一种无铅铋黄铜及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无铅铋黄铜，包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为57.5-59.0wt％，铋为1.7-2.0wt％，稀土元素RE为0.05-0.09wt％，硒为0.04-0.07wt％，锰为1.0-2.0wt％，铝为0.3-0.8wt％，不可避免的杂质总量不大于0.05wt％，余量为锌。本发明所制备的铜棒，通过添加锰来降低同的使用率，大大节约了原料成本；通过多种金属元素很好的解决了铜棒脱锌腐蚀的问题；该铜棒使用时，具有良好的易切削性。
【专利说明】一种无铅铋黄铜及其制作工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铜合金，具体涉及一种无铅铋黄铜。
【背景技术】
[0002] 铅黄铜具有优异的机械性能和物理性能以及良好的铸造性能和切削性能，且价格 低廉，因而广泛应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、饮用水系统等。
[0003] 然而铅及其化合物是17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金 中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废气品中的铅则渗入地下水系统，各 种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类健康，影响环境。所以，以无铅、 低害的物质代替铅，是减少铅污染的主要途径。即通过改善黄铜中的成分组成，适当加入其 他少量无毒害的元素代替铅的功能，使其达到易切削的目的，既满足工业上的需要又保护 了生态环境。
[0004] 一部分改善的黄铜用于饮用水系统中的阀门、水管、水龙头等等，因此对黄铜的要 求格外严格，同时，研究表明铅黄铜和铋黄铜在无应力的条件下均没有表现出脱锌腐蚀，而 在有应力的条件下均会发生脱锌腐蚀现象，最终导致断裂等后果。
[0005] 中国专利号201310562188. 4公开了名称为"一种地钱挤制黄铜棒及其生产办 法"，它通过铋元素代替了铅元素，改善了切削加工性能，但是还是脱锌腐蚀，还没有很好的 解决，无法满足客户的要求。
[0006] 综上所述，如何提供一种切削性能好、耐蚀性高的无铅铋黄铜，是本领域技术人员 急需解决的技术难题。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种无铅铋黄铜及其制作工艺，各成分配比适宜，解决了 上述现有技术存在的缺陷。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种无铅铋黄铜及其制作工艺，包 括按如下重量百分比组成的各组分：铜为57. 5-59. Owt%，铋为1.7-2. Owt%，稀土元素 RE 为 0· 05-0. 09wt%，硒为 0· 04-0. 07wt%，锰为 L 0-2. Owt%，铝为 0· 3-0. 8wt%，不可避免的 杂质总量不大于〇. 〇5wt%，余量为锌。
[0009] 作为优选，本发明包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为58. 0-58. 5wt %，铋 为 L 8-1. 9wt %，稀土元素 RE 为 0· 06-0. 07wt %，硒为 0· 05-0. 06wt %，锰为 L 3-1. 6wt %， 错为0. 4-0. 6wt%，不可避免的杂质总量不大于0. 05wt%，余量为锌。
[0010] 作为优选，本发明包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为58. 3wt%，铋为 I. 85wt %，稀土元素 RE 为 0· 065wt %，硒为 0· 055wt %，锰为 L 50wt %，铝为 0· 50wt %，不可 避免的杂质总量不大于〇. 〇5wt%，余量为锌。
[0011] 作为优选，稀土元素 RE中包括铈、镧、钕的一种或者几种混合而成。
[0012] 一种制备无铅铋黄铜的的方法，包括如下步骤：
[0013] 1)将组分量的电解铜放入熔炼炉内，升温加热至1030-1080°c ;
[0014] 2)待加热至金属焙化形成铜液，搅拌，静置10?20min后，清除表层氧化物，再加 组分量的锌锭，继续加热；
[0015] 3)将步骤2)所得的铜液倒入保温炉内，继续依次加组分量的铋、稀土元素 RE、硒、 锰、铝，边加热溶化边搅拌，静置10?20min后，清除表层氧化物，停止加热；
[0016] 4)取步骤3)所得的铜液，连铸成长锭，抛光成型。
[0017] 本发明中通过添加铋来代替铅在铜棒中的作用，铋元素以细小的颗粒均匀分布在 合金基体时，基体中产生了微小的空间，从而割断了基体的连续性，成为应力集中源，产生 所谓的"切口效应"，构成许多弱化微区。切削过程中，在刀刃的接触线上就有大量脆而不硬 的铋粒存在，减小了切削层面积，所以使得刀具磨损减小，切削温度和切削力降低，使得铋 黄铜具有较好的切削性能。
[0018] 同时，铋元素的存在形式，对铋黄铜的热加工性能影响很大。若铋元素以粒状形式 存在，则热加工性能良好；若铋元素以块状形式存在，致使材料产生严重的热脆性，同时大 大降低铋黄铜的热轧性能。
[0019] 另一方面，在腐蚀过程中，表面的锌首先通过阳极溶解产生双空位，然后由于浓度 梯度的影响，双空位向合金内部扩散，而锌原子向表面扩散，从而产生锌的优先溶解。铋原 子在黄铜中能填充到双空位处，对锌的扩散通道有阻隔作用，同时强化了黄铜的晶界，使晶 界的腐蚀敏感性大大降低，从而使其脱锌得到抑制，耐蚀性得到提高。
[0020] 本发明中的稀土元素的加入可以大大细化晶粒，增大晶界面积，从而增加了锌的 扩散阻力，提高了合金的耐脱锌腐蚀性能。
[0021] 本发明的中微量的硒与铜、锌、铋元素生成了一种脆性的金属间化合物相，可视为 合金基体中产生了微小的空间，从而割断了基体的连续性，成为应力集中源，同样产生所谓 的"切口效应"，从而构成许多弱化微区，提高合金的切削性能。
[0022] 本发明中加入一定量的锰元素可降低铜的使用量，从而降低材料成本。锰通过影 响铋在合金中的分布状态，从而提高合金的切削性能。
[0023] 本发明中添加少量的铝能明显改善无铅铋黄铜的切削性能，使切屑更细小，切削 表面光洁度更高。
[0024] 本发明中微量元素的抑制脱锌作用都是通过抑制锌的扩散实现的，集中表现在两 个方面：一是参与形成保护膜层，阻止锌的扩散和流失；二是填充到双空位处阻碍锌的扩 散通道。
[0025] 本发明同现有技术相比，具有以下有益效果：1、通过添加锰来降低同的使用率，大 大节约了原料成本；2、该铜棒使用时，具有良好的易切削性；3、通过多种金属元素很好的 解决了铜棒脱锌腐蚀的问题。
【具体实施方式】
[0026] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。
[0027] 各实施例中的具体参数参见表1-表3,表1为本发明实施例1至实施例5的相关 数据，表2为本发明实施例6纸实施例10的相关数据，表3为本发明实施例11纸实施例15 的相关数据。
[0028] 表1为本发明实施例1至实施例5的相关数据。
[0029]
【权利要求】
1. 一种无铅铋黄铜，包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为57. 5-59. Owt%，铋为 1. 7-2. Owt %，稀土元素 RE 为 0? 05-0. 09wt %，硒为 0? 04-0. 07wt %，锰为 1. 0-2. Owt %，铝为 0. 3-0. 8wt%，不可避免的杂质总量不大于0. 05wt%，余量为锌。
2. 如权利要求1所述的一种无铅铋黄铜，其特征在于：包括按如下重量百分比组成 的各组分：铜为 58. 0-58. 5wt %，铋为 1. 8-1. 9wt %，稀土元素 RE 为 0? 06-0. 07wt %，硒 为0? 05-0. 06wt%，锰为1. 3-1. 6wt%，铝为0? 4-0. 6wt%，不可避免的杂质总量不大于 0. 05wt%，余量为锌。
3. 如权利要求2所述的一种无铅铋黄铜，其特征在于：包括按如下重量百分比组成的 各组分：铜为58. 3wt%，铋为1. 85wt%，稀土元素RE为0? 065wt%，硒为0? 055wt%，锰为 1. 50wt%，铝为0. 50wt%，不可避免的杂质总量不大于0. 05wt%，余量为锌。
4. 一种制备根据权利要求1所述的一种无铅铋黄铜的制作工艺，包括如下步骤： 1) 将组分量的电解铜放入熔炼炉内，升温加热至1030-1080°C ; 2) 待加热至金属焙化形成铜液，搅拌，静置10?20min后，清除表层氧化物，再加组分 量的锌锭，继续加热； 3) 将步骤2)所得的铜液倒入保温炉内，继续依次加组分量的铋、稀土元素RE、硒、锰、 铝，边加热溶化边搅拌，静置10?20min后，清除表层氧化物，停止加热； 4) 取步骤3)所得的铜液，连铸成长锭，抛光成型。
【文档编号】C22C9/04GK104404291SQ201410641982
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】史立明 申请人:宁波杭桥铜业有限公司