[发明专利]无铅黄铜合金

说明书

本申请要求2009年3月9日提交的美国专利申请12/400283的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及铅含量极低至不含铅的黄铜组合物。该组合物显示了与传统的加铅黄铜合金(自由机加工的黄铜)相似的良好的可机加工性和强度。

背景技术

向黄铜组合物中加入最高至4.5％的铅以改善所得产品的可机加工性是普遍的做法。然而，铅是有毒物质，其在合金生产中的使用被立法和昂贵的控制程序围困。例如，加利福尼亚州通过立法，自2010年起将管道装置(plumbing fixture)中的铅量限制为0.25％或更少。

此外，铜铅合金的铅相可受到热有机油或矿物油腐蚀的影响。例如，当这种合金的温度升高时，已经知道油能够分解从而形成过氧化物和有机气体，这造成在合金中铅相上一定程度的浸出。如果该浸出进行到任何明显的程度，该部件(如果它是轴承或结构组件)最终可能发生故障或失效。

因此，在粉末冶金组合物中减少，或者如果可能，去除铅的含量有相当大的优势。各种提议中已经提出了这样的做法。在以前的粉末冶金材料并入相当大的比例的铅导致所得产品部件的易机加工性和耐用性。已经在以WO91/14012公开的国际申请中提出用铋代替部分铅。结果是成功替换了部分铅而没有显著减小可机加工性。但是，其伴有材料抗弯强度的一些减小。对于许多种用途而言，这种抗弯强度的减少不是重大的问题。

在美国专利5445665中描述了另一种方法。在该产品中，向合金中加入0.1至1.5％的石墨，允许将合金中铅的含量减少至2％或更少。

上文所述的合金中给出了基本无铅的合金，但是它们不具备与含铅合金相同的可机加工性。这会导致需要对用于生产最终产品，如管道设备等的设备进行重大改装。此外，在铅产品制造过程中产生的废料往往不易于被最终产品制造商回收。回收通常只能由合金的制造商来做。将废料运回到初始铸造厂的费用会提高最终产品的总生产费用。

因此，仍然需要展示出与含铅产品相似的可机加工性并且能被客户回收的无铅黄铜合金。

发明内容

本发明包括黄铜合金，其含有约0.20％至1.5％碲作为铅的替代，一般加入到黄铜组合物中。在一系列的实施方案中，碲的含量为约0.4％-约1.0％。所得合金一般具有小于约0.025％至小于约0.001％的铅含量，这被认为是“无铅”。

本发明的黄铜合金一般具有约98％-约57％的铜含量，约43％-约2％的锌含量，约1.0％-约0.02％的碲含量，约0.025％-约0.001％的铅含量和约0.05％的最大磷含量。

所得合金显示出优异的可机加工性和导电性。根据合金组成，拉伸强度在240MPa和530MPa之间变化，屈服强度在约200-约450MPa之间变化。电导率为约28％-约49％IACS。本发明中新合金的可机加工性与含铅组合物的可机加工性相近。这将消除或减少为使用新型合金生产成品例如管道装置所需的改装量。

新合金的组成也允许最终产品制造商自己从制造过程回收废料。这消除了将废料返回到合金制造商进行回收的需要。另外，本发明的另一个重要特点是含有少于约15％锌的合金显示出优异的脱锌抵抗性。

上述内容相当宽泛地概述了本发明的特点和技术优势，以便本发明如下的详细描述能被更好地理解。本发明的其它特点和优势将在以下描述，这形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该知晓，所公开的概念和具体的实施方案可容易地用作修改或设计实现与本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这种等同的构造没有偏离所附权利要求的本发明精神和范围。当与附图结合考虑时，将从下面的说明中更好地理解被认为是本发明特征的新特点(从组织结构和操作方法两方面)，连同进一步目的和优势。但是，必须明确理解的是，每个附图仅出于说明和描述目的而提供，不意欲作为对本发明的限制。

附图说明

图1是样品C1中使用的合金在拉制后的显微照片。

图2是样品C2中使用的合金在拉制后的显微照片。

图3是样品C3中使用的合金在拉制后的显微照片。

具体实施方式

通过首先在约1050℃的温度下熔化铜制备本发明的黄铜合金。然后向熔化的铜中加入锌和碲。然后利用水平或垂直的铸造方法将黄铜合金铸造成坯料。

用于制造合金的铜一般是铜阴极或高品位的未污染和纯的铜废料，其包括99.95％的最低铜和0.05％的杂质。铅是典型的杂质，占所使用的铜的少于0.025％。在本发明的合金形成物中，铜占合金的约57.00-约98.00％。