余为Zn和不可避免杂质，退火工艺为在400°C保温I小时后空冷。
[0014]采取以下步骤制得:
(1)将铜块放入石墨坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，升温熔化并过热到1170°C，加入预热的锌块，用碳棒搅拌让锌完全熔化，分布均匀；
(2)将合金液继续升温至1370°C，同时加入块状镧、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置8分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后将其放入温度为400°C的电炉中保温I小时，取出试样空冷。所得合金的性能见表I。
[0015]实施例3
本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:62%Cu，0.l%La，0.06%Sb，0.l%Si，其余为Zn和不可避免杂质，退火工艺为在500°C保温1.5小时后空冷。
[0016]采取以下步骤制得: (1)将铜块放入石墨坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，升温熔化并过热到1180°c，加入预热的锌块，用碳棒搅拌让锌完全熔化；
(2)将合金液继续升温至1380°C，同时加入块状镧，、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置10分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后将其放入温度为500°C的电炉中保温1.5小时，取出试样空冷。所得合金的性能见表I。
[0017]实施例4
本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:70 %Cu、0.12%La，0.l%Sb，0.12%Si，其余为Zn和不可避免杂质，退火工艺为在550°C保温I小时后空冷。
[0018]采取以下步骤制得:
(1)将铜块放入石墨坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，升温熔化并过热到1170°C，加入预热的锌块，用碳棒搅拌让锌完全熔化；
(2)将合金液继续升温至1370°C，同时加入块状镧、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置8分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后将其放入温度为550°C的电炉中保温I小时，取出试样空冷。所得合金的性能见表I。
[0019]实施例5
本发明实施例材料的组成重量配比(wt%)为:62%Cu，0.06%La，0.02%Sb，0.08%Si，其余为Zn和不可避免杂质，退火工艺为在450°C保温I小时后空冷。
[0020]采取以下步骤制得:
(1)将铜块放入石墨坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，升温熔化并过热到1170°C，加入预热的锌块，用碳棒搅拌让锌完全熔化，分布均匀；
(2)将合金液继续升温至1370°C，同时加入块状镧、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置8分钟，合金液在1200°C左右出炉浇注成形；
(3)浇注成形的试样冷却后将其放入温度为450°C的电炉中保温I小时，取出试样空冷。所得合金的性能见表I。
[0021]选取与实施例合金组元相近的H62铜合金作为对比例1，其组成成分为:62%Cu，其余为Zn和不可避免的杂质，退火工艺为在400°C保温I小时后空冷。对比例I和实施例的各性能对比结果如表I所示。结果表明，本发明合金比H62铜合金的耐脱锌腐蚀性明显提升，其中实施例2的失重腐蚀速率最低，降到17.35 g.m_2.h—1，降低了 63.6%。实施例的力学性能有不同程度变化，其中实施例2的综合力学性能最好，与H62铜合金相比，其延伸率提升到42.6%，提高了 9.8 %，硬度提高了 10.4%，抗拉强度提高了 5.6%，屈服强度提高了8.1%。
[0022]由表可知，实施例1~5之间比较，合金元素含量的变化会对材料的性能造成明显的影响，镧、锑、硅的含量太低或过多虽然能一定程度提高合金材料的性能，但不能起到最佳效果。
【主权项】
1.一种耐腐蚀黄铜材料，其特征是由以下重量配比的材料组成:55°/『74% Cu，0.02%~0.12%La，0.01%~0.l%Sb，0.05%~0.15%Si，其余为锌(Zn)及总量不大于 0.5% 的不可避免的杂质，退火工艺为将试样在350°C ~550°C下保温1~2小时后空冷。
2.根据权利要求1所述的黄铜材料，所述材料的最优选组成为:60.5-63.5% Cu，0.06%La，0.02%Sb，0.08%Si，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质，最佳退火工艺为400°C保温I小时后空冷。
3.—种权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征是采用以下步骤: (1)将电解铜块(板)放入石墨粘土坩祸中，用中频感应电炉加热熔化，在铜即将熔化前加入碎玻璃作为覆盖剂，防止金属铜的氧化，升温熔化至1100~1200°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化； (2)合金液继续升温至1300~1400°C后，加入块状的纯镧、锑锭、硅锭，用碳棒搅拌，静置5~10分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇注成形； (3)浇注成形的试样冷却后再将其放入温度为350°C~550°C的电炉中保温1~2小时，取出试样空冷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:步骤(3)中，合金液在1300~1400°C时同时加入块状纯镧、锑锭、硅锭，加入后静置5~10分钟，合金液在1200°C左右浇注成形。
【专利摘要】本发明涉及一种高强度耐腐蚀黄铜材料及其制备方法。所述合金材料的重量百分比组成：55%~74%Cu，0.02%~0.12%La，0.01%~0.1%Sb，0.05%~0.15%Si，其余为锌（Zn）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。退火工艺为将试样在350℃~550℃保温1~2小时后空冷。本发明采用镧、锑、硅的复合作用处理普通黄铜材料，再通过退火处理，使合金微观组织发生明显变化，组织得到净化，β相变得更细小，分布更均匀，提高了合金材料的强度和塑性，使其具有良好的综合力学性能，同时提高了其耐腐蚀性能，可延长该合金材料的使用寿命，适合用来制造有耐蚀性要求的卫生洁具、水暖器材、仪器仪表冷凝管和阀门等。
【IPC分类】C22F1-08, C22C9-04
【公开号】CN104630555
【申请号】CN201510103346
【发明人】耿浩然, 罗宏, 盛萌, 赵天硕, 肖振, 刘晓英, 李明洋, 冷金凤
【申请人】济南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月10日