一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其成分为Al：0.8～1.2wt％，Fe：0.5～2.0 wt％，Sn：0.1～0.7 wt％，Ni：4～7 wt％，B：0.002～0.01wt％，0.005～0.02Ce/Y wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质；其退火态下合金在3.5%盐水条件下腐蚀速率为0.005～0.02mm/a，盐雾条件下腐蚀速率在0.01～0.03mm/a，色泽要求亮度值L≥80、红绿值a：6～8、蓝黄值b：11～15。本发明生产的合金与现有合金HSn72?1?1相比，在人工汗液等环境下表现出优异的抗变色性能。本发明合金组分合理，生产工艺简单，合金性能优越，可适用于各种建筑装饰材料、纪念币、能源工程、海洋工程等领域。
【专利说明】
一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铜合金，尤其涉及一种具有玫瑰色、耐腐蚀、抗变色的多元铜合金 材料，主要应用于造币坯料、各种装饰材料、能源工程、海洋工程等领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着人们对铜合金耐蚀性要求越来越高外，还要求铜合金具有美丽而赏 心悦目的外观。而玫瑰铜外观耐蚀铜合金具有优良的玫瑰铜色、耐腐蚀，是一种很有价值的 铜合金材料。该合金产品可涉及到流通货币、纪念币、建筑装饰、旅游纪念品、工艺美术制品 等；同时该合金产品具有良好的耐腐蚀性能和抗海洋生物污染性能使得其在能源工程、海 洋工程、船舶工程等领域也发挥较为重要的作用。
[0003] 目前在市面上流通的造币材料主要有铜镍合金（典型成分是：Cu91.66Ni8.33， Cu75Ni25，Cu84Nil6)，铜镍铝合金（典型成分是：Cu92A16Ni2，Cu93A15Ni2)，铜镍锌合金（典 型成分是：Cu70Zn24 · 5M5 · 5，Cu65Zn20Ni 15，Cu70Znl8Nil2，Cu80Znl7Ni3，Cu81Znl7Ni3 等），铜锌锡合金（典型成分是：Cu97Zn2.5Sn0.5)，铜铝合金（典型成分是：Cu92A18， Cu95A15)以及传统的造币铜合金HSn72-1-l等。
[0004] 上述流通的造币材料在流通环境中使用的局限和不足是：铜镍合金、铜镍铝合金 存在色泽偏白而非玫瑰铜色等不足;铜锌镍合金、铜锌锡合金、HSn72-1-l等均存在耐蚀性 不高等特点，均未同时满足玫瑰铜色泽、高耐腐蚀性能的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有材料和技术存在的不足，提供一种合金组分合理、原材 料价格便宜、具有玫瑰铜外观、抗变色、耐腐蚀的铜合金材料，以满足造币坯料、各种装饰材 料、能源工程、海洋工程中对耐腐蚀、玫瑰铜外观铜合金的需求。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现： 一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:其成分的质量百分含量如下一 A1 0.8 ~1.2wt%， Fe 0.5 ~2.0wt%， Sn 0.1 ~0.7wt%， Ni 4.0 ~7.0wt%， B 0.002 ~O.Olwt%， Ce/Y 0.005~0.02 wt%。
[0007] 该铜合金其余组分为Cu和不可避免的杂质。
[0008] 更进一步地，上述的一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，所述玫瑰铜外观耐蚀抗 变色铜合金材料其退火态下合金在3.5%盐水条件下腐蚀速率为0.005~0.02mm/a，盐雾条 件下腐蚀速率在〇. 〇 1~〇. 〇3mm/a，色泽要求亮度值L彡80、红绿值a: 6~8、蓝黄值b: 11~15。 本发明生产的合金与现有合金HSn72-1-l相比，在人工汗液等环境下表现出优异的抗变色 性能。本发明合金组分合理，生产工艺简单，合金性能优越，可适用于各种建筑装饰材料、纪 念币、能源工程、海洋工程等领域。
[0009]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在： 本发明铜合金具有很好的玫瑰铜外观和优良的耐蚀性能及抗变色性能，其退火态下合 金在3.5%盐水条件下腐蚀速率为0.005~0.02mm/a，盐雾环境下腐蚀速率在0.01~0.03mm/ a，色泽要求亮度值L多80、红绿值a: 6~8、蓝黄值b: 11~15，在人工汗液等环境下抗变色性 能优于现有合金HSn72-1-l。本发明合理控制附）1、？6、8、(^八的含量，在保证玫瑰铜色泽 和耐蚀性能前提下，合金熔炼与铸造工艺良好，铸锭质量优良。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所 限。
[0011] 一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料成分含量为A1:0.8~1.2wt %，Fe : 0.5~2.0 wt%，Sn:0.1 ~0.7 wt%，Ni:4~7 wt%，B:0.002~0.01wt%，0.005~0.02Ce/Y wt%，其 余组分为Cu和不可避免的杂质。
[0012] 本发明采用了多元合金化的原则:A1固溶于铜中，在合金表面形成氧化铝保护膜， 提尚了合金的耐腐蚀性能，加 A1还提尚合金的流动性和铸件表面质量，A1是制备合金时的 最重要的调色元素之一，对合金色泽蓝黄值b影响较为显著;Fe有细化晶粒作用，Fe在合金 中的溶解度一般为1%，其余的Fe可与A1形成金属间化合物Fe 3Al，提高合金的强度、硬度和 耐磨性;Sn元素会使得铜钝化膜更加致密和稳定，从而提高铜的耐蚀性能，可能显著提高合 金耐汗水和耐盐雾腐蚀能力，但Sn含量过高则未能提高合金的耐腐蚀性。稀土元素 Ce/Y由 于其特殊的物理和化学性质，在金属材料的发展和应用中起着不可或缺的重要作用。由于 稀土与杂质元素(如氧、硫、氢、铋等)有较强的亲和力，在金属熔液中能同时与氧、硫生成氧 硫化合物，从而实现脱硫脱氧。同时稀土 Ce/Y与铋等杂质元素结合成各种原子比的高熔点 稀土化合物和金属化合物，由于温度比铜合金液体温度高，在熔炼过程中易于上浮，从而与 熔渣一起从铜液中排出。稀土元素还具有细化晶粒、减少或消除柱状晶、扩大等轴晶区等作 用。铜合金中添加稀土，可明显提高铜的强度和硬度，增加热稳定性，并具有较高的高温、常 温塑性。稀土元素还可提高铜合金的耐蚀性和抗局部侵蚀倾向。Ni元素具有固溶强化的作 用，可提高合金的强度、韧性和耐蚀性，同时Ni还有细化晶粒的作用，Ni元素对合金红绿值a 和蓝黄值b的作用是随着Ni含量增加而逐渐下降，在一定范围内基本为线性关系。B能细化 晶粒，提高合金的力学性能与工艺性能。铜合金中加入微量硼，不仅能细化组织，提高合金 的强度、硬度，并保持其塑性，还能明显改善铜合金的耐蚀性能，使耐磨和耐蚀能力同时增 强，所以适量硼能明显增加铜合金的耐磨蚀能力。硼在铜合金中的具体含量，还需要根据合 金的种类来确定。同时，硼在铜合金中具有显著的脱S、Bi和Pb等杂质元素作用。
[0013] 本发明选用CIE1976L*a*b*表色系统，用色度参数L*、a*和b*来描述合金的色泽。 其中L*为明度坐标，表征颜色的亮度大小，L*轴为颜色的明度坐标轴，L*取值从0至100,它 由底部的黑色(L*=0)经中灰到达顶部的白色(L*=100)即全反射色。a*轴为红绿轴，a*>0表 示物体表面色中含有红色成分，a*〈0表示物体表面色中含有绿色成分。b*轴为黄蓝轴，b*>0 表示物体表面色中含有黄色成分，b*〈0表示物体表面色中含有蓝色成分。C*为颜色的彩度， C*=(a*2+b*2)V2,是由明度轴到色空间某一点的水平径向距离。C*越大，表明色彩的饱和程 度越大。在CIE1976L*a*b*色空间中，可根据色差ΛΕ*大小来定量地评价试验合金在腐蚀前 后的变色程度。色差ΛΕ*计算公司为： AE*=[(AL*)2+(Aa*)2+(Ab*)2]V2 式中AL*称为明度差，Aa*称为红绿色品差，Ab*为蓝黄色品差。
[0014] 本发明采用hunterlab公司生产的MSEZ-4500型分光光度计测定颜色。
[0015] 本发明合金通过形变热处理就可使其性能得到调整而获得所需的性能要求。
[0016] 以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0017] 实施例1: 将原料按照质量百分比：A1 lwt%，Fe 1.5 wt%，Sn 0.3 wt%，Ni 5wt%，B 0.005%， Ce/Y 0.01 wt%，其余组分为Cu和不可避免的杂质。熔炼在中频感应熔炼炉中熔炼，并进行 立式半连续铸造，获得成分均匀的铜合金铸锭。铸锭双面铣后在加热炉中加热到900°C，保 温30min~lh后在热乳机上进行热乳，并进行铣面、冷乳、中间退火和酸洗等加工过程，获得 冷乳板坯，经过精乳后获得1.8mm±0.02mm后的板材，随后进行成品态退火，获得组织性能 优异的耐蚀合金材料。合金表面呈玫瑰铜色，色泽定量测试结果表明，成品板坯的色度参数 为L*=83.5，a*=6.8，b*=13.7，彩度0=15.3。在人工汗液中浸泡48小时色差ΛΕ*为7.2。
[0018] 实施例2: 将原料按照质量百分比：A1 lwt%，Fe 2wt%，Sn 0.7 wt%，Ni 4.5wt%，B 0.01%，Ce/ Y 0.02 wt%，其余组分为Cu和不可避免的杂质。熔炼在中频感应熔炼炉中熔炼，并进行立 式半连续铸造，获得成分均匀的铜合金铸锭。铸锭双面铣后在加热炉中加热到900°C，保温 30min~lh后在热乳机上进行热乳，并进行铣面、冷乳、中间退火和酸洗等加工过程，获得冷 乳板坯，经过精乳后获得1.8mm±0.04mm后的板材，随后进行成品态退火，获得组织性能优 异的耐蚀合金材料。合金表面呈玫瑰铜色，色泽定量测试结果表明，成品板坯的色度参数为 L*=84.1，a*=7.12，b*=12.5，彩度0=14.4。在人工汗液中浸泡48小时色差ΛΕ*为7.9。
[0019] 实施例3: 将原料按照质量百分比：A1 lwt%，Fe 0.5wt%，Sn 0.1wt%，Ni 6wt%，B 0.002%，Ce/ Y 0.005 wt%，其余组分为Cu和不可避免的杂质。熔炼在中频感应熔炼炉中熔炼，并进行立 式半连续铸造，获得成分均匀的铜合金铸锭。铸锭双面铣后在加热炉中加热到900°C，保温 30min~lh后在热乳机上进行热乳，并进行铣面、冷乳、中间退火和酸洗等加工过程，获得冷 乳板坯，经过精乳后获得1.8mm±0.04mm后的板材，随后进行成品态退火，获得组织性能优 异的耐蚀合金材料。合金表面呈玫瑰铜色，色泽定量测试结果表明，成品板坯的色度参数为 L*=82.5，a*=6.4，b*=13.4，彩度0=14.8。在人工汗液中浸泡48小时色差ΛΕ*为6.4。
[0020] 实施例4: 将原料按照质量百分比：A1 lwt%，Fe lwt%，Sn 0.3wt%，Ni 7wt%，B 0.007%，Ce/Y 0.015 wt%，其余组分为Cu和不可避免的杂质。熔炼在中频感应熔炼炉中熔炼，并进行立式 半连续铸造，获得成分均匀的铜合金铸锭。铸锭双面铣后在加热炉中加热到900°C，保温 30min~lh后在热乳机上进行热乳，并进行铣面、冷乳、中间退火和酸洗等加工过程，获得冷 乳板坯，经过精乳后获得1.8mm±0.04mm后的板材，随后进行成品态退火，获得组织性能优 异的耐蚀合金材料。合金表面呈玫瑰铜色，色泽定量测试结果表明，成品板坯的色度参数为 L*=83.3，a*=6.3，b*=12.4，彩度0=13.9。在人工汗液中浸泡48小时色差ΛΕ*为6.8。
[0021] 将本实施例中的四种合金以及现有纪念币用的HSn72-l_l板材测试结果进行对 比。其在3.5%盐水环境和盐雾环境下腐蚀速率测定结果见表1所示，抗变色性能测试结果见 表2所示。
[0022] 表1本发明合金在3.5%盐水环境和盐雾环境下腐蚀速率对比
表2本发明合金48小时抗变色性能测试结果对比
综上所述，以上对比说明本发明铜合金在耐腐蚀性能和抗变色性能方面均明显优于 HSn72-1-l合金，同时具有玫瑰铜外观色泽。
[0023] 由于该合金具有良好的玫瑰铜外观色泽，优良的耐蚀性能，生产成本低;特别适用 于造币坯料、各种装饰材料、能源工程、海洋工程等方面材料。
[0024] 以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用 等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
【主权项】
1. 一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:其成分的质量百分含量如下： A1 0.8 ~1.2wt%， Fe 0.5~2.0 wt%， Sn 0.1 ~0.7 wt%， Ni 4.0~7.0 wt%， B 0.002 ~O.Olwt%， Ce/Y 0.005~0.02wt%， 该铜合金其余组分为Cu和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:所述玫瑰色 耐蚀抗变色铜合金材料在退火态下在3.5%盐水条件下腐蚀速率为0.005~0.02mm/a。3. 根据权利要求1所述的一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:所述玫瑰铜 外观耐蚀铜合金材料在退火态下的盐雾条件下腐蚀速率在0.01~0.03mm/a。4. 根据权利要求1所述的一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:所述玫瑰铜 外观耐蚀铜合金材料在退火态下其色泽要求亮度值:80、红绿值a: 6~8、蓝黄值b: 11~ 15。5. 根据权利要求1所述的一种玫瑰色耐蚀抗变色铜合金材料，其特征在于:所述玫瑰铜 外观耐蚀铜合金材料在退火态下在人工汗液等环境下抗变色性能优于现有合金HSn72-1-1〇
【文档编号】C22C9/06GK105970018SQ201610604809
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】李华清
【申请人】李华清