专利名称：一种造币用无镍白铜合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及铜及铜合金加工，属于金属材料合金化、材料防腐及合金熔炼技术领域，尤其涉及造币用无镍白铜合金及其制备方法。
背景技术：
金属硬币具有整洁度高，携带的病菌少，有利于人民身体健康；硬币耐磨损，流通周期长，发行成本较小，节约资源的优点。铜作为一种古老的金属，在世界很多国家都有作为金属流通币使用的历史。由于铜离子能够杀死病菌，铜基金属流通币具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。白铜具有银白色的金属光泽，较高的强度，良好的加工成型性和耐蚀性，加工制品尺寸精度高，表面光洁的特点，是一种优良的造币合金基材。铜作为金属流通币使用时，为了使其具有银白色的金属光泽，往往要在铜基体合金中添加15%左右的镍，加之近年来铜价持续走高，使得铜基金属流通币可能的制造成本大幅攀升，影响流通使用。瑞典一位皮肤科专家进行的研究显示，目前，在工业发达国家有15%的女性和2%-5%的男性会对镍产生过敏反应。仅接触含镍合金的I欧元和2欧元硬币5分钟就可能出现包括皮肤过敏、搔痒在内的多种症状。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种低成本、易切削、加工性能优良的造币用的无镍白铜合金及其制备方法。上述目的是通过下述方案实现的
一种造币用无镍白铜，其特征在于，所述白铜包含元素的质量百分比为Zn16. 0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce0. 05-0. 2%、杂质总量不大于0. 9%，余量为铜。一种制备上述无镍白铜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤
1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200°C -1220V ；；
2)加入质量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu;
3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16-19%的Zn;
4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn,Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为 3. 0-4. 0% 和 2. 3-3. 5%;
5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使合金中Sb质量百分比0. 2-0. 4%;
6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后,加入Cu-Fe中间合金,使合金中Fe质量百分比 0. 3-0. 6%;
7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入稀土合金铈，使合金中铈质量百分比0. 05-0. 2% ；8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣；
9)取样分析；
10)升温1180°C-1210°C，向铜液中加入0. 02%-0. 03%的镁，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫；
11)随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。本发明的有益效果本发明采用多组元合金、复合添加方式，改善合金的综合性能，通过添加锑改善合金的切削性能，通过添加钛、锰、铁、锌、铝代替合金基体中的镍、铜，降低合金的制造成本，可以降低金属原料成本23000-30000元/吨。
图I是本发明的制备方法流程图。
具体实施例方式本发明的造币用无镍白铜含元素的质量百分比为Zn 16. 0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce 0. 05-0. 2%、杂质总量不大于0. 9%,余量为铜。参见图1，本发明的无镍白铜合金的熔炼操作过程如下
1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭(权利要求I的白铜中并没有C 木炭仅作为覆盖剂使用)放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200 0C -1220。。。；
2)加入质量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu ;向合金中加铝时，由于铝在铜中溶解会放出大量的热，激烈的放热反应可能使铜液熔池局部温度升高200°C，造成金属烧损增加。采用冷料与铝同时添加的方式，利用铝的溶解热熔化冷料，可以达到降低能耗和金属烧损的目的。3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16. 0-19. 0%的Zn ;采用先加铝后加锌的目的，一是利用低价的金属铝对铜液脱氧，减少金属锌等金属的烧损；二是利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn, Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为3. 0-4. 0%和2. 3-3. 5%o5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后,加入Cu-Sb中间合金,使合金质量百分比0. 2-0. 4%Sb含量。6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后，加入Cu-Fe中间合金，使合金质量百分比0. 3-0. 6%的Fe含量。7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入质量百分比0. 05-0. 2%的稀土合金铈；
8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣；待所有的合金元素熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向 铜液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精炼剂。向铜液中吹入冰晶石能清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。高纯氮气载气能够利用浮选作用的原理清除铜液中的夹杂异物，降低铜液中的气体含量，其除气的原理是通入到铜液中的氮气或者氩气，在铜液中形成弥散的惰性气体气泡，气泡中的氢分压为零，合金熔体中的氢分压远大于气泡中的氢分压，熔体中的氢不断向气泡表面扩散并聚合为分子氢而进入气泡中，随气泡的上升、逸出而排入大气，达到除氢的目的。吹入熔体中的惰性气体气泡越小、数量越多、分布越弥散，除氢效果越好。气体吹炼时间为3-5分钟。采用惰性气体精炼铜液，可以减少锌白铜喷火的次数，从而减少金属锌的损失。9)取样分析；
10)升温1180°C-1210°C，向铜液中加入0. 02%-0. 03%的镁，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫；
11)随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。在白铜熔炼过程中，合理的加料与熔化顺序、准确地控制熔炼温度都有利于减少造渣和减少熔炼金属损耗。合金中加入铁是作为变质剂使用，变质处理的作用清除铸锭组织中粗大的柱状晶，细化铸锭的结晶组织，提高合金的冷热加工性能和强度。添加适量的轻质稀土镧、铈，可以脱氧、脱硫、脱氢，并脱除Pb、Bi等有害杂质，净化铜合金成分。轻质稀土也有极强的变质作用，能够消除铸锭中的枝状晶区，急剧细化晶粒，提高塑性和强度，减少表面裂纹和缺陷，改善合金的深冲性能，明显提高合金的耐蚀性和抗局部腐蚀的能力。实施例I
将质量百分比为50%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210°C。向熔化的铜液中加入质量百分比0. 5%的Al (考虑烧损)和21. 7%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，达到降低能耗和金属烧损的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比为18. 0%的Zn (考虑烧损);采用先加铝后加锌的目的，可以利用低价的金属铝对铜液脱氧，并利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比分别为3. 0%和2. 3%。向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0. 20% ；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0. 3% ；
向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0. 1%
待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。气体吹炼时间为3-5分钟。取样分析，待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210°C、向铜液中加入质量百分比为0. 02%-0. 03%的镁脱氧、除硫。随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。按照此方法所制备的铜合金成分为(质量百分比)=Zn 16. 3%，Mn 3. 1%，Ti 2. 35%，Fe 0. 31%, Al 0. 34%, Sb 0. 2%, Ce 0.07%，余量为铜。
实施例2
将质量百分比为60%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜15-25kg。熔炼温度为1180-1210°C。向熔化的铜液中加入质量百分比0. 6%的Al (考虑烧损)和14. 5%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，达到降低能耗和金属烧损的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比为19. 0%的Zn (考虑烧损);采用先加铝后加锌的目的，可以利用低价的金属铝对铜液脱氧，并利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比分别为3. 5%和3. 0%。 向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0. 30% ；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0. 4% ；
向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0. 15%
待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。气体吹炼时间为3-5分钟。取样分析，待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210°C、向铜液中加入质量百分比为0. 02%-0. 03%的镁脱氧、除硫。随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。按照此方法所制备的铜合金成分为(质量百分比)=Zn 17. 1%，Mn 3. 5%，Ti 3. 1%，Fe 0. 39%, Al 0. 40%, Sb 0. 28%, Ce 0. 13%，余量为铜。实施例3
将质量百分比为63%的Cu放入工频炉中熔炼，待铜开始软化后，在铜表面覆盖一层木炭。木炭的用量为每吨铜25kg。熔炼温度为1180-1210°C。向熔化的铜液中加入质量百分比0. 75%的Al (考虑烧损)和14. 8%的Cu，利用铝溶解产生的大量的热熔化冷铜，达到降低能耗和金属烧损的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向铜液中加入质量百分比为20. 0%的Zn (考虑烧损);采用先加铝后加锌的目的，可以利用低价的金属铝对铜液脱氧，并利用铝在铜液表面形成一层致密的氧化铝保护膜，减少铜液吸气和随后加入的锌的挥发损失。待金属Zn熔化后，向铜液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中间合金，使成品合金中Mn和Ti的质量百分比分别为4. 0%和3. 5%。向铜液中加入Cu-Sb中间合金，使成品合金中Sb的质量百分比为0. 40% ；向铜液中加入Cu-Fe中间合金，使成品合金中Fe的质量百分比为0. 6% ；
向铜液中加入Cu-Ce中间合金，使成品合金中Ce的质量百分比为0. 20%
待加入的中间合金熔化后，用高纯氮气或者氩气作为载气，向铜液中吹入0. 1%-0. 2%的冰晶石精炼剂，清除铜液中的氧化铝夹杂。吹入时，要注意不留死角和盲区。气体吹炼时间为3-5分钟。取样分析，待合金成分符合标准要求后，将铜液升温至1180-1210°C、向铜液中加入质量百分比为0. 02%-0. 03%的镁脱氧、除硫。随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。按照此方法所制备的铜合金成分为(质量百分比)=Zn 19. 0%，Mn 3. 9%，Ti 3. 48%，Fe 0. 58%, Al 0. 60%, Sb 0. 38%, Ce 0. 19%，余量为铜。
权利要求
1.一种造币用无镍白铜，其特征在于，所述白铜包含元素的质量百分比为Zn、16.0-19. 0%、Mn 3. 0-4. 0%、Ti 2. 3-3. 5%、Fe 0. 3-0. 6%、Al 0. 3-0. 6%、Sb 0. 2-0. 4%、Ce、0. 05-0. 2%、杂质总量不大于0. 9%，余量为铜。
2.一种制备权利要求I所述无镍白铜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 1)将质量百分比为50-60%的Cu和每吨金属15-25kg的木炭放入工频炉中熔炼，木炭放在金属的上部，熔炼温度为1200°C -1220V ；； 2)加入质量百分比0.3-0. 6%的Al和11. 7-27. 8%的Cu; 3)步骤2)加入的Al和Cu熔化后，加入质量百分比16-19%的Zn; 4)步骤3)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn,Cu-Ti中间合金，使合金Mn、Ti质量百分比分别为 3. 0-4. 0% 和 2. 3-3. 5%; 5)步骤4)加入的Cu-Mn和Cu-Ti中间合金熔化后，加入Cu-Sb中间合金，使合金中Sb质量百分比0. 2-0. 4%; 6)步骤5)加入的Cu-Sb中间合金熔化后,加入Cu-Fe中间合金,使合金中Fe质量百分比 0. 3-0. 6%; 7)步骤6)加入的Cu-Fe中间合金熔化后，加入稀土合金铈，使合金中铈质量百分比、0. 05-0. 2% ； 8)步骤7)加入的稀土合金熔化后，用氮气吹冰晶石精炼、升温、扒渣； 9)取样分析； 10)升温1180°C-1210°C，向铜液中加入0. 02%-0. 03%的镁，加镁的目的是脱除铜液中的氧和脱硫； 11)随后，升高铜液温度1180-1210°C，出炉。
全文摘要
本发明公开了一种造币用无镍白铜及其制备方法，所述白铜包含元素的质量百分比为Zn16.0-19.0%、Mn3.0-4.0%、Ti2.3-3.5%、Fe0.3-0.6%、Al0.3-0.6%、Sb0.2-0.4%、Ce0.05-0.2%、杂质总量不大于0.9%，余量为铜。本发明采用多组元合金、复合添加方式，改善合金的综合性能，通过添加锑改善合金的切削性能，通过添加钛、锰、铁、锌、铝代替合金基体中的镍、铜，降低合金的制造成本，可以降低金属原料成本23000-30000元/吨。
文档编号C22C9/04GK102618751SQ201210109779
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者杨志强, 贺永东 申请人:金川集团有限公司