[发明专利]一种无铅易切削黄铜的制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种金属材料的制造技术，特别是无铅易切削黄铜的制造方法。

背景技术

铅黄铜具有优良的冷热加工性能、极好的切削性能和自润滑等特点，能满足各种形状零部件的机加工要求。含铅黄铜一度被世界公认为重要的基础材料而广泛应用到民用供水系统、电子、汽车及机械制造等领域。由于铅黄铜被广泛使用，故废弃的铅黄铜零配件数量很多, 其中只有少量被回收利用，很多小件被作为垃圾遗弃。废弃的铅黄铜与土壤接触，其所含的铅在雨水及大气的长期作用下，进入土壤，从而污染土壤及水源。废弃铅黄铜被当作垃圾焚烧时, 铅蒸气散发于大气之中, 对人体产生极大危害，因而其应用日益受到严格的限制。铅即不固溶于铜，也不与铜形成金属间化合物，而是以单质的颗粒形式存在于晶界。在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅以离子的形式缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足环保法令的要求。为了降低铅的有害作用，科研人员就饮用水对黄铜的腐蚀机理及添加元素对黄铜的腐蚀性影响进行了系统的研究，并采取了多种措施，如添加少量的锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除然后在除铅的表面再覆盖铬等金属或采取其它的方法抑制铅的浸出等。由于黄铜中始终存在着铅，所以这些方法无法从根本上消除铅的有害作用。以铅元素作为一种改善黄铜切削性能的主要元素的铅黄铜在环保法令的规定下，不得不退出历史的舞台。

无论从国内外的环保法律法规，还是从技术经济的角度出发，对铅黄铜再进行修修补补的改进已无价值，唯有开发无铅的新型黄铜。人们对金属、合金、化合物的研究有一个长期积累的过程，对其特性的认识已相当丰富。铋、锑、镁、磷、硅、硫、钙、碲、硒等元素加入到黄铜中对切削性能的改善已取得共识，国内外都有大量的专利公开，如：无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法，02121991.5；无铅易切削黄铜合金， 200310109162.0；生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法，200510050425.4；无铅铜合金，200610005689.2；一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，200710098481.4；一种无铅易切削镁硅黄铜2009-2-25  200910042723.7；一种铸造无铅易切削黄铜200910044315.5。必须指出的是，与易切削铅黄铜相比，目前所有的无铅易切削黄铜的加工性能及成本，如：压力加工性能、切削加工性能或使用性能或多或少地存在一些问题。以金属铋作为改善切削性能的主要元素时，铋黄铜的切削性能虽然也很优良，但与铅黄铜相比还存在较大差距。另一方面，铋的加工性能特别是热加工性能还不太理想，更关键的是铋离子对人体健康的影响至今还不是很清楚，其副作用的大小尚无公论，在一些国家和地区还不愿意接受铋黄铜。锑对人体是微毒元素，其在水中的溶出浓度受到严格的限制，尽管锑黄铜的切削性能也很优秀，但其使用亦受到很大的限制。硫加入黄铜中比较困难，故其应用也受到限制。镁能明显改善黄铜的切削性能，但其添加量不能过多，当其质量分数超过0.2%时，合金的延伸率开始下降，添加量越多，其延伸性能下降越明显，对黄铜的使用性能不利，这也不利于镁黄铜的应用。磷添加到黄铜中有利于改善其的切削性能，但同时降低合金的塑性，低压铸造时合金热裂倾向增大。这使磷在黄铜中的添加量受到很大的限制，也使磷黄铜的使用受到很大限制。由于锡、碲、硒价格高昴，锡黄铜以及含碲、硒黄铜很难被市场接受，硅黄铜由于含铜量高，价格贵，市场份额很小。在实际开发中，工程技术人员大多采用合金元素多元化的方法，在黄铜中复合添加对切削性能有改进作用的合金元素。但实践证明，添加多种改善切削性能元素的方法也并不理想，一方面，由于元素之间的相互作用，会相互降低改善切削性能的效果。另一方面，由于添加多种金属元素后，会产生合金强化的效果，使黄铜的强度、硬度都提高，在一定程度还会降低黄铜的切削性能。而且稀、贵元素的加入量过多也会使黄铜的成本提高，对市场推广应用也不利。

当前市场迫切需要一种无铅、无铋、无锑的易切削黄铜材料来满足黄铜小型件、异型件的加工需求，本发明正是考虑这一需求而开发。

发明内容

本发明的目的在于有效解决铅黄铜污染环境的问题，为电子器件、水暖卫浴、钟表等领域的小型结构件提供一种低成本的无铅易切削黄铜的制备方法，实现无铅易切削黄铜的无铅、无铋、无锑。

本发明的具体内容：