一种Nd增强的黄铜合金及其制备工艺的制作方法
【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：铜（Cu）55%~72%，钕（Nd）添加量为0.06%~2.0%，其余为锌（Zn）及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。本发明采用钕处理普通黄铜材料，使合金的微观组织发生明显变化，组织得到净化，提高了合金材料的强度、硬度以及耐腐蚀性能，使其具有良好的综合性能，适合于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。
【专利说明】
一种Nd増强的黄铜合金及其制备工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种采用稀土元素钕处理来提高普通黄铜材料耐蚀性的工艺方法，属于金属熔炼和材料防腐蚀技术领域。
【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，留下疏松多孔结构，这严重降低了黄铜的力学性能，缩短其使用寿命，也带来了安全隐患。多年来为了抑制黄铜的脱锌腐蚀，研究者们采取了多种措施，其中，添加合金元素是其中较为有效的改善方法。目前所采用的合金元素主要有砷、硼、锡、镍、稀土等。其中砷是应用最广泛的元素。但是砷有剧毒，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]近几年来，稀土元素因其独特的物理和化学性质在合金中得到广泛研究，学者们研究发现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能、改
善其力学性能具有重要的研究和实际应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于采用稀土元素钕处理工艺，提供一种抗脱锌腐蚀性能好，塑形高且具有较高强度和硬度的黄铜材料。
[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:铜(Cu)55%?72%，钕(Nd)0.06%?2.0%，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
[0006]上述本发明的耐蚀性黄铜材料，所述材料的最优组成为:铜(Cu)6 2%，最佳稀土元素钕(Nd)1.0%，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。
[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1150°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化；
(2)合金继续升温至1350°C，加入用铜箔包裹的块状钕，用碳棒搅拌，静置5?10分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇铸成形。
[0008]本发明在普通黄铜的基础上采用稀土元素钕处理的方法，使得黄铜的微观组织发生了较大的变化，由为处理时的大晶粒转变为分散更加均匀的小晶粒，使晶界增多，同时对脱锌腐蚀较为敏感的第二相β相由长条状变为短棒状。这些微观组织的变化使得本发明材料的抗脱锌腐蚀性得到明显提升。标准抗脱锌腐蚀试验显示，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。
[0009]晶粒大小和β相形状的变化使得本发明黄铜材料的强度、硬度和耐腐蚀性能均得到较大提高，伸长率有所下降。黄铜经常用来制造管材以及阀门，本发明材料强度和耐蚀性的提尚有利于提尚其使用寿命，且此时的伸长率下降不大，有$父好的综合性能。
[0010]综上所述，本发明材料有良好的耐腐蚀性及综合力学性能，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】
[0011]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】
[0012]对比例1:
本发明实施材料的组成重量比(Wt.%)为:62%Cu，钕(Nd)0%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0013]采用以下步骤制得:
将电解铜块(板)放入石墨粘土坩祸中，用中频感应炉加热熔化。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1150°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化；出炉浇铸成形。所得合金性能见图1。
[0014]对比列2:
本发明实施材料的组成重量比(wt.%)为:62%Cu，镧(La)1.0%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0015]采用以下步骤制得:
(1)将电解铜块(板)放入石墨粘土坩祸中，用中频感应炉加热熔化。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1150°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化；
(2)合金继续升温至1350°C，加入用铜箔包裹的块状镧，用碳棒搅拌，静置5?10分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇铸成形。所得合金性能见图1。
[0016]实施例1:
本发明实施材料的组成重量比(wt.%)为:62%Cu，钕(Nd)0.06%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0017]采用以下步骤制得:
(1)将电解铜块(板)放入石墨粘土坩祸中，用中频感应炉加热熔化。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1150°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化；
(2)合金继续升温至1350°C，加入用铜箔包裹的块状钕，用碳棒搅拌，静置5?10分钟，调低温度，合金液在1200°C左右出炉浇铸成形。所得合金性能见图1。
[0018]实施例2:
本发明实施材料的组成重量比(wt.%)为:62%Cu，钕(Nd) 1.0%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0019]按照本组成配比和实施例1同样的制备工艺步骤和参数进行熔炼，浇铸。经以上工艺过程，制成黄铜材料。所得合金性能见图1。
[0020]实施例3:
本发明实施材料的组成重量比(wt.%)为:62%Cu，钕(Nd)2.0%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0021]按照本组成配比和实施例1同样的制备工艺步骤和参数进行熔炼，浇铸。经以上工艺过程，制成黄铜材料。所得合金性能见图1。
[0022]实施例4:
本发明实施材料的组成重量比(wt.%)为:72%Cu，钕(Nd)1.0%，其余为Zn和不可避免杂质。
[0023]按照本组成配比和实施例1同样的制备工艺步骤和参数进行熔炼，浇铸。经以上工艺过程，制成黄铜材料。所得合金性能见图1。
[0024]对比例I和实施例的各性能对比结果如图1所示。结果表明，本发明合金比H62铜合金的耐脱锌腐蚀明显提升，失重腐蚀速率最低降到11.17 g.m—2.1ΓS降低了35.4%。同时本发明合金抗拉强度最高达到396.9MPa，比Η62铜合金提升了 18.8%，屈服强度提升了27.8%，延伸率降低了 34.1%。由图1可知，最佳Nd处理量为1.0%。
[0025]对比例2和实施例的各性成对比结果如图1所不。结果表明，当铜和钦的添加M相当时(对比例2和实施例2比较)，镧的效果没有采用钕处理的效果好，所以采用钕处理黄铜对提高其耐蚀性及综合力学性能具有明显的优势。
【主权项】
1.本发明的一种高强度高耐蚀性黄铜材料，是由以下重量百分比的材料组成:铜(Cu)50%?72%，钕(Nd)0.06%?2.0%，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。2.根据权利要求1所示的黄铜材料，所述材料的最优组成为:铜(Cu)60.5%?63.5%，稀土元素钕(Nd)1.0%，其余为锌(Zn)及总量不大于0.5%的不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述黄铜材料的制备方法，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1150°C，加入预热的锌锭块，用碳棒搅拌使锌完全熔化； (2)合金继续升温至1350°C，加入用铜箔包裹的块状钕锭，用碳棒搅拌，静置5?10分钟，调低温度，合金液在1200 °C左右出炉浇铸成形。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是:在步骤(3)中，合金液在1350°C时加入钕，然后静置5?10分钟，合金液在1200分钟左右浇铸成形。
【文档编号】C22C9/04GK105821241SQ201610332254
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】武祥为, 耿浩然, 付开新
【申请人】济南大学