一种低铅高锌硅黄铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低铅高锌硅黄铜合金及其制备方法，由如下组分组成：Cu60.5～62.0wt％、Si 0.45～0.6wt％、Al 0.4～0.55wt％、Sn 0.01～0.3wt％、Pb 0.1～0.15wt％、B0.0010～0.0020wt％和选择性添加元素0.015～0.7wt％，余量为Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为P、Sb、Fe、Ti、Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，Zn和Cu的总含量大于97.0wt％，Zn的含量大于36.0wt％。本发明专利技术通过多元合金化，尤其是通过严格限制Cu、Si、Al的含量，获得各项性能均衡和稳定的低铅高锌硅黄铜合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于黄铜合金
，具体涉及一种低铅高锌硅黄铜合金及其制备方法。
技术介绍
铅黄铜因具有良好的冷热成型性能、切削加工性能和耐蚀性能，而被广泛应用于电子及日用五金等行业，但铅黄铜中铅的含量较高，容易析出而污染环境，尤其应用在饮用水系统时，对人体会造成严重的危害。世界各国陆续出台相应的法规对铜合金中的铅含量进行严格的限令，如欧洲电子电气设备指导法令WEEE、RoHS指令。我国GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》也规定饮用水系统零部件中铅的析出量应小于5μg/L，因此开发新的黄铜合金以降低铅的含量，同时保有良好的铸造和加工性能成为行业发展的必然趋势。近几年来，美国、欧洲、日本和中国已公开或授权大量的无铅、低铅黄铜合金专利，主要有铋黄铜、锑黄铜和锰黄铜等。例如，美国科勒公司申请的中国专利技术专利94192613.3公开了一种低铅含铋黄铜，其组成为55～70wt％Cu，30～45wt％Zn，0.2～1.5wt％Bi，0.2～1.5wt％Al，0.1～1.0wt％Pb；上述合金Bi含量较高，容易产生热裂，且焊接性能较差，因此很难实际应用。日本三宝已公开的中国专利技术专利200580046460.7高开了一种含有极少量铅的易切削铜合金，其组成为71.5～78.5wt％Cu，2.0～4.5wt％Si，0.005～0.02wt％Pb，余量为Zn；该合金Cu含量较高，造价昂贵，因此其市场竞争力不强。宁波博威集团的中国专利技术专利200410015836.5公开了一种无铅易切削锑黄铜合金，由55～65wt％Cu，0.3～2.0wt％Sb，0.4～1.6wt％Mn，其他元素为0.1～1.0wt％；上述合金Sb的含量较高，其析出量容易超过NSF61和GB/T 18145规定的0.6μg/L的限量，因此无法在饮用水系统领域推广应用。厦门路达的中国专利技术专利201010117783.3公开了一种环保型锰黄铜合金及其制造方法，该技术方案中由于锰含量最高达6.5wt％，合金硬度较高，对刀具的磨损严重，切削加工性能较差，因此难以推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种低铅高锌硅黄铜合金。本专利技术的另一目的在于提供上述低铅高锌硅黄铜合金的制备方法本专利技术的具体技术方案如下：一种低铅高锌硅黄铜合金，由如下组分组成：铜Cu 60.5～62.0wt％、硅Si 0.45～0.6wt％、铝Al 0.4～0.55wt％、锡Sn 0.01～0.3wt％、铅Pb 0.1～0.15wt％、硼B 0.0010～0.0020wt％和选择性添加元素0.015～0.7wt％，余量为锌Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为磷P、锑Sb、铁Fe、钛Ti、锆Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，且选择性添加元素在所述低铅高锌硅黄铜合金中的质量百分比如下：P 0.03～0.15wt％，Sb 0.01～0.25wt％、Fe 0.03～0.05wt％、Ti 0.01～0.1wt％、Zr 0.01～0.1wt％、富镧系混合稀土0.005～0.05wt％，Zn和Cu的总含量大于97.0wt％，Zn的含量大于36.0wt％。在本专利技术的一个优选实施方案中，由如下组分组成：Cu 61.0～62.0wt％、Si 0.5～0.56wt％、Al 0.45～0.55wt％、Sn 0.03～0.1wt％、Pb 0.12～0.15wt％、B 0.0012～0.0020wt％和选择性添加元素0.04～0.5wt％，余量为Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为P、Sb、Fe、Ti、Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，且选择性添加元素在所述低铅高锌硅黄铜合金中的质量百分比如下：P 0.03～0.1wt％，Sb 0.1～0.25wt％、Fe 0.03～0.05wt％、Ti 0.03～0.1wt％、Zr 0.03～0.1wt％、富镧系混合稀土0.01～0.05wt％，Zn和Cu的总含量大于97.5wt％，Zn的含量大于36.2wt％。在本专利技术的实施方案中，所述富镧系混合稀土由如下组分组成：镧La 40～100wt％、铈Ce 0～60wt％和钇Y 0～60wt％。一种上述低铅高锌硅黄铜合金的制备方法，包括如下步骤：(1)按低铅高锌硅黄铜合金的成分的质量百分比称取Cu、Si、Zn、Al、Sn、Pb、Sb以及B、Fe、P、Ti、Zr和富镧系混合稀土的铜系中间合金，各铜系中间合金中，Cu的质量分数均大于90wt％；(2)Si置于感应电炉底层，Cu和Zn的原料置于Si之上，添加清渣剂精炼并使用木炭覆盖，升温至1050～1200℃，直至物料全部熔化，滤去表层浮渣；(3)向步骤(2)所得的物料中添加Fe和P的铜系中间合金，搅拌均匀并静置保温10-15min；(4)向步骤(3)所得的物料中依次加入Al、Sn、Pb和Sb，充分搅拌以保证合金液成分均匀；(5)向步骤(4)所得的物料中添加B、Ti、Zr和富镧系混合稀土的铜系中间合金，升温至1100～1250℃，喷火、搅拌并保温5～10分钟；(6)将步骤(5)所得的物料1000～1050℃静置保温10～20分钟，使合金均匀以及杂质浮起，滤去浮渣及杂质；(7)将步骤(6)所得的物料升温至1050～1100℃出炉浇注，冷却即成。本专利技术的技术方案中：Si主要作用是改善合金的铸造性能和焊接性能，提高合金的耐腐蚀性能。Si的Zn当量系数为10，可显著缩小α相区并增加β相的含量，因α相质软而塑性大，β相硬而脆，因此添加适量的Si可提高合金的强度，同时改善合金的切削性能。Si的添加量以控制合金的Zn当量系数处于42～43wt％，α相的比例15～35wt％为宜，优选范围是0.45-0.6wt％。Al主要作用是改善合金的流动性能，有助于铸造成型，同时Al可在铸件表面形成Al 2O3薄膜，提高铸件的耐腐蚀性能。Al的含量控制在0.4～0.55wt％为宜，低了则合金的流动性能和铸造收缩性能变差，高了则固溶强化严重，合金硬度偏高，不利于切削加工。P在Cu中的固溶度随温度降低而迅速降低，室温时P在Cu的溶解度几乎为零，析出的Cu与P形成金属间化合物Cu3P，在切削加工过程中，该化合物易切削破碎，从而使合金具有良好的切削性能。同时，部分Cu3P分布在晶界，阻碍Zn原子的扩散通道，有利于提高合金的抗脱锌腐蚀性能。P含量控制在0.03～0.15wt％范围内，当P含量低于0.03wt％时，改善脱锌和切削性能的效果不明显，当P含量大于0.15％时，因脆性的Cu3P含量多且易偏聚在晶界处，降低合金的室温塑性，影响冷加工性能。Sn的作用是抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性能。Sn的取值范围控制在0.01wt％～0.1wt％，Sn含量超过0.3wt％，则加剧黄Cu制品产生铸造疏松的风险。Sb的作用是一定程度上提高黄铜的切削性能。低熔点的Sb(硬而脆)在Cu中有一定的固溶度，且会在晶界产生聚集的特性，使含Sb质点均匀细小地分布在晶界和晶内，增加了合金的切削性能。Sb含量过高，则Sb析出量容易超过NSF61和GB/T 18145规定的0.6μg/L的限量，因此无法在饮用水系统领域推广应用，所以建议Sb含量应小于0.25wt％。Fe的主要作用是细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低铅高锌硅黄铜合金，其特征在于：由如下组分组成：Cu 60.5～62.0wt％、Si 0.45～0.6wt％、Al 0.4～0.55wt％、Sn 0.01～0.3wt％、Pb 0.1～0.15wt％、B 0.0010～0.0020wt％和选择性添加元素0.015～0.7wt％，余量为Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为P、Sb、Fe、Ti、Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，且选择性添加元素在所述低铅高锌硅黄铜合金中的质量百分比如下：P 0.03～0.15wt％，Sb 0.01～0.25wt％、Fe 0.03～0.05wt％、Ti 0.01～0.1wt％、Zr 0.01～0.1wt％、富镧系混合稀土0.005～0.05wt％，Zn 和Cu的总含量大于97.0wt％，Zn的含量大于36.0wt％。

【技术特征摘要】
1.一种低铅高锌硅黄铜合金，其特征在于：由如下组分组成：Cu 60.5～62.0wt％、Si 0.45～0.6wt％、Al 0.4～0.55wt％、Sn 0.01～0.3wt％、Pb 0.1～0.15wt％、B 0.0010～0.0020wt％和选择性添加元素0.015～0.7wt％，余量为Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为P、Sb、Fe、Ti、Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，且选择性添加元素在所述低铅高锌硅黄铜合金中的质量百分比如下：P 0.03～0.15wt％，Sb 0.01～0.25wt％、Fe 0.03～0.05wt％、Ti 0.01～0.1wt％、Zr 0.01～0.1wt％、富镧系混合稀土0.005～0.05wt％，Zn 和Cu的总含量大于97.0wt％，Zn的含量大于36.0wt％。2.如权利要求1所述的一种低铅高锌硅黄铜合金，其特征在于：由如下组分组成：Cu 61.0～62.0wt％、Si 0.5～0.56wt％、Al 0.45～0.55wt％、Sn 0.03～0.1wt％、Pb 0.12～0.15wt％、B 0.0012～0.0020wt％和选择性添加元素0.04～0.5wt％，余量为Zn及总量不大于0.5wt％的杂质，其中选择性添加元素为P、Sb、Fe、Ti、Zr和富镧系混合稀土中的至少两种，且选择性添加元素在所述低铅高锌硅黄铜合金中的质量百分比如下：P 0.03～0.1wt％，Sb 0.1～0.25wt％、Fe 0.03～0.05wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：林孝发，林孝山，汪火良，周年润，
申请(专利权)人：九牧厨卫股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35