[发明专利]Cu-Ni-Zn-Mn合金

说明书

发明领域

本发明一般涉及锻造用Cu-Ni-Zn(镍银)合金，更具体地涉及主要用于在主要是切削操作的领域使用的Cu-Ni-Zn-Mn合金。

相关技术说明

关于目前的市场情况，其趋势是从典型的填充有相对高粘度的油基油墨的圆珠笔向具有较低粘度的油墨的滚珠笔发展。这些新的低粘度油墨主要是水基凝胶油墨。与油基油墨相比，凝胶油墨的优点是允许更多种的明亮颜色和可以具有闪光效果，因为它们通常包含沉入纸中的颜料。受格式参数(stylistic arguments)争论和降低油墨消耗的驱使，书写器具的趋势朝着更细的笔发展，其可以用低粘度油墨，特别是用滚珠笔更容易地实现。将笔尖尺寸降低到直径小于1.6mm引起了对笔尖材料强度要求苛刻的结果。为了使得较细的尖端尺寸的笔尖能够承受相同的负荷，必须确保该合金具有更高的强度值。所以，迄今为止仅不锈钢被作为尖端材料用于最细的尖端，而Cu基合金由于其较差的强度而被认为是不适合的。与不锈钢相比，Cu-Ni-Zn合金的另一共同缺点是在水基凝胶油墨中的耐腐蚀性。在此提出的本发明的合金目的是提供对笔尖中使用的不锈钢合金的一种替代物，其表现出与不锈钢的那些一样好的机械性能(强度和延展性)和当使用凝胶基油墨时适于笔尖应用的腐蚀性能。

介绍

合金族Cu-Zn-Ni最被是在17世纪从中国进口的，后来在18世纪几乎同时在法国(1819)、德国(1823)和英格兰(1832)被公认为铜-镍-锌合金，并赋予了名字“麦雷乔铜镍合金(Maillechort)”(以它们的Lionese发明人Maille和Chorier命名)、“铜镍锌合金(Neusilber)”和“Nickelsilver(镍银)”。近来镍银因为其良好的组合性能而为人所知，并且银色的颜色促进了该合金成功地用于不同的应用。今天大部分市售的Cu-Zn-Ni合金包含10-25%的Ni，这归因于它在Cu中的完全溶解不仅提高了该合金的强度(通过固溶强化，见下面)，而且还提高了弹性模量和耐腐蚀性。另一方面，灰色的Cu-Ni-Zn合金具有明显的缺点，其与“火裂(fire cracking)”有关[H.W.Schl?pfer，W.Form Metal Science13(1979)；H.W.Schl?pfer，W.Form Metal l，32，135(1978)]，这涉及到含铅的纯单相α合金的高内应力。术语火裂描述了一类液态金属脆化，当冷变形和退火时，其发生在某些铅化的α相合金中，由此在退火过程之中或之后发生爆炸性的晶间断裂。

为了解决这个难题，连续的合金开发进展导致了用Mn来部分代替Ni，其允许保持灰色颜色，同时将合金从纯α合金变成双相如α/β结构，其不具有火裂的倾向，因为内应力在相界处释放。Mn比Ni在Cu中具有更有限的溶解度，但是可以在Cu-Zn合金中合金化到大约15wt%，形成合金具有类似于Ni的灰色外观(例如参见US5997663)。

目前的Cu-Ni-Zn-Mn合金代往往包含大约10-25wt%的Ni和3-7wt%的Mn。应用领域从书写器具到眼镜架、钥匙、手表工业应用、配件、精细工具应用和几个其他领域，其中高速切削操作是频繁的或不可避免的，产生大量的碎片形式的废料(高达50%)。通常1.0-3.0wt%量的铅被合金化到其中需要高速切削操作的合金中，其明显改进了它们的切削性。

无铅合金

迫于要求环境友好和无毒元素添加的新法律法规的压力，对无铅产品的需求特别是在高速切削应用中持续增加。因而，必须寻找新的解决方案来确保含有铅取代元素的Cu基合金的回收路径。