[发明专利]一种无铅黄铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金制造技术领域，尤其涉及一种无铅黄铜合金及其制备方法。

背景技术

铅黄铜由于其优良的特性，如切削性能和耐磨性能，已被广泛应用于各个领域，例如：五金件、汽车零件、电器接插件、阀门、管接头等。但这类材料中的铅容易以固态或气态的形式析出，进入环境后不仅不容易被除去，且能不断富集，对环境和人体健康造成威胁，有研究称，慢性铅中毒对人体造血和神经系统，特别是儿童的肾及其它器官损害较大，所以世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危害，已限制和禁止铅黄铜的使用。因此，环保的无铅黄铜合金已成为当今世界有色金属研究的热点。

近年来，国内外对无铅黄铜进行了大量的研究，并已经取得了一定成果，现阶段研究主要以铋、硅、镁、锑以及石墨替代铅。其中，铋本身性脆，其熔点比铅低，表面张力亦比铅小，一般以网状或膜状分布于晶界，故铋易使铜合金产生热脆和冷脆，而铋以薄膜状在晶界偏聚，严重影响了铋黄铜的力学性能，需要通过添加多种微量元素改变铋的偏析行为，且铋资源有限，使得铋黄铜合金价格昂贵，故难以被推广应用。硅可改善铜合金的热加工性能，尤其是低温下的热加工性能。硅含量增加到4％时会出现具有密排六方晶格的γ相，在高温下具有足够的塑性，在545℃通过共析分解转变为α+β相。但硅黄铜的切削性能只有铅黄铜性能的70％～80％，并且铜含量较高，其价格也比一般黄铜高出很多。有研究表明，通过熔铸、挤压的方法制备，用镁代替铅黄铜的棒材，其切削性能可以达到铅黄铜性能的78.5％，镁，部分固溶于铜，并与铜形成低熔点二元共晶相Cu-Mg和Zn-Mg，弥散分布与基体中，提高合金切削性能。但镁黄铜在熔炼过程中容易发生氧化、吸气等，使得其镁铅黄铜的熔炼工艺极为复杂。

此外有研究者还进行了以锑代铅的研究，并取得了一定的成果，但近年来对于锑是否对人体有害也存在争议。石墨具有很好的润滑效果，且石墨质软，容易断裂，切屑尺寸小，还可减少与刀头的磨损。在黄铜中加入石墨并与其他可以提高强度的合金元素配合使用，会使黄铜合金在具有良好切削性能的同时，也具有比较优良的力学性能。但由于石墨的强度低、密度小、容易上浮，同时其熔点高，很难采用普通熔铸方法使其熔入黄铜基体中，需要采用离心、搅拌等先进的铸造技术，这使得生产工艺复杂，导致生产成本大幅增加。

整体来说，国内外对于无铅黄铜的研究还处于探索阶段，在无铅黄铜的推广应用中还存在许多急需解决的难题，降低成本和提高切削性能并兼顾其抗拉强度和塑性等力学性能，是无铅黄铜面临的重大问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种无铅黄铜合金及其制备方法，具有良好的切削性能。

有鉴于此，本发明提供了一种无铅黄铜合金，包括以下组分：

余量为锌和不可避免的杂质。

优选的，所述硒的含量为1.8～2.9wt％。

优选的，所述钛的含量为1.6～2.8wt％。

优选的，所述钪的含量为0.05～0.1wt％。

优选的，所述钐的含量为0.05～0.1wt％。

优选的，所述钴的含量为0.2～0.4wt％。

优选的，所述碲的含量为0.25～0.4wt％。

相应的，本发明还提供一种上述技术方案所述的无铅黄铜合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤a)向工频感应炉中加入电解铜，升温进行熔炼；

步骤b)向所述工频感应炉中加入锌，搅拌后加入硒和碲，搅拌20～30min；

步骤c)将铝箔包裹的钛加入所述工频感应炉内，搅拌20～30min后加入钪、锰和铁，继续搅拌20～30min；

步骤d)调整温度至980～1080℃后添加精炼剂并搅拌；

步骤e)充分搅拌后，炉前取样分析，确认化学成分；

步骤f)向所述工频感应炉中加入钴和钐，搅拌后取样分析，成分调整；

步骤g)静置，捞渣，在1000～1050℃下保温后升温至1150～1200℃，出炉浇注，得到无铅黄铜合金。

优选的，步骤a的熔炼温度为1100～1200℃。

优选的，所述精炼剂包括以下成分：

萤石、冰晶石、硼砂、二氧化硅、氧化铜、氟硅酸钠和钛白粉。