一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠及其製備方法

2023-06-03 10:20:21 1

專利名稱：：一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種不含鉛的黃銅合金，尤其涉及一種具有優異鑄造性能、耐腐蝕性能、後續機加工性能的無鉛易切削環保矽黃銅合金材料，其外形表現形式為合金棒或者合金錠。它們特別適用於鑄造供水系統鑄件、閥件等，是有利於人類健康與環境保護的金屬材料，也是目前廣泛應用的會引起對人體和環境有惡劣影響的鉛黃銅的優良替代品。
背景技術：
：鉛黃銅具有優異的機械性能和物理性能以及良好的鑄造性能和切削性能，且價格低廉，因而廣泛應用於儀器儀表、電子、電器、日用五金、飲用水系統等，其中尤以Hpb59-l的生產、應用量最大。然而鉛及其化合物是17種嚴重危害人類壽命與自然環境的化學物質之一，合金中的鉛在使用過程中極易從基體中侵出或脫出，工業廢氣品中的鉛則滲入地下水系統，各種形式的鉛通過各種途徑進入動物或人的食物鏈，危害人類健康，影響環境。開發無鉛黃銅和無鉛青銅來替代飲水系統中的水龍頭、水錶等用途的鉛黃銅和含鉛青銅成為了當今金屬材料行業所面臨的重大課題，也是響應世界循環經濟(EHS計劃)要求的重要工作。針對上述情況，現有技術中開發了無鉛黃銅合金。現有技術中涉及的無鉛黃銅合金主要有中國專利申請200410004292.2，其中公開了一種《無鉛銅合金及其應用》，涉及基於銅一鋅一錫的無鉛銅合金，其組分主要包括60%至70%的銅、0.5至3.5%的錫和其他粘結性元素0.01Q/6至0.5%鐵和/或鈷、0.01%至0.5%的鎳、0.01至0.5%的錳和/或矽，餘量為鋅和不可避免的雜質。另外還可選擇性地加入最高達3%的鎂、最高達0.2%的磷以及最高達0.5%的銀、鋁、砷、銻、鈦、鋯。該類無鉛銅合金主要應用在電工學和通信技術中的接點、銷釘和緊固元件中。還可以用在運輸或存儲液體或者氣體的容器，特別是製冷技術中的容器或者衛生工程中的管道、上水道配件、龍頭延長管、管子連接器和閥。上述合金材料兼顧了作為塑性合金、軋制合金或者鑄造合金的諸多用途，卻造成實踐應用過程中的實際缺點。例如在鑄造過程中因流動性不佳，若應用在重力鑄造當中，會出現裂紋、澆不到、縮孔等更多的鑄造缺陷，造成鑄件成品率下降，影響鑄造成本和鑄件作為高檔產品的應用。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，提供一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠以及製備上述棒材或合金錠的方法。利用本發明的無鉛環保黃銅合金材料以達到降低鉛含量，符合環保健康的要求，同時要使其具備優良的鑄造性能，特別是符合大規模的重力鑄造的性能要求。本發明提出的技術方案如下一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠，其特徵在於，該合金材料的化學組成如下元素質量百分比銅60%70%娃0.7%3.0%鋁《0.15%鉛《0.25%鐵《0.5%錫《0.3%磷《0.1%鎳《0.2%鋒《0.25%餘量為鋅和不可避免的雜質。5作為更為優化設計的配方方案，無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠的化學組成如下元素質量百分比銅63%66%矽0.8%1.3%鋁《0.15%鉛《0.25%鐵《0.1%錫《0.3%鎳《0.2%磷《0.1%銻《0.25%餘量為鋅和不可避免的雜質。一種製備上述的無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟銅+木炭一熔化一添加銅矽中間合金一熔化一鋅一攪拌一P-Cu—精煉一取樣，爐前分析，成分調整一撈渣，靜置一出爐澆注，第一步，預熱工頻感應爐，選用陰極銅，向工頻感應爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應爐，熔化銅；第三步，添加銅矽中間合金；第四步，熔化進行充分攪拌加0tt鋅，充分攪拌使得合金熔液混合均勻；第五步，添加P-Cu進行脫氧，添加精煉劑並再次攪拌，所述的精煉劑為Tsi—l精煉劑，其成份組成為螢石50%、冰晶石20%、硼砂10%、氧化銅20%;第六步，充分攪拌後在取樣分析，成份調整，直至符合上述鑄造性能要求；第七步，靜置，撈渣，保溫1000110(TC，電壓210V，靜置20分鐘使雜質沉澱或浮起達到合金熔液淨化的目的；第八步，升溫到1150116(TC出爐澆注成棒材或者合金錠。上述第六步中分析的內容包括①成分分析，分析後調整元素比例；②金相晶粒檢測與流動性試驗，如沒達到要求添加精煉劑；③鏡面檢測，査找並記錄硬質點個數。相對於現有技術，上述技術方案帶來了如下技術效果-第一、本發明的矽黃銅合金材料降低了銅含量，在潔具行業中使得合金的鑄造性能提高，降低了潔具的製造成本。第二、在符合環保健康標準的基礎上，本發明利用矽元素代替鉛元素，降低了鉛含量，使得其鉛含量低於0.1%，符合國家對鉛含量的強制性要求，控制鉛含量以及與其他元素的配合量，使其具備優良的鑄造性能，無論是流動性、還是鑄件的表面光潔度以及晶粒大小和均勻程度都符合潔具特別是高檔潔具的品質要求。第三、本發明的黃銅合金較現有技術的黃銅合金更利於重力鑄造，重力鑄造中對合金熔液的流動性要求比普通鑄造高得多，代表了潔具行業鑄造的趨勢，本發明的黃銅合金最突出的是合金熔液的流動性大大提高，保證了黃銅重力鑄造的質量和成品率。-具體實施例方式下面結合具體的實施例來對本發明的無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠及其製備方法做進一步的詳細說明，但不能以此來限制本發明的保護範圍。本發明涉及到的無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠總的成份構成要求如下元素質量百分比銅60%70%矽0.7%3.0%7鋁《0.15%鉛《0.25%鐵《0.5%錫《0.3%磷《0.1%鎳《0.2%銻《0.25%餘量為鋅和不可避免的雜質。在上述成份要求的前提下，作為一種優化配置提出如下方案元素質量百分比銅63%66%娃0.8%1.3%鋁《0.15%鉛《0.25%鐵《0.1%錫《0.3%鎳《0.2%磷《0.1%銻《0.25%餘量為鋅和不可避免的雜質。製備上述適合重力鑄造的無鉛環保矽黃銅合金材料的方法，該方法包括如下步驟銅+木炭一熔化一添加銅矽中間合金一熔化一鋅一攪拌一P-Cu—精煉一取樣，爐前分析，成分調整一撈渣，靜置一出爐澆注，第一步，預熱工頻感應爐，選用陰極銅，向工頻感應爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應爐，熔化銅；第三步，添加銅矽中間合金；第四步，熔化進行充分攪拌加o號鋅，充分攪拌使得合金熔液混合均勻；第五步，添加P-Cu進行脫氧，添加精煉劑並再次攪拌，所述的精煉劑為Tsi—l精煉劑，上述精煉劑的組成為螢石50%、冰晶石20%、硼砂10%、氧化銅20%。第六步，充分攪拌後在取樣分析，成份調整，直至符合上述鑄造性能要求；本步驟中分析的內容包括①成分分析，分析後調整元素比例；②金相晶粒檢測與流動性試驗，如沒達到要求添加精煉劑；③鏡面檢測，査找並記錄硬質點個數。第七步，靜置，撈渣，保溫1000110(TC，電壓210V，靜置20分鐘使雜質沉澱或浮起達到合金熔液淨化的目的。第八步，升溫到11501160'C出爐澆注成合金棒或者合金錠。合金棒或者合金錠作為矽黃銅合金的半成品，然後再將上述棒材或者合金錠通過鑄造以及其他手段加工成成品。在具體實踐中，選用了如下幾個突出的成份配比來製造出符合水龍頭鑄造用的無鉛黃銅合金錠。表格中元素含量為質量百分比。tableseeoriginaldocumentpage9與現有技術中的黃銅合金的鑄造性能比較，試驗結果如下:tableseeoriginaldocumentpage10通過上述試驗結果以及實際生產實踐，可以知道本發明的一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠具備有優良的鑄造性能，銅的含量進一步降低，節約了生產成本，同時較現有黃銅降低了鉛的含量，符合環保健康的要求。權利要求1.一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠，其特徵在於，該合金棒或合金錠的化學組成如下元素質量百分比銅60％～70％矽0.7％～3.0％鋁≤0.15％鉛≤0.25％鐵≤0.5％錫≤0.3％磷≤0.1％鎳≤0.2％銻≤0.25％餘量為鋅和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠，其特徵在於，該合金棒或合金錠的優化化學組成如下戰錸元素質量百分比銅63%66%桂0.8%1.3%鋁《0.15%鉛《0.25%鐵《0.1%錫《0.3%鎳《0.2%磷《0.1%銻《0.25%餘量為鋅和不可避免的雜質。3.—種製備權利要求1或權利要求2所述的一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟銅+木炭一熔化一添加銅矽中間合金一熔化一鋅一攪拌一P-Cu—精煉一取樣，爐前分析，成分調整一撈渣，靜置一出爐澆注，第一步，預熱工頻感應爐，選用陰極銅，向工頻感應爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應爐，熔化銅；第三步，添加銅矽中間合金；第四步，熔化進行充分攪拌加0#鋅，充分攪拌使得合金熔液混合均勻；第五步，添加P-Cu進行脫氧，添加精煉劑並再次攪拌，所述的精煉劑為Tsi—l精煉劑，其成份組成為螢石50%、冰晶石20%、硼砂10%、氧化銅20%;第六步，充分攪拌後在取樣分析，成份調整，直至符合上述鑄造性能要求；第七步，靜置，撈渣，保溫10001100。C，電壓210V，靜置20分鐘使雜質沉澱或浮起達到合金熔液淨化的目的；第八步，升溫到1150116(TC出爐澆注成合金棒材或者合金錠。4.根據權利要求3所述的製備無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠的方法，其特徵在於，所述第六步中分析的內容包括①成分分析，分析後調整元素比例；②金相晶粒檢測與流動性試驗，如沒達到要求添加精煉劑；③鏡面檢測，査找並記錄硬質點個數。全文摘要本發明涉及一種無鉛環保的矽黃銅合金棒或合金錠，該合金材料的化學元素組成如下元素質量百分比，銅60％～70％；矽0.7％～3.0％；鋁≤0.15％；鉛≤0.25％；鐵≤0.5％；錫≤0.3％；磷≤0.1％；鎳≤0.2％；銻≤0.25％；餘量為鋅和不可避免的雜質。本發明的矽黃銅合金材料含鉛量大大降低，符合環保健康的要求，同時有具備優良的鑄造性能，適合鑄造特別是大規模的重力鑄造，在潔具行業具有廣泛的應用前景。文檔編號C22C9/04GK101633987SQ20091005343公開日2010年1月27日申請日期2009年6月19日優先權日2009年6月19日發明者蔣明川申請人:浙江天申銅業有限公司