[发明专利]一种适合重力铸造的无铅环保青铜合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种青铜合金，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的无铅环保青铜合金材料。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和含铅青铜的优良替代品。

背景技术

铸造青铜容易制造复杂形状铸件，青铜铸件的产品耐蚀性、耐压性耐磨性等性能良好，部分用于供水系统铸件、阀件等。铸造锡青铜有优良的耐蚀性，特别是在大气、淡水、海水、碱性溶液和过热的蒸汽中。因为锡青铜显微组织中的α和δ相有相近的电极电位，所以微电池作用甚微。另外，铸造锡青铜表面能形成致密的SnO₂薄膜，有很好的保护作用，因此在泵、阀、给排水管路和船舶设备方面有着广泛的用途，尤其以美国牌号C83600、C84400及相似成分的牌号高铅青铜生产、用量最大。铸造锡青铜虽然较黄铜的价格昂贵，但铸造性能突出，特别是在洁具行业的高档龙头的应用最广泛。利用锡青铜可以使铸造出的龙头壁更薄，更加光洁。更重要的一点是，特别适合大规模的重力铸造。

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的限制和挑战，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铜合金。中国专利申请200680014456.7的《青铜类低铅合金》中提指出了一系列的青铜类合金，其目的在于提供一种改善青铜类合金在高温下的拉伸强度，并降低了其铅元素含量的合金。该类青铜合金在复合环保要求的前提下，确保其高温拉伸性能。但上述青铜类低铅合金确保了高温拉伸性能，再应用在铸造特别是重力铸造当中会出现众多的铸造缺陷，较含铅青铜的铸造性能大幅度降低，影响了其在金属成型行业的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种适合重力铸造的无铅环保青铜合金材料以及制备该种青铜合金的方法。利用本发明的无铅环保青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。

本发明提出的技术方案如下：

一种适合重力铸造的无铅环保青铜合金材料，该合金材料的化学元素组成如下：

元素    质量百分比

铅：    ≤0.1％

铝：    ≤0.005％

铁：    ≤0.15％

锌：    6.0％～8.0％

锡：    4.0％～6.0％

铋：    1.0％～3.0％

镍：    ≤1.0％

磷：    ≤0.05％

硅：    ≤0.01％

砷：    ≤0.25％

余量为铜和不可避免的杂质。

作为一种优化方案，该合金材料的化学元素组成如下：

元素    质量百分比

铅：    ≤0.08％

铝：    ≤0.004％

铁：    ≤0.13％

锌：    6.5％～7.5％

锡：    4.5％～5.5％

铋：    1.5％～2.5％

镍：    ≤0.8％

磷：    ≤0.04％

硅：    ≤0.008％

砷：    ≤0.2％

余量为铜和不可避免的杂质。

一种制备上述的一种适合重力铸造的无铅环保青铜合金材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：