[发明专利]易切削的环保黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保黄铜合金，尤其是本发明涉及一种易切削的环保黄铜合金。

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，公知黄铜含铅(多为1至3重量％)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，特别要求铅不可从该产品溶出于饮用水，且在加工制程中必须避免铅污染。因此，业界亟欲开发无铅黄铜材料，寻找可替代含铅黄铜，但仍须兼顾材料可锻造性能、可切削性、可焊接性、耐腐蚀性、与机械性质的合金配方。

目前已有许多无铅铜合金配方的报导，例如以硅(Si)为主要成分而取代铅添加于黄铜合金中，例如TW421674、US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441等所揭露的无铅铜合金配方，但这些公知技术的缺点是硬度太高，可锻性和可焊性较差，且切削性不佳。另外，无铅铜合金配方例如CN10144045揭示以铝、硅、磷为主要合金元素，虽然可用于锻造，但焊接性和切削性较差，加工效率远低于铅黄铜，不适于大批量生产。

也有文献以铋(Bi)为主要成分而取代铅添加于黄铜合金中，例如US7297215、US6974509、US6955378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712、US20060005901、US20040094243、US5637160、US20070039667等，上述合金配方的铋含量约涵盖0.5重量％至7重量％的范围，且除了铋之外，各自包含其它不同的元素成分及特定比例。但高铋(＞1重量％)的无铅黄铜，因Bi原子半径为0.16nm，Pb原子半径为0.18nm。Cu为FCC最密堆积结构，其八面体格隙原子半径为0.053nm，四面体格隙原子半径为0.029nm，两者都小于Pb、Bi原子半径，故无法以格隙原子存在于C u内。故Bi与Pb原子固溶于Cu合金极小，因此Bi常以单质相存在于铜合金中。且Bi熔点271℃较低，在锻造或焊接等热加工时，铋会呈液态薄膜，从而降低了晶粒之间的结合力。导致基体材料强度下降，容易在外力或内应力的作用下开裂。因此不适合于热加工。

又，US6413330系揭露同时包含铋、硅及其它成分的无铅铜合金配方，CN101440444也揭露高锌硅无铅黄铜合金，然而，因其含硅量高但含铜量较低，难以焊接，且合金的塑性差，几乎不能用于锻造。

综上所述，如何提出一种可解决上述公知技术种种不足处的技术方案，以提供一种易切削的低铅环保黄铜合金材料，实为目前亟欲解决的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种易切削的环保黄铜合金，该易切削的环保黄铜合金包括：一种易切削的环保黄铜合金，包含：0.5至1重量％的铋；0.01至0.25重量％的铅；0.01至0.2重量％的镍；0.01至0.4重量％的锡；选自锑、硅和磷中的一种或多种元素，且所选择元素的总含量为0.01至0.9重量％；以及96重量％以上的铜与锌；其中，该黄铜合金的铜含量为58至68重量％。

本发明的易切削的环保黄铜合金中，铜与锌的含量占合金总重的96重量％以上，其中，铜优选占合金总重的59至65量％，此范围含量的铜可提供合金良好的韧性，和良好的加工性，以利合金材料的后续加工。

在本发明的易切削的环保黄铜合金中，铅含量为0.25重量％以下。在优选实施例中，铅含量为0.05至0.2重量％，适量的铅具有提高材料切削性能，但铅有对人体危害较大的毒性，该易切削黄铜合金符合铅含量低于0.25重量％的无铅合金环保法规标准。

在本发明的易切削的环保黄铜合金中，铋含量为0.5至1重量％。在优选实施例中，铋含量为0.6至0.9重量％，适量的铋具有减小切削阻力，改善切削性能效果。

在本发明的易切削的环保黄铜合金中，锡含量为0.01至0.4重量％。在优选实施例中，锡含量为0.1至0.3重量％。适量的锡能提升材料对氯离子的耐蚀性，并可提升合金材料的强度。

在本发明的易切削的环保黄铜合金中，镍含量为0.01至0.2重量％。在优选实施例中，镍含量为0.05至0.15重量％。适量的镍能细化材料晶粒，增加材料韧性。