一种无镍白铜合金及制备方法技术

本发明专利技术涉及无镍白铜合金领域，尤其是涉及一种具有优异的加工性能和耐腐蚀性能的无镍白铜合金及制备方法。按重量百分比计，其成分和含量如下：锰：19‑21％、锌：8‑10％、钛：8‑9％、铝：5‑6％、铁：0.8‑1.0％、银：0.05‑0.08％、稀土元素RE：0.010‑0.015％、磷：0.6‑0.7％、硼：0.1‑0.2％、余量为铜。在熔炼时，先进行铜‑铝合金的熔炼，待完全熔化后加入铜‑锰中间合金、纯铁和纯锌搅拌均匀，再依次加入锰、钛、银、稀土元素、磷、硼的中间合金，搅拌扒渣，采用重力浇铸，制备合金铸锭。本发明专利技术的无镍白铜合金通过在该合金中主要添加锰、锌、钛、铝等合金元素代替镍制备无镍白铜合金，同时添加其他微量合金元素铝、铁、银及稀土元素、磷、硼，具有较优的耐腐蚀性能以及比锌白铜合金更优异的加工性能。

A nickel-free white copper alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无镍白铜合金及制备方法
本专利技术涉及无镍白铜合金领域，尤其是涉及一种具有优异的加工性能和耐腐蚀性能的无镍白铜合金及制备方法，该合金适用于替代机械加工的锌白铜合金，是一种优良的环保型无镍白铜合金。
技术介绍
白铜是主加元素为镍的合金，镍在铜中可无限固溶，形成α固溶体，白铜可分为普通白铜、铁白铜、锰白铜、锌白铜、铝白铜。其中，锌白铜具有近似白银般的美丽光泽，也称为“德银”，具有良好的冷热加工性能、优良的耐腐蚀性能。常应用于眼睛框架、拉链、衣物饰品、艺术品、结构件和连接件的原材料，可见镍已渗透到人类生活的方方面面。当把镍熔入红铜里，含量超过16％以上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高，颜色越白，白铜中镍的含量一般为25wt％。研究发现，人体长期与含镍材料接触，会导致皮肤过敏和致癌。镍对人体的有害影响，引起世界各国的广泛关注；在日常生活中，人们经常接触含镍制品，镍离子可通过毛孔和皮肤腺渗透到皮肤里面去，引起皮肤过敏发炎以及癌变等，研究金属毒性的医生早就知道镍是一种能够致癌的有毒化学元素，含镍物质对人有很高的致癌性，当这种致癌性与某些其他因素相互作用时，还会发生细胞中毒现象。研究发现，镍还能妨碍肌肉收缩，破坏酶的作用。因此，由于镍对人的制敏反应和致癌影响，日益引起世界医学界和材料界的重视。同时，各国对日用和医用金属材料中镍含量的限制越来越严格，标准文件中所允许的最高镍含量也越来越少，开发新一代无镍材料势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无镍白铜合金及制备方法，以锌、锰、钛、铝为主要添加元素，制备一种具有银白色光泽，其性能与锌白铜合金相当的无镍白铜合金。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种无镍白铜合金，按重量百分比计，其成分和含量如下：锰：19-21％、锌：8-10％、钛：8-9％、铝：5-6％、铁：0.8-1.0％、银：0.05-0.08％、稀土元素RE：0.010-0.015％、磷：0.6-0.7％、硼：0.1-0.2％、余量为铜和不可避免的杂质元素，合金中不可避免的杂质元素含量不超过0.01％。所述的无镍白铜合金，稀土元素为RE为铈元素。所述的无镍白铜合金的制备方法，该无镍白铜合金的熔铸过程如下：在熔炼时，先进行铜、铝的熔炼，熔炼温度为1200-1250℃，待完全熔化后加入铜-锰中间合金、纯铁和纯锌搅拌均匀，静置保温15-20分钟后，再依次加入锰、钛、银、稀土元素、磷、硼的中间合金，其中：钛、银、稀土元素以铜的中间合金方式加入，搅拌扒渣，静置保温2-5分钟，采用重力浇铸，浇铸温度为1150℃-1200℃，浇铸速度为1-1.5mm/s，制备合金铸锭。所述的无镍白铜合金的制备方法，在熔炼时，采用硼砂作为覆盖剂。所述的无镍白铜合金的制备方法，铜-锰中间合金分两次熔炼，其中锰质量分数均为30-40％。所述的无镍白铜合金的制备方法，稀土元素RE为铈元素，铜-铈中间合金中，铈的质量分数为5-10％。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术的无镍白铜合金通过在该合金中主要添加锰、锌、钛、铝等合金元素代替镍制备无镍白铜合金，同时添加其他微量合金元素铁、银及稀土元素、磷、硼，不仅使合金具有银白色光泽，还具有较优的耐腐蚀性能以及比锌白铜更优异的加工性能。2、本专利技术通过合金元素的选取、成分配比以及工艺优化和控制，实现环保型无镍白铜合金的研制，达到锌白铜的抗拉强度以及延伸率等性能指标，且其耐腐蚀性能以及冷热加工性能方面较锌白铜有较大的提高。3、本专利技术无镍白铜合金完全可以替代锌白铜，可应用于眼睛配件、拉链、纽扣、首饰等各个领域。具体实施方式下面，对本专利技术的合金中添加合金元素的功能进行说明。在本专利技术中，除非另有说明，无镍白铜合金所包含的成分均以该合金总重量为基准，并以重量百分比(wt％)表示。锰Mn：19-21％，在本专利技术无镍白铜合金中，锰在铜合金中起着固溶强化的作用，提高合金的抗拉强度。同时，可以使铜合金表面色中的红色成分、黄色成分减少，有着漂白或褪色的作用，使合金的颜色从有彩色向无彩色变化，是白色铜合金的主加元素。在本专利技术无镍白铜合金中，锰能防止铜合金的脱锌，并能增加高温组织的稳定性。本专利技术无镍白铜合金中，采用相对较高的锰含量，提高白铜的强度、弹性、耐蚀性和电阻系数，降低白铜中过剩碳的不良影响，改善合金加工性能。锌Zn：8-10％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用较高的锌含量，锌在铜合金中是固溶强化元素。添加锌能提高合金的强度，增加合金的明亮程度，减少铜表面色中的红色成分；同时，锌有自然出气和脱氧的作用，可以提高合金的流动性，锌还可以降低合金的成本。钛Ti：8-9％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用较高的钛含量，目的是钛具有通过其固溶强化效应改进合金机械性能的作用和使铜合金色调增白的作用。铝Al：5-6％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用较高的铝含量，铝在铜-锰-锌表面形成氧化铝保护膜，提高合金的耐蚀性能，加铝能增加合金表面的明度，降低铜表面色中的红、黄色成分；同时，加铝还能提高合金的流动性和铸件的表面质量。铁Fe：0.8-1.0％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用较高的铁含量，添加铁能从合金液相中析出成为晶核，细化合金组织，并能阻止再结晶晶粒长大，从而提高合金的切削加工性能和工艺性能。银Ag：0.05-0.08％，在本专利技术无镍白铜合金中，特别增加微量的银元素，银具有通过固溶强化效应改进合金机械性能的作用和使铜合金色调增白的作用。稀土元素Ce：0.010-0.015％，在本专利技术无镍白铜合金中，加入微量的稀土元素，具有除气、去杂、净化金属、细化晶粒以及使合金组织致密的作用，从而增加锌原子扩散阻力。另外，稀土元素易存在于界面上形成氧化膜，阻止锌原子扩散，抑制铜氯化合物的分解，有效抑制晶间腐蚀，可明显提高合金的耐腐蚀性。磷P：0.6-0.7％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用较高的磷含量，其主要作用是脱氧和提高熔体的流动性，改善合金的焊接性能、耐蚀性能，防止脱锌以及细化晶粒，促使合金的晶粒更加细小，分布更加均匀，提高合金的切削性能。虽然，锡与磷能强化铜合金的晶界，使晶界的腐蚀敏感度大大降低，但锡可导致铸锭的反偏析，且不适宜铸造要求致密度高和密封性好的无镍白铜合金，因此避免使用锡元素。硼B：0.1-0.2％，在本专利技术无镍白铜合金中，采用适当的硼含量，具有显著细化和变质的效果，铸态细化变质组织在高温具有较好的热稳定性，起到变质的作用，减缓双空位的迁移速度，从而提高合金的抗脱锌能力，还能明显提高合金的抗冲蚀和腐蚀磨损性能。(1)熔炼工艺本专利技术无镍白铜合金熔炼过程的工艺流程如下：在1.5吨感应熔炼炉中加入1吨的电解铜、纯铝、硼砂，熔炼温度为1200-1250℃；待完全熔化后加入铜-锰中间合金、纯铁和纯锌搅拌均匀，静置保温15-20分钟后，再依次加入锰、钛、银、稀土元素、磷、硼的中间合金，其中：钛、银、稀土元素以铜的中间合金方式加入，搅拌扒渣，静置保温2-5分钟，采用重力浇铸，浇铸温度为1150℃-1200℃，浇铸速度为1-1.5mm/s，制备合金铸锭。(2)生产工艺本专利技术无镍白铜板的生产工艺流程如下：熔铸→锯切→铸锭加热→铣面→均匀化退火→热轧→锯切→半成品检验→固溶处理→冷精轧→时效析出硬化处理→拉伸→精整→成品检验→包装入库。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无镍白铜合金，其特征在于，按重量百分比计，其成分和含量如下：锰：19‑21％、锌：8‑10％、钛：8‑9％、铝：5‑6％、铁：0.8‑1.0％、银：0.05‑0.08％、稀土元素RE：0.010‑0.015％、磷：0.6‑0.7％、硼：0.1‑0.2％、余量为铜和不可避免的杂质元素，合金中不可避免的杂质元素含量不超过0.01％。

【技术特征摘要】
1.一种无镍白铜合金，其特征在于，按重量百分比计，其成分和含量如下：锰：19-21％、锌：8-10％、钛：8-9％、铝：5-6％、铁：0.8-1.0％、银：0.05-0.08％、稀土元素RE：0.010-0.015％、磷：0.6-0.7％、硼：0.1-0.2％、余量为铜和不可避免的杂质元素，合金中不可避免的杂质元素含量不超过0.01％。2.按照权利要求1所述的无镍白铜合金，其特征在于，稀土元素为RE为铈元素。3.一种权利要求1至2之一所述的无镍白铜合金的制备方法，其特征在于，该无镍白铜合金的熔铸过程如下：在熔炼时，先进行铜、铝的熔炼，熔炼温度为1200-1250℃，待完全熔化后加入铜-锰中间合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒嘉，李思睿，
申请(专利权)人：张恒嘉，
类型：发明
国别省市：辽宁,21