专利名称：无铅的锑镍黄铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环保黄铜合金，且特别涉及一种无铅的锑镍黄铜合金。
背景技术：
现有非环保含铅黄铜的主要成份为铜与锌，两者的比例通常为约7: 3或6: 4，此外通常包含较多量杂质。为了让黄铜能具有良好的机械加工性质，公知的黄铜组成含按重量百分比计为1-3%的铅。含铅黄铜为工业上重要材料，广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。然而，随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响与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，涵盖用于家电、汽车、水周边产品的含铅合金材料，特别要求不可从产品浸出铅至饮用水，且在加工过程中必须避免铅污染。从而，业界亟欲开发无铅的黄铜材料，寻找可替代含铅黄铜，并兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性、与机械性质的黄铜
I=1-Wl O目前已有许多无铅铜合金配方被报导，例如以硅(Si)取代铅为主要成分添加于黄铜合金中，例如美国专利 US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441 等所公开的无铅铜合金配方，但这些技术的缺点是制成的黄铜合金切削性不佳。此外，有文献及其余专利以添加铋(Bi)为主要成分而取代铅添加于黄铜合金中，例如美国专利 US7297215、US6974509、US694.55378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712、US2006000590U US20040094243, US5637160、US20070039667 等所公开的含铋的黄铜合金 。上述合金配方的铋含量按重量百分比计约在0.03% -7.0%的范围，且除了铋外，各自包含不同的元素成分及特定配比。例如美国专利US6413330系揭露同时包含铋、硅及其它成分的无铅铜合金配方。而中国专利公开号CN101403056公开了以铋及锰代替铅的无铅黄铜合金；然而，高铋含量容易产生裂纹、夹渣等缺陷，而铋低锰高则硬度高，不易断屑，因此切削性差。另外，还有文献公开了无铅铜合金的制程或洗铅制程的改进，例如美国专利US5904783公开了以钠、钾金属在高温下处理黄铜合金以减少铅滤出到供给液的方法；然而，传统的洗铅制程仅能在含铅产品在浸入水中时，减少与水接触表面的铅析出，无法将生产原料成分中铅含量符合美国加州AB-1953法规所规范的铜合金含铅量降低至0.25wt%以下。由此可见，现有的黄铜合金产品及其制造方法显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决道，因此新的黄铜合金配比和其制成产品，为业界极需改进的目标，亦属当前重要研发课题一
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的无铅黄铜合金材料在切削加工上所存在的缺陷，而提供一种无铅无铋的环保黄铜合金，具有优良的材料性能，良好韧性及加工性，能提高合金的强度和耐腐蚀性，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的无铅的锑镍黄铜合金，其各组份的组成按重量百分比计分别为:铜(Cu)59-64%，锑(Sb)0.01-0.25 %, If (Ni)0.1-1.5 %，铝(Al)0.01-0.15 %，锡(Sn)0.1-0.8 %，镁(Mg)0.01-0.45%，锆(Zr)0.05-0.5%，其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，而且，所述的无铅的铺镍黄铜合金组成中铜加锌大于96.2wt%。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的锑按重量百分比计为0.1-0.2%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的镍按重量百分比计为0.3-1.0%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的铝按重量百分比计为0.05-0.12%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的镁 按重量百分比计为0.1-0.3%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的锡按重量百分比计为0.3-0.6%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的锆按重量百分比计为0.1-0.3%。前述的无铅的锑镍黄铜合金，其中所述的铜按重量百分比计为61-63%。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现。无铅的锑镍黄铜合金各组份的组成按重量百分比计分别为:铜:61-63%，锑:0.1-0.2%,If:0.3-1.0%,铝:0.05-0.12%，镁:0.1-0.3%:0.3-0.6%，锆:0.1-0.3%，其余为锌和 0.1% 以下不可避免的杂质。而且，所述的无铅的锑镍黄铜合金组成中铜加锌含量按重量百分比计为大于 96.2wt%0本发明的无铅的锑镍黄铜合金为无铅无铋的环保黄铜合金，具有优良的材料性能，良好韧性及加工性，能提高合金的强度和耐腐蚀性，与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下:为达到上述目的，本发明提供的无铅的锑镍黄铜合金，锑的含量按重量百分比计为0.01-0.25%。在一实施例中，锑的含量为0.1至0.2%。锑与铜等元素形成金属间化合物，能提高黄铜的切削性。为达到上述目的，本发明提供的无铅的锑镍黄铜合金，镍的含量按重量百分比计为0.1-1.5%。在一实施例中，镍的含量为0.3-1.0%。镍能与铜形成连续固溶体，它们能够明显地提高铜的机械性能与耐蚀性能。为达到上述目的，本发明提供的无铅的锑镍黄铜合金，铝的含量按重量百分比计为0.01-0.15%。在一实施例中，铝的含量为0.05至0.12%。铝能增加铜水的流动性，改善该合金材料的铸造性能。添加适量的铝能避免在铜水液面产生大量铝氧化膜使铜液中夹洛，及在后续烧铸铜铸件时形成夹层(Lamination),造成铸件缺陷产生的问题。为达到上述目的，本发明提供的无铅的锑镍黄铜合金，镁的含量按重量百分比计为0.01-0.45%。在一实施例中，镁的含量为:0.1-0.3%%。添加适量的镁形成Cu2Mg金属间化合物细小颗粒(第三相)在切削时起到良好的断屑作用，从而改善了黄铜的切削加工性能。为达到上述目的，本发明提供的无铅的锑镍黄铜合金，锡的含量按重量百分比计为0.01-0.8%。在一实施例中，锡的含量为0.3-0.6%。锡能显着提高黄铜合金材料于大气、海水、氯化物及过热蒸汽中的耐蚀性。锡在黄铜中起固溶强化作用，可提高强度和硬度。为达到上述目的，本发明提供的无铅锑钛黄铜合金，锆的含量按重量百分比计为0.05-0.5%。在一实施例中，锆的含量为0.0.3%。添加微量的锆能起到细化变质作用，使比较粗大的枝状晶变为细小的等轴晶组织。借由上述技术方案，本发明的无铅的锑镍黄铜合金至少具有下列优点及有益效果:第一，由于使用锑，与铜等元素形成金属间化合物，能提高黄铜的切削性。第二，由于添加镍，能与铜形成连续固溶体，它们能够明显地提高铜的机械性能与耐蚀性能。第三，本发明的无铅的锑镍黄铜合金的整体配比，能够明显地提高黄铜的机械性能、耐蚀性能，还有合金的强度和硬度。能提高合金材料的切削性，从而改善了黄铜的切削加工性能。综上所述，本发明的无铅的锑镍黄铜合金配比，得到了具备优异切削性、抗腐蚀性、高强度和硬度的环保黄铜合金。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新合金材料。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1A是本发明的一种无铅的锑镍黄铜合金试片的金相组织分布。
图1B为铋无铅黄铜试片的金相组织分布。图1C为H59铅黄铜试片的金相组织分布。图2A为铋无铅黄铜的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布。图2B为H59铅黄铜试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布。图2C为本发明的一种无铅的锑镍黄铜合金试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布。图3为拉伸测试标准样品的示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容了解本发明的其它优点与功效。在本说明书中，除非另有说明，否则无铅的锑镍黄铜合金所包含的组成分都以合金总重量为基准，并以重量百分比(wt% )表示。本发明的发明人发现，当以公知高含量的铋(lWt%以上)添加入黄铜合金时，在微观上，易于黄铜合金的晶粒中形成铋的液态薄膜，最后在晶界偏析而产生连续片状的铋，遮蔽晶界，使得合金的机械强度溃散而提高合金的热脆性及冷脆性，造成材料开裂。依据本发明的无铅的锑镍黄铜合金配方，不但可解决材料开裂的缺陷，且仍可达到铅黄铜(如公知的H59铅黄铜)所具备的材料特性(如切削性等)，且不易产生裂纹或夹杂等产品缺陷。因此，本发明的无铅的锑镍黄铜合金不仅可大幅降低铋的使用，提高合金的机械性能，更能有效降低黄铜合金的生产成本，对于商业量产及应用上极具优势。另外，依据本发明的无铅的锑镍黄铜合金配方，可以使合金中的铅含量降低至0.01wt%以下，符合对于与水接触的管线材料的铅含量的国际规定。因此，本发明的无铅磷铜合金有利于制造水龙头及卫浴零组件、自来水管线、供水系统等的应用。以下，将以例示性实施例详细阐述本发明。试验例1:在相同制程及相同操作条件下，分别以本发明的无铅的锑镍黄铜合金(实施例1至3)、铋无铅黄铜(比较例I至2)、H59铅黄铜(比较例3至4)为材料，进行相同的产品铸造，并比较各合金的加工特性及各阶段的制程合格率。其中，制程合格率定义如下所示:
权利要求
1.一种无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于该合金各组份的组成按重量百分比计分别为:铜:59-64 %，锑:0.01-0.25 %, If:0.1-1.5 %，铝:0.01-0.15%, M:0.1-0.8 %，镁:0.01-0.45%，锆:0.05-0.5%,其余为锌和不可避免的杂质，而且，所述的无铅的锑镍黄铜合金组成中铜加锌大于96.2wt%。
2.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述锑按重量百分比计为0.1-0.2%。
3.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述镍按重量百分比计为0.3-1.0%。
4.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述铝按重量百分比计为0.05-0.12%。
5.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述锡按重量百分比计为0.3-0.6%。
6.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述镁按重量百分比计为0.1-0.3%。
7.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述锆按重量百分比计为0.1-0.3%。
8.根据权利要求1所述的无铅的锑镍黄铜合金，其特征在于所述铜按重量百分比计为·61-63%。
全文摘要
本发明涉及一种无铅的锑镍黄铜合金，该无铅的锑镍黄铜合金中各组份的组成按重量百分比计分别为铜(Cu)59-64％，锑(Sb)0.01-0.25％，镍(Ni)0.1-1.5％，铝(Al)0.01-0.15％，锡(Sn)0.1-0.8％，镁(Mg)0.01-0.45％，锆(Zr)0.05-0.5％，其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，而且，所述的无铅的锑镍黄铜合金组成中铜加锌大于96.2wt％。上述无铅的锑镍黄铜合金具有优良的材料性能，良好韧性及加工性，能提高合金的强度和耐腐蚀性。
文档编号C22C9/04GK103205597SQ20121001973
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者吴威德, 罗文麟, 吕鸿庆, 彭晓明 申请人:摩登岛股份有限公司