一种耐腐蚀黄铜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐腐蚀黄铜，其特征在于，该黄铜的质量百分比组成为Cu：63～65wt％，Sn：0.05～0.2％，Al：0.01～0.05％，B：0.002～0.006％，RE：0.015～0.04wt％，Fe≤0.01wt％，Pb≤0.01wt％，余量为锌。本发明专利技术黄铜不含污染环境和影响人体健康的砷元素，通过添加微量的锡、铝、硼和稀土抑制了黄铜的脱锌腐蚀，得到了单一的α相组织，从微观组织上提升了低铜、无砷的黄铜耐腐蚀性能，该黄铜的最大脱锌层深度＜300μm，能通过8h中性盐雾试验测试。能通过8h中性盐雾试验测试。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀黄铜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金
，具体涉及一种耐腐蚀黄铜及其制备方法。

技术介绍

[0002]黄铜是铜锌二元合金，具有优良的综合性能，应用非常广泛。耐蚀性能是黄铜的重要使用性能之一，黄铜的腐蚀主要有两种形式：脱锌腐蚀和应力腐蚀，本专利技术黄铜的腐蚀是指脱锌腐蚀。在自然环境中，黄铜脱锌腐蚀程度缓慢，为了检测黄铜的耐脱锌腐蚀性能，通常在产品出厂前进行盐雾试验，盐雾试验是人工制造腐蚀环境，加速黄铜的腐蚀，来检测黄铜的耐腐蚀性能。
[0003]目前提高黄铜的耐腐蚀性能是通过添加0.02～0.06％砷来解决的，因为砷元素对脱锌过程有很强的抑制作用，使得含砷黄铜具有良好的耐蚀性。虽然砷加入黄铜中，黄铜不会产生毒性，但是由于砷的氧化物As2O3(俗称：砒霜)有毒性，含砷黄铜熔炼时污染环境，对人体有害，人们“谈砷色变”，因此在心理暗示作用下，市场上对于含砷黄铜制品是拒绝的，所以需要开发无砷耐腐蚀黄铜。
[0004]黄铜在腐蚀性介质作用下，由于Zn比Cu活泼，合金表面的Zn从黄铜中优先溶解产生空位，然后合金内部的Zn通过空位扩散继续溶解，电位较正的铜被遗留下来，呈疏松状的铜层，因此，提高黄铜的耐腐蚀性能主要是通过抑制锌的脱锌腐蚀。
[0005]防止黄铜脱锌腐蚀的方法，可以从冶金方面入手，也可从改善环境方面考虑。改善腐蚀环境，则可以采用阴极保护、添加缓蚀剂、降低介质侵蚀性等，由于受工况条件限制，这些外部措施并不能完全抑制黄铜的脱锌，防止黄铜脱锌腐蚀最好的方法是通过冶金化方法提高黄铜自身的抗脱锌能力。
[0006]黄铜的脱锌腐蚀主要与铜含量有关，其次与黄铜的相组织、晶粒度、表面处理等都有关系，此外，合金熔炼时加入一些特殊的微量元素，也能提高黄铜的耐腐蚀性能。但是提高铜含量会带来原料的成本上升，市场对于高铜含量的黄铜接受度不高，限制了应用。
[0007]因此，针对以上问题，需对现有的含砷耐腐蚀黄铜进行改进，提高铜含量较低的黄铜的耐腐蚀性能。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种低铜、无砷的耐腐蚀黄铜。
[0009]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种耐腐蚀黄铜的制备方法。
[0010]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种耐腐蚀黄铜，其特征在于，该黄铜的质量百分比组成为Cu：63～65wt％，Sn：0.05～0.2％，Al：0.01～0.05％，B：0.002～0.006％，RE：0.015～0.04wt％，Fe≤0.01wt％，Pb≤0.01wt％，余量为锌。
[0011]铜：众所周知，黄铜的耐腐蚀性能随着铜含量的提高而提高，这是由于锌比铜活泼，锌首先被腐蚀，因此，铜含量越高，黄铜耐腐蚀性能越好，但是提高铜含量带来原料成本的上升，铜含量低又耐腐蚀的黄铜更容易被市场接受；反之，当铜含量进一步降低，低于
65％，常温组织中就会出现β相，随着铜含量的逐渐降低，β相逐渐增多，β相的锌含量比α相的锌含量高8％左右，β相相比α相不耐腐蚀，因此，黄铜的耐腐蚀性能又随着β相的增多而下降，提高铜含量低于65％的黄铜的耐腐蚀性能，需控制组织中不出现β相，当铜含量低于63％以后，组织中增多的β相已经很难通过工艺方法消除，因此，本专利技术耐腐蚀黄铜铜含量范围控制在63～65wt％。
[0012]锡：黄铜中加入少量的锡可以防止脱锌，提高黄铜的耐蚀性，由于锡的锌当量系数为+4，当锡含量超过0.2％以后，会使得组织中的β相增多，反而降低了黄铜的耐脱锌腐蚀性能，因此，本专利技术黄铜锡的添加量控制在0.05～0.2％。
[0013]铝：铝固溶于铜后，在铜的表面形成Al2O3保护膜，阻止锌的扩散和流失，提高铜的抗氧化能力，微量的铝对铜的力学性能与工艺性能无明显影响，由于铝的锌当量系数为+6，但是当铝含量超过0.05％以后，组织中出现较多的β相反而降低黄铜的耐脱锌腐蚀性能，因此，本专利技术黄铜铝的添加量控制在0.01～0.05％。
[0014]硼：硼原子能填充到晶界和双空位处，增强这些地方的键合力，阻碍了锌原子通过双空位和晶界而迁移，此外，硼的加入改变了表层氧化亚铜的缺陷结构，使氧化亚铜膜更加均匀致密，不易受到侵蚀。硼的最佳含量范围0.002～0.006％，低于下限，作用效果弱，由于硼原子聚集在晶界处，晶界强度随着硼含量的提高而降低，因此，硼含量上限不宜超过0.006％。
[0015]铁：1050℃时，铁在铜中的溶解度为3.5％，635℃时下降到0.015％，常温下铁在铜中的溶解度极低，因此微量的铁在锡磷青铜中以质点形式存在，起到细化晶粒的作用，但由于铁质点耐蚀性很差，容易最先产生锈蚀，所以本专利技术耐腐蚀黄铜的铁含量必须严格控制在0.01％以下。
[0016]铅：本专利技术黄铜合金Pb≤0.01wt％，属于无铅黄铜。
[0017]RE：稀土在基体金属界面上形成保护膜，阻止锌原子扩散以及抑制铜、锌的溶解作用所致，使得合金组织更加致密，使晶格中锌原子的析出受阻，提高了黄铜的耐脱锌腐蚀性能。但是若添加稀土过量，形成大量的稀土化合物，合金组织反而恶化。
[0018]作为优选，所述Sn和Al的添加量满足：350≤W
Cu
/W
(Sn+Al)
≤1100，其中，W
Cu
为Cu的质量百分比组成，W
(Sn+Al)
为Sn和Al的质量百分比组成之和。
[0019]Sn和Al元素虽然均能抑制黄铜脱锌，但是Sn、Al的锌当量系数分别为+4、+6，Sn、Al会增加黄铜组织中的β相数量，β相增多，反而会降低黄铜的耐脱锌腐蚀性能，提高Sn、Al元素含量，需要相应提高Cu含量，降低Sn、Al元素含量，可相应降低Cu含量，这样就能避免加入Sn、Al元素产生的副作用，故，Sn和Al的添加量满足：350≤W
Cu
/W
(Sn+Al)
≤1100。
[0020]作为优选，该黄铜的相组织为单相α相，其中α相的平均晶粒度为10～20μm。单一α相组织提升了低铜无砷黄铜耐腐蚀性能，黄铜的耐腐蚀性能与表面光洁度有关，而光洁度除了与模具有关外，还与黄铜的晶粒度有关，晶粒度越小，黄铜冷加工后的表面越光洁，但是晶粒度过小，客户在加工制品时冷变形程度大时容易开裂。因此，本专利技术黄铜成品的平均晶粒度(即α相的平均晶粒度)控制在10～20μm。
[0021]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种耐腐蚀黄铜的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
[0022]1)熔炼：按所需原料进行配料，在熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度：980～1030℃，熔
化后调整合金成分，成分符合要求后，熔炼炉铜水转入保温炉，保温炉温度控制在1020～1050℃；
[0023]2)水平连铸：铸造温度：1020～1050℃，铸造速度5～30mm/s；
[0024]3)挤压：铸锭加热温度为670～760℃，挤压力7～28MN；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀黄铜，其特征在于，该黄铜的质量百分比组成为Cu：63～65wt％，Sn：0.05～0.2％，Al：0.01～0.05％，B：0.002～0.006％，RE：0.015～0.04wt％，Fe≤0.01wt％，Pb≤0.01wt％，余量为锌。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀黄铜，其特征在于，所述Sn和Al的添加量满足：350≤W
Cu
/W
(Sn+Al)
≤1100，其中，W
Cu
为Cu的质量百分比组成，W
(Sn+Al)
为Sn和Al的质量百分比组成之和。3.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀黄铜，其特征在于，该黄铜的相组织为单相α相，其中α相的平均晶粒度为10～20μm。4.一种权利要求1至3任一权利要求所述的耐腐蚀黄铜的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：1)熔炼：按所需原料进行配料，在熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度：980～1030℃，熔化后调整合金成分，成分符合要求后，熔炼炉铜水转入保温炉，保温炉温度控制在1020～1050℃；2)水平连铸：铸造温度：1020～...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，傅杰，华称文，张宝，瞿福水，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：