一种锑铋硅黄铜水表壳及合金制备方法技术

本发明专利技术特指一种锑铋硅黄铜水表壳及合金制备方法，属于合金材料技术领域，该合金材料的化学组成如下(质量百分比)：铜：61％～64％，硅：0.5％～0.7％，铝：0.5％～0.7％，铅≤0.15％，铁≤0.15％，锡≤0.3％，镍≤0.3％，硼；0.0008％～0.0012％，磷≤0.01％，锰≤0.01％，硫≤0.01％，镉≤0.01％，铋≤0.01％，锑≤0.02％，镁≤0.005％，砷≤0.01％，钴≤0.002％，铬≤0.005％，余量为锌和不可避免的杂质。本发明专利技术降低铅含量，符合环保健康的要求，同时要使其具备优良的铸造性能，特别是符合大规模的重力铸造的性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种锑铋硅黄铜水表壳及合金制备方法
本专利技术涉及一种含铅低的黄铜合金，尤其涉及一种具有优异铸造性能、耐腐蚀性能、后续机加工性能的无铅易切削锑铋硅黄铜合金材料。它们特别适用于供水系统铸件、阀件等，是有利于人类健康与环境保护的金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的优良替代品。
技术介绍
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，其中尤以Hpb59-1的生产、应用量最大。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。近年来世界各国的医学专家已发现含铅铜合金对人类健康和环境卫生构成了威胁，欧盟、美国、日本、中国等医学机构均已做出了含铅铜合金对人类环境造成危害的报告。鉴于铅对人类健康环境的危害性，美国、日本、欧盟各国相继出台了对含铅铜合金应用的政府限令，中国政府也出台了与国际限令相一致的《电子信息产品污染防治管理办法》等强制性法规，对铜合金中的铅含量(其中电子信息产品铅的含量必须小于0.1％)和在饮用水中铅的浸出量(日本必须小于0.01mg/L，美国必须小于0.0011％)分别作出了严格控制的限令，并将不断减少其中的铅含量，含铅铜合金的应用正面临着严格地限制和挑战，而且前景将愈来愈严峻，因此开发无铅黄铜和无铅青铜来替代饮水系统中的水龙头、水表等用途的铅黄铜和含铅青铜成为了当今金属材料行业所面临的重大课题，也是响应世界循环经济(EHS计划)要求的重要工作。针对上述情况，现有技术中开发了无铅黄铜合金。现有技术中涉及的无铅黄铜合金主要有德国公司的中国专利申请200410004292.2，200410004293.7中分别公开了一种《无铅铜合金及其应用》，涉及基于铜-锌-锡的无铅铜合金，其组分主要包括60％至70％的铜、0.5至3.5％的锡和其他粘结性元素：0.01％至0.5％铁和/或钴、0.01％至0.5％的镍、0.01至0.5％的锰和/或硅，余量为锌和不可避免的杂质。另外还可选择性地加入最高达3％的镁、最高达0.2％的磷以及最高达0.5％的银、铝、砷、锑、钛、锆。该类无铅铜合金主要应用在电工学和通信技术中的接点、销钉和紧固元件中。还可以用在运输或存储液体或者气体的容器，特别是制冷技术中的容器或者卫生工程中的管道、上水道配件、龙头延长管、管子连接器和阀。上述合金材料兼顾了作为塑性合金、轧制合金或者铸造合金的诸多用途，却造成实践应用过程中的实际缺点。例如在铸造过程中因流动性不佳，若应用在重力铸造当中，会出现裂纹、浇不到、缩孔等更多的铸造缺陷，造成铸件成品率下降，影响铸造成本和铸件作为高档产品的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种适合无铅环保锑铋硅黄铜合金材料。利用本专利技术的无铅环保黄铜合金材料以达到降低铅含量，符合环保健康的要求，同时要使其具备优良的铸造性能，特别是符合大规模的重力铸造的性能要求。本专利技术的目的是这样实现的：一种锑铋硅黄铜水表壳，该水表壳中合金材料的化学组成如下：进一步优选，该合金材料的化学组成如下：进一步优选，所述铜为电解铜。进一步优选：合金中不可避免的杂质含量不超过0.8％。制备上述合金的方法如下：第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜和木炭，向工频感应炉中加料，使木炭覆盖于阴极铜上；第二步，逐步加热工频感应炉，熔化阴极铜；第三步，添加铜硅中间合金，其中硅的质量百分比为20～40％；第四步，熔化进行充分搅拌加零号锌，充分搅拌使得合金熔液混合均匀；第五步，添加P-Cu合金进行脱氧，添加精炼剂并搅拌；第六步，充分搅拌后在取样分析，成份调整，直至符合上述铸造性能要求；第七步，静置，捞渣，1000～1100℃保温，电压210V，静置20分钟使杂质沉淀或浮起以净化合金熔液；第八步，升温到1150～1160℃出炉浇注。所述第五步的P-Cu合金中磷的质量百分比为5％～20％。所述第五步的精炼剂的质量百分比组成为：氯化铵5份、硫酸钾5份、氯化钠10份、碳酸钠5份、硼砂10份、焦碳粉20份、冰晶石10份。所述的合金利用铋和锑替代铅，以铋为主，用锑辅助铋进一步提高合金的切削性能；同时以硼为主，用锑、锡等辅助硼来提高合金的抗脱锌性能。铋的加入可改进合金的切削性。铋在铜中的固溶度极低，即使800℃时的溶解度也只不过0.01％，但熔液中的溶解度却很大，在凝固过程中铋发生沉淀，形成弥散的第二相粒子，这种铋的弥散相熔点较低(271.3℃)，在刀头与屑的接触面局部受热而瞬间熔化，这种熔化效应有助于改变切屑的形状并润滑刀具，从而起到使合金在机加工中易形成短断屑点，减少刀头和工件之间的粘结和焊合及提高切削速度的作用，进而使合金具有了满意的切削性能。铋和锑是强化和改善合金切削性能的元素，以铋为主，用锑辅助铋。在本合金中铋含量小于0.002％时，满足不了切削性要求，铋含量大于0.01％时，将降低合金的冷、热成型性能并使合金的机械性能急剧下降，同时也增加了成本。为充分利用铋能提高切削性能的特性，同时还要防止过量铋会导致冷、热成型性能和机械性能下降的脆断倾向，在合金中铋的含量为0.002～0.01％。这样的含量控制在不含锑等其它切削元素的条件下，只能使该合金的切削系数达到80％左右，但在铋含量为0.002～0.01％的基础上还同时添加了辅助的锑元素，使之辅助铋并与铋共同作用获得了更优异的切削性能(切削系数为86～95％)和优良的耐蚀性能、机械性能，进而达到环保、健康、新型合金材料的要求。辅助添加适当含量的锑元素，主要是起辅助铋进一步提高合金的切削性能和特有的抑制脱锌性能的作用。当锑的添加含量小于0.01％时，对辅助铋提高切削性能效果不明显，且对提高抗脱锌性作用不明显，而辅助添加含量大于0.02％时，虽辅助铋提高切削性能较大，但本合金的塑性降低也非常明显，同时还增加了成本。故经实践证明辅助添加锑的含量为0.01-0.02％，就可以起到辅助铋提高本合金的切削性能的作用，使该合金更具有优异的切削性能(切削系数为86～95％)、抗脱锌性能和优良的冷热成型性能、焊接性能及良好的机械性能。铋在铜中的溶解度极低，铋也是以游离态存在于合金中。但与铅不同的是，铋是以无毒的游离态存在于合金中，而不是象铅那样以有毒的游离态存在于合金中。WHO(世界卫生组织)饮用水水质控制标准中没有对铋的限制值，也还没有人指出铋是对人体有害的物质。本合金以硼为主，用锑、锡等辅助硼来提高合金的抗脱锌性能。添加硼元素主要是起抑制脱锌、提高耐蚀性能的作用，同时也有脱氧、细化晶粒、增强切削性能的功能。由于硼原子半径比锌原子半径小，黄铜被腐蚀时硼原子比锌原子更易扩散，因此可优先夺取空位进而堵塞锌原子的扩散通道，增加锌扩散的阻力，形成耐蚀保护膜，从而达到象砷一样的抑制脱锌腐蚀的效果。同时锑也容易和锌形成固熔体化合物，同样可抑制脱锌，从而起到辅助硼并与之共同作用提高合金抗脱锌性的效果。硼的加入量在0.0008％～0.0012％为宜。硼含量小于0.0008％时，对抑制脱锌和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锑铋硅黄铜水表壳，其特征在于，该水表壳中合金材料的化学组成如下：

【技术特征摘要】
1.一种锑铋硅黄铜水表壳，其特征在于，该水表壳中合金材料的化学组成如下：2.根据权利要求1所述的一种锑铋硅黄铜水表壳，其特征在于，该水表壳中合金材料的化学组成如下：3.根据权利要求1或2所述的一种锑铋硅黄铜水表壳，其特征在于，所述铜为电解铜。4.根据权利要求1或2所述的一种锑铋硅黄铜水表壳，其特征在于：合金中不可避免的杂质含量不超过0.8％。5.一种制备权利要求1或权利要求2中所述的锑铋硅黄铜水表壳中合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜和木炭，向工频感应炉中加料，使木炭覆盖于阴极铜上；第二步，逐步加热工频感应炉，熔化阴极铜；第三步，添加铜硅中间合金，其中硅的质量百分比为20～40％；第四步，熔化进行充...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋明川，
申请(专利权)人：浙江中瀚合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33