[发明专利]铜基高锡硼合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜基高锡硼合金(Cu-Sn-B)及其线材的制造工艺。

背景技术

现有的眼镜架及其它许多饰品的制作广泛应用镍白铜和锌白铜，尤其是锌白铜由于其具有银白色美丽的外观，及耐高温、高弹性、耐腐蚀等优良的物理化学性能，而广泛应用于制作医疗器械、装饰物和眼镜架。然而，上述的合金中含有镍元素，而镍元素对人体有致敏反应和致癌倾向，因而国外发达国家已经限制与人体接触的合金材料中镍的含量，因此迫切要求研制和开发新型材料替代含镍白铜。德国WIELAND公司为此开发了一种铜-锰-铁系列的锰白铜，但其批量生产困难，首先是合金中含锰量高，而锰元素在熔炼中极易氧化、造渣，需要在保护性气氛下(用于防止氧化的惰性气体)熔炼；其次是该合金塑性极差，无法生产出合格的线材，一般只能生产棒材，所以铜-锰-铁系列的锰白铜没有被广泛应用。因此，开发一种既具有镍白铜和锌白铜所具有的优良的物理化学性能，又符合环境保护和人体保护要求的替代材料具有显著的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了适应环境保护和人体健康的要求，提供一种不含有镍元素的高锡硼铜合金(Cu-Sn-B)，该合金的机械性能、生产加工性能完全可以替代并超过镍白铜和锌白铜，是一种具有高强度、高弹性、耐腐蚀、焊接性能好、具仿金色外观的环保型优质材料。

本发明的另一目的是提供一种所述的高锡硼铜合金线材的生产工艺。

本发明为达到上述目的所提供的新型合金为：

该种铜基高锡硼合金，它包含有12～18％(wt)的锡(Sn)，0.002～2％(wt)的硼(B)，及铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、磷(P)、锌(Zn)五种元素中至少一种，所述五种元素的含量分别为：铁(Fe)为0～1.0％(wt)、铝(Al)为0～2.0％(wt)、钛(Ti)为0～0.002％(wt)、磷(P)为0～0.5％(wt)、锌(Zn)为0～2.0％(wt)，合金中的余量成分为铜(Cu)和少量杂质；其中，所述合金中元素锡(Sn)的最佳含量为13～15％(wt)，所述合金中元素硼(B)的最佳含量为0.1～1％(wt)；另外，所述合金的金相组织为α相，或者为以α相为主另有少量δ相(δ相含量＜6％)，晶粒度为0.025～0.04mm。

所述的合金成分的选择原则与要求是：锡的成分范围既要求保证材料具有高强度又要保证其具有易加工性，并使合金具有美丽的颜色。硼的成分用于细化晶粒，可减少锡的枝晶偏析和反偏析，减少δ相。加入硼元素可在制品表面形成独有的抗侵蚀、抗氧化、均匀致密的金属-仿金保护薄膜，可提高合金的耐蚀性及强度，并使合金材料表面形成强化的仿金保护薄膜。

本发明采取的生产所述的铜基高锡硼合金线材的制造工艺过程为：a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸——c.均匀化梯度退火——d.酸洗——e.冷拉扒皮——f.中间退火——g.酸洗——h.冷拉扒皮——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火；

其中，投料熔炼顺序为：铜+锡+(铜-铁)，加热熔化后，再加(铜-硼)+铝+锌，出炉前加铜磷合金和铜钛合金细化晶粒，熔炼温度为1050～1300℃；其保温及水平连铸温度为950～1200℃；水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.0m/min，拉长(节距)为10～30mm，停1～2秒后反推1～2mm；铸造过程中采用反推工艺，目的是消除铸坯表面横向裂纹，最佳的水平连铸工艺可以使反偏析层控制为0.2～0.5mm；均匀化梯度退火温度为550～850℃，时间为3～10小时，在保护性气氛N₂+(3～25％)H₂中进行，在保护性气体中加入3～25％H₂，可使产品表面光洁；中间退火温度为400～700℃，时间为1～5小时；消除内应力光亮退火(成品退火)温度为50～450℃，时间为40～120min。

所述的拉伸过程中的冷加工率为10～70％。

在所述的熔炼工艺中采用木炭覆盖，木炭层厚度为150～220mm，并在炉内加入有冰晶石(Na₃AlF₆)，木炭的作用在于吸收熔体中的H₂、O₂气体，而冰晶石的加入，可使各种氧化物形成复盐，在连铸后易于除去。

水平连铸时采用石墨结晶器，可减少高锡硼铜合金拉铸时的拉伸阻力，加上反推工艺的应用，可保证铸坯具有较光洁的表面。