[发明专利]低铅的铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金，尤其是，本发明涉及一种低铅的铜合金。

背景技术

黄铜的主要成份为铜与锌，两者的比例通常为约7∶3或6∶4，此外通常包含少量杂质。为了改善黄铜性质，公知黄铜是含铅(多为1-3wt％)以达到产业所需的机械特性，并因此成为工业上重要材料，广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。

然而，随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响及对环境污染的问题逐渐受到重视。因此，限制含铅合金的使用为目前的趋势。日本、美国等国陆续修订相关法规，极力推动降低环境中的含铅率，涵盖用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，特别要求不可从该产品溶出铅至饮用水，且在加工制备过程中必须避免铅污染。

另外，当黄铜中的锌含量超过20重量％时易发生脱锌(dezincification)的腐蚀现象，特别是当该黄铜接触高氯离子的环境，例如海水环境时，会加速脱锌腐蚀现象的发生。由于脱锌作用会严重破坏黄铜合金的结构，使黄铜制品的表层强度降低，甚至导致黄铜管穿孔，大大缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题。

针对上述高含铅量及脱锌问题，业界持续开发铜合金配方，除了铜及锌的必要成分外，例如TW421674、US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441、US2002069942等所揭露的添加硅(Si)及其它元素的无铅铜合金配方，但上述合金的缺点是切削性不佳。CN10144045揭示以铝、硅、磷为主要合金元素的无铅铜合金配方，虽然可用于铸造，但切削性较差，加工效率远低于铅黄铜，不适于大批量产。CN101285138及CN101285137揭示以磷为主要合金元素的无铅铜合金配方，但其用于铸造则容易产生裂纹、夹渣等缺陷。例如US7297215、US6974509、US6955378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712、US20060005901、US20040094243、US5637160、US20070039667等揭示添加铋(Bi)的黄铜合金，上述合金配方的铋含量约涵盖0.5wt％至7wt％的范围，铋含量高易产生裂纹、夹渣等缺陷，且成本过高，不利于商业化。US6413330揭露包含铋、硅等成分的无铅铜合金配方，而CN101440444揭露高锌硅的无铅黄铜合金，因其含硅量高但含铜量较低，合金的熔汤流动性差，在金属模中比较难充慢型腔，易产生浇不足等铸造缺陷。CN101403056揭露包含铋及锰的无铅黄铜合金，但高铋含量易产生裂纹、夹渣等缺陷，而铋低锰高则硬度高，不易断屑且切削性差。上述黄铜合金配方仍存在有铸造性能差、材料脆化等缺点。

另外，针对抗脱锌的配方，除了铜及锌的必要成分外，目前已有US4417929揭露包含铁、铝及硅等成分；US5507885及US6395110揭露包含磷、锡及镍等成分；US5653827揭露包含铁、镍及铋等成分；U 6974509揭露包含锡、铋、铁、镍及磷的成分；US6787101揭露同时包含磷、锡、镍、铁、铝、硅及砷；以及US6599378及US5637160等专利揭露以硒及磷等成分添加至黄铜合金以达到抗脱锌效果。然而，公知抗脱锌的黄铜含铅量通常较高(多为1-3wt％)，以利于黄铜材料的冷/热加工，但不符合环保要求，铅溶出量高，且易于制备过程中产生铅污染。

因此，业界亟欲开发新的黄铜材料，寻找可替代含铅黄铜，并可达到抗脱锌腐蚀性，但仍须兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性、与机械性质的合金配方。

发明内容

为达上述及其它目的，本发明提供一种低铅的铜合金，包括：0.05至0.3重量％的铅；0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.3重量％的铋；1至4重量％的硅；0.1至1重量％的锡；以及93.6重量％以上的铜与锌，其中，铜于该低铅的铜合金中的含量为61至78重量％。

在一实施方式中，本发明的低铅的铜合金中所包含的铜与锌的总含量为93.6至98.54重量％，优选为94重量％以上。在一实施方式中，铜在所述低铅的铜合金中的含量为61至78重量％，优选为62至74重量％，更优选为66至72重量％。本发明的低铅的铜合金因包含硅成分，因此，与公知含铅的黄铜相较，本发明的低铅的铜合金需具有较高的铜含量以提供合金材料的良好韧性。