[发明专利]具有降低镍含量的着白色铜合金

说明书

本发明要求2008年9月10日提交的美国临时专利申请No.61/095,719“WHITE-COLORED COPPER ALLOY WITH REDUCED NICKELCONTENT”以及2008年9月10日提交的美国临时专利申请No.61/095,733“IMPROVED WHITE-COLORED COPPER ALLOY WITH REDUCEDNICKEL CONTENT”的优先权。

技术领域

本发明涉及着白色或银色的铜基合金，与相似颜色的标准合金相比，该合金具有降低的镍含量。

背景技术

铜基合金被广泛使用，因为它们集合了易于制备、抗腐蚀性、电和热传导性以及可获得宽范围具有吸引力的颜色。它们是世界上流通货币的优选材料，在许多情况下作为多层复合材料系统的一部分。此外，最近的研究表明可以将铜和铜合金表面制成为抗微生物的，在两个小时或更短的时间内使各种微生物灭活。

尽管铜本身是红颜色的，但大部分合金化元素的添加导致或多或少的微红或微黄的颜色。这些颜色典型地以描述性的名称(黄铜色、金色、青铜色等)而众所周知。也可以获得具有更白颜色的合金(更加均匀的反射所有光的波长)，尽管通常难以获得不带强烈的微红或微黄色彩的良好白颜色，特别是在材料已变色或部分氧化后。这些更白的合金通常用大量的镍添加获得(白铜和镍银)。遗憾的是，镍比大多数其它合金化元素更贵。并且已表明，当用于与人体皮肤和其它组织接触时，镍是导致变应性接触性皮炎病例增加的主要原因。本发明的目的是提供具有良好白颜色的铜合金，但是用降低的镍含量。

主要由铜和镍构成的合金(具有少量的其它元素添加)称为白铜或铜镍合金。随着镍含量增加，颜色从铜红色到10％Ni(C706)的淡微红/紫色再到25％Ni(C713)的相当的纯白色。这种白色的铜镍合金被广泛用于美国流通货币，作为5分硬币的材料，还作为10分、25分和50分硬币的三层复合材料的外层。虽然是吸引人并且耐用的，但该合金由于高镍含量而昂贵，因为Ni典型地大于铜的价格的两倍。C713的高成本是造成美国使用复合材料货币的部分原因；通过用较不昂贵的铜替代核心，周围用着银色的C713，可以以更低的成本获得期望的外观。白色铜镍合金的高成本的另一个替代方案是在合金中用锌替代部分铜，形成的合金因为其银色而被称为“镍银”。尽管锌作为铜合金的增白剂不如镍有效，但锌降低了镍的需求，并且与铜或镍相比，既降低了重量又较不昂贵。高锰含量(20％或更多)的铜合金也是可靠地白色，但是具有难于热加工以及非常低的电和热传导性的缺点，因此它们主要用于铸件，此处与“镍银”相比，它们更低的熔点和增加的流动性是优势。

通过在着白色的铜合金中用Zn和Mn的组合替代大多数的镍，具有相似外观和其它新性能的更低成本的合金是可能的。虽然以前公开过其它着白颜色的铜基合金，这些合金表面上与所提出的合金相似，但没有一个符合下面将要给出的本发明的组成范围。

很多的铜合金生产者提供了数种具有或多或少白颜色的铜镍合金和镍银。在铜开发协会(CDA)数据库中列出的41种形变铜镍合金中，只有两种(C71640和C72420)具有大于1％的锰含量；这些合金中没有一种含有大于1％的Zn。所列出的25种形变镍银(Cu-Zn-Ni合金)中，仅有四种具有最低的Mn含量；所有这些合金都添加了Pb以改善机加工性能。铜铝合金(铝青铜)含有Zn或Mn，但不是两者都有。在CDA数据库中列出的仅有两种形变的Cu-Zn-Mn合金都不含有镍-C66900和C66950。第一种含有最大0.25％的Fe(作为杂质)以及最大0.20％的其它杂质，没有其它添加物。第二种(Wieland合金FX9)含有14-15％Zn，14-15％Mn，1.0-1.5％Al以及余量的Cu。

CDA数据库中列出的铸造合金显示了相似的趋势；含有多于1％的Mn和Zn的合金也含有至少0.5％的Al。该趋势的一个例外是称为“Bronwite”(C99750)的合金，其含有17-23％Mn，17-23％Zn和至少0.5％Pb，以及最高5％Ni。Bronwite非常的白，流动性非常好并且具有相对低的熔融温度，这使得其对于小的、薄的和精细的铸件如服装饰物非常优异，但其含有的Pb足以引起目前对危险物质实行限制(Restrictions on Hazardous Substances(RoHS))和消费者产品安全条例(Consumer Product Safety regulations)的问题。