专利名称：一类制造防爆工具的材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及防爆工具合金，尤其涉及铜-锌-锰-镍合金。
众所周知，在生产或贮存易燃易爆物质的车间和库房，任何小小的火花都将导致令人悲惨后果和财产损失。在这类场所中使用的任何工具应在撞击和摩擦条件下不产生大花，即无引爆性能。制造防爆工具的理想材料应具备以下性能有良好的导电性和导热性，有优良的抗腐蚀性、有良好的机械加工性和成形性、有较高的韧性和机械强度，最好还有良好的可焊接性、着色性和抗磁化性。
以往，常用的防爆材料是铍青铜，其成份是1.8～3.0%Be、0.2%的Ni或CO、其余为CU，其机械性能为σb≥105kgf/mm2、HB＞325、δ10＝2%，缺点是其制品容易脆裂，而且该合金制造工艺复杂、制造成本高还易造成锒中毒。针对上述缺点，专利申请CN86105368“一类不产生火花材料的工具”一种铜基合金，其化学成分是10～11.8%Al、4.5～5.5%Fe、4.5～5.5%Ni、1.5～2%Mn、其余为CU。该合金的机械性能为σb≥70kg/mm2、δ10＝5～7%、Hg≥252，故该合金仅能用来制造技术要求不高的防爆工具，远无取代铍青铜的可能。
从上述制造防爆工具材料的必备性能考虑，本发明确认基于铜有良好的导电性和导热性，以铜作为合金的主要材质是适宜的;锰能对合金提供良好的机械强度和抗磁性，应是合金的重要组分之一;镍能提高合金的硬度和抗腐蚀性，也应是合金组分之一;出于焊接加工考虑，锌应是该合金的必要组分。所以本防爆工具材料亦属铜-锌-锰-镍合金。
关于铜-锌-锰-镍合金，US4，631，171专利给出了专用于焊接的合金，其化学成分为30～70%CU、15～45%Zn、5～20%Mn、1～20%Ni、0.05～2%Si，该合金具有极佳的熔焊性，特别适用于焊接含碳化物的金属焊接。US4，147，568专利，给出了替代德银合金、用之制造钟表的摆、轴、弹簧的合金，其化学成分是36～44%CU、21～28%Zn、18～25%Ni、10～18%Mn、铍与稀土至少有一个含量为0.05～0.4%，该合金比德银合金硬度高、韧性好，其不足之处是该合金没有摆脱毒性元素铍。
本发明旨在提供一种完全不含铍的、而其机械性能与铍青铜相当甚至更高的铜基合金，为制造防爆工具提供价格低廉、易于加工、性能优良的理想材料。
本发明提供的合金有二种，其化学成分分别为(一)20～30%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU;(二)18～24%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、2～6%Al、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU。上述二种合金，其最佳化学成分为(一)23～25%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、0.4%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU;(二)18～19%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn3～6%Al、0.4%以下的Cr或其它微量元素，其余为CU。
该材料采用常规方法熔炼，其中Ni、Mn、Cr最好以中间合金形式加入。在熔炼中加入的覆盖剂为木炭，由于合金成分中有锌，故不需另添其它脱氧物质，锌的加入量应稍大于理论加入量。
将上述二种合金铸锭，在780～880℃下锻造后，经机械切削加工，将制件放入电炉，在390±10℃下时效40小时，出炉空冷。经测试证明，二种合金的机械性能为σb＞105kgf/mm2、HB＞325、δ10＝2%，完全达到与青铜相同的技术指标，实验还表明(二)号合金与(一)号合金相比，具有更高的抗冲击性能。一般说，强化热处理温度以390±10℃为佳，时效时间以大于40小时为佳。
本发明的二种合金，不仅易于熔炼、价格便宜，而且其强化不必象普通铜基合金那样需要冷变形处理，其强度和硬度的提高是通过延长时效时间这样的强化热处理方法达到的。其热处理温度以390±10℃为佳、时效以大于40小时为佳。
用本合金制作的防爆工具，按JISM7002-84《防爆用铜合金制工具的不引燃性试验方法》进行试验，证实完全达标，完全可以取代铍青铜。实验还证明，这种铜含量小于60%的防爆工具完全能用于乙炔的场合，证明本合金之防爆性能优于铍青铜和铝青铜。
权利要求
1.一类制造防爆工具的材料，其特征在于这类合金有二种，其化学成分分别如下(一)20～30%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU；(二)18～24%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、2～6%Al、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU。
2.根据权利要求1所述的一类制造防爆工具的材料，其特征在于上述两种合金的最佳化学成分是(一)23～25%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、0.4%以下的Cr或其它微量元素、其余为CU;(二)18～19%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、3～6%Al、0.4%以下的Cr或其它微量元素，其余为CU。
3.根据权利要求1或2所述的一类制造防爆工具的材料，其特征在于上述二种合金不需要冷变形加工，其强度和硬度的提高是通过延长时效时间这样的强化热处理方法达到的;其热处理温度以390±10℃为佳，时效以40小时以上为佳。
4.根据权利要求1或2所述的一类制造防爆工具的材料，其特征在于上述二种合金特别适于制造在易爆易燃场合下使用的防爆“无火花”工具、器材及设备。
全文摘要
一类制造防爆工具的材料，本发明的材料属于铜-锌-锰-镍合金类。这类合金材料分为二种，其化学成分分别为(一)23～25％Zn、19～21％Ni、14～16％Mn、0.4％以下的Cr或其它微量元素，其余为Cu；(二)18～19％Zn、19～21％Ni、14～16％Mn、3～6％Al、0.4％以下的Cr或其它微量元素，其余为Cu。这二合金的机械性能为σ
文档编号C22C9/04GK1052904SQ8910360
公开日1991年7月10日 申请日期1989年5月23日 优先权日1989年5月23日
发明者丁钧, 赵景才, 吴永宪 申请人:天津市防爆保安技术研究所