[发明专利]黄铜合金粉末、黄铜合金挤出材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强度黄铜合金，特别涉及不含有对环境、人体有害的铅的黄铜合金粉末和黄铜合金挤出材料。

背景技术

近年来，环境问题迫在眉睫，在合金开发中这方面的注意是必要的。6/4黄铜具有适度的强度和良好的机械特性，还是非磁性，因此不仅被作为机械部件利用，而且已在气体配管、水道配管、阀门等广阔的范围中利用。

为了提高由6/4黄铜构成的构件的加工性，通常使合金组成中含有百分之几的铅。将该含有铅的黄铜构件用于水道配管时，铅有可能在上水道中溶出。

为了消除上述问题，进行了无铅的黄铜原料的开发。作为以往的开发例，有代替铅而添加了铋的黄铜原料、如特开2000-309835号公报(专利文献1)、国际公开公报WO98/10106(专利文献2)中公开那样通过添加锡而使γ相析出的黄铜原料、使硅的微粒分散的黄铜原料等。这些开发技术中，不仅要实现无铅，而且同时提高黄铜自身的强度，谋求应用范围的扩大。

但是，现状是铋的添加只能获得与铅的添加相同程度的强度。铋和铅均是通过添加而使黄铜的强度下降的元素，无助于黄铜构件的强度提高。如特开2000-309835号公报(专利文献1)、国际公开公报WO98/10106(专利文献2)中公开那样通过添加锡来使γ相析出的方法使黄铜构件的屈服点、拉伸强度等提高，但黄铜构件的变形能力大幅降低，加工性差。此外，还产生了γ相成为起点发生脆性破坏的问题。使硅的微粒分散的方法有助于黄铜合金构件的机械强度的提高，但具有构件的易切削加工性变差的缺点。

第46次铜和铜合金技术研究会讲演大会讲演概要集(2006)、pp.153-154、近藤胜义等(非专利文献1)中，题目为“采用粉体工艺的完全无铅易切削加工性黄铜合金的特性”，公开了以粉末冶金法为基调的石墨粒子分散型易切削加工性黄铜合金的制作法。添加石墨的优点在于能够成为完全无铅以及回收时在熔融的黄铜上石墨漂浮，因此分离容易。另一方面，不能期待添加的石墨会使黄铜构件的强度提高。因此，添加石墨时，还应考虑利用了粉末冶金法的黄铜构件的强度提高技术。

一般地，如果要使低熔点金属以高温化在高熔点金属中熔融，则由于低熔点金属的蒸气压高，因此熔融中低熔点金属急速地蒸发，不容易控制为所需的合金组成。

黄铜是铜和锌的合金。如果在该黄铜中添加高熔点金属，有可能预期强度的改善。但是，锌的沸点低达907℃，不易添加熔点为1907℃的铬、熔点为1902℃的钒等。如果使液相状态的黄铜的温度上升，则锌的蒸发量必然增大，合金组成急剧地向富铜的方向变化。

作为高熔点金属的熔融法，有电子束熔解法、氢等离子体弧熔解法等，这些方法不是适合大量生产的方法，已用于稀有金属的少量分批处理。并且这些方法也不能防止低熔点金属的蒸发。

也考虑在低熔点金属中添加熔融了的高熔点金属的方法，但是将高熔点金属加热到其熔点使其熔解，从工业上看，在成本上不合算，大量生产困难。因此，一般进行利用了氧化物的铝热反应的方法、添加熔点更低的母合金等方法。

特开平10-168533号公报(专利文献3)中公开了在锌中添加合金成分的方法。该公报中记载了在铬的添加中使用了母合金，但是观察Zn-Cr的热平衡状态图可知，铬几乎没有在锌中固溶。换言之，可理解为，成为在锌的基体中作为化合物的Zn₁₇Cr或Zn₁₃Cr分散的状态。将该母合金添加到锌中时，只是锌的成分比率增加，铬化合物没有发生变化。这样，使非固溶元素且高熔点的金属在低熔点金属中熔解的事情是非常困难的，有必要开发其他方法。

在铜中添加铬，与含有锌的合金相比进步。作为代表例，有特开平11-209835号公报(专利文献4)、特开2006-124835号公报(专利文献5)中公开的方法。在这些公报中公开的方法中，进行了使铜中含有铬、锆、碲、硫、铁、硅、钛或磷。均是析出型的铜合金，作为强化相进行铜·锆化合物等的析出，但与含有锌的合金不同，由于在高温下也能够合金化，因此使这些材料的制作变得容易。

无铅黄铜的开发过程中，作为添加石墨的手法，已知应用粉末冶金法是有效的。石墨与黄铜的混合通过使用粉末而成为可能是其主要原因。假如采用通常的熔炼法尝试石墨添加，由于两者的比重不同，石墨在黄铜的金属溶液上浮起，不能使其在黄铜中分散。

专利文献

专利文献1：特开2000-309835号公报

专利文献2：国际公开公报WO98/10106

专利文献3：特开平10-168533号公报