[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

本发明涉及一种无铅黄铜合金及其制备方法，尤指一种利用废旧铜材制备无铅黄铜合金的制备方法。

背景技术

传统黄铜合金是在合金中加入了铅为代表的低熔点元素，从而使合金具有优良的加工性能和较高的强度及塑性。一般认为黄铜的切削性是随着铅的增加而改善的，在大约含3%的铅最为有效。由于铅黄铜具有优良的切削性能，广泛地被应用于多种制造行业中，如机械、电子电器、建筑以及机械精密切削加工的各种零件等，但是铅黄铜中含有对人体有极大危害的重金属—铅，虽其含量不高，然而对人的健康存在潜在的威胁。随着人类科学技术的发展和人们对改善生态环境、提高生活质量的日趋重视，对环境保护意识不断增强，因此，含铅铜合金的应用受到国内外各国环保政策的限制，尤其在发达国家受限制更为严格。

以无毒或低毒害物质代替铅，是减少铅污染的主要途径。为了减少制造业中铅黄铜报废后丢弃对环境造成的污染，必须采用不含铅的黄铜合金材料。但是不含铅的一般黄铜合金，其加工性能极差，不适满足精密机械加工的要求。无铅黄铜就是在黄铜中加入适量无毒害的元素代替铅的功能，使其达到其性能，即满足工业上的需要又保护了生态环境。目前国内外研发的无铅黄铜合金专利，主要是在黄铜中加入碲、铋、锑等元素，如：专利200910154951、200810188263、200910044085、200810042416、200910044798、200410089150、200780048880、02121991、200810090868等，但含铋、锑等元素的无铅黄铜加工性能较差，成材率低，且碲、铋、锑等元素均为稀贵元素，资源有限，与铅黄铜合金相比，生产成本高，很难形成产业化批量生产以替代市场上大量使用的铅黄铜。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种成本低、利用不含铅的废旧铜材制备无铅黄铜合金的方法。本发明的另一目的在于提供一种具有良好加工性能和使用性能，根据上述方法制备的无铅黄铜合金。

为实现上述目的，本发明的无铅黄铜合金按照重量百分比计，包括如下成分：铜59%～65%、锌32%～35%、硅0.2%～1%、磷0.03%～0.1%、镁0.1%～1%、铝0.02%～0.1%、镍0.1%～1%、锡0.1%～1%、镧铈混合稀土金属0.0001%～0.001%。

本发明的无铅黄铜合金的制备方法，包括以下步骤：1）合金熔炼：先加入回收的黄铜、锌白铜、锡磷青铜废旧料，加覆盖剂熔炼，熔炼温度为1100～1200℃；2）合金精炼：原料熔化后，加入铜-硅合金、镧铈混合稀土金属（La+Ce）、铝，进行合金化和精炼；3）合金除气：加入铜-磷合金、镁，均匀搅拌，熔体保温加锌；4）合金浇铸：在1030～1080℃进行合金浇铸。

进一步，所述合金熔炼之前还包括原料预处理：对回收的黄铜、锌白铜、锡磷青铜废旧料进行分级、分检、预处理。

进一步，所述合金熔炼和所述原料预处理之间还包括合金配制：按照合金中铜的总重进行配比，黄铜75-85%、锡磷青铜10-15%、锌白铜5-10%，其余合金在废旧料熔化经成分分析后，再按合金成分重量百分比配料。

进一步，所述覆盖剂为硼砂、石墨片或氯化钙。

本发明的无铅黄铜合金的制备方法利用选用原材料为回收的铜合金废旧料和价廉的硅、磷等，远低于其他方法生产的无铅黄铜合金材料，合金制备成本低。无铅黄铜中的各合金元素具有如下作用：铜和锌为合金的基本元素；添加硅元素可改善合金的流动性；添加磷元素可改善合金流动性和除气；添加镁元素可除去熔体中的气体；添加铝元素可在合金熔体表面形成保护膜，隔绝熔体与大气接触防止吸气；镍和锡可改善合金的加工性能；添加镧铈混合稀土金属（La+Ce），具有除气、除杂、精炼、细化晶粒作用。根据本发明的方法制备的无铅黄铜合金的晶粒细小，具有良好的冷、热加工性能，以及良好的切削性能和耐蚀性能，适用于机械加工成型各种零部件、锻件、铸件、阀门、管接头等其它零部件材料。

附图说明

图1a为显示铅黄铜合金切削性能的示意图；

图1b为显示本发明实施例1的无铅黄铜合金切削性能的示意图；

图1c为显示本发明实施例2的无铅黄铜合金切削性能的示意图；

图1d为显示本发明实施例3的无铅黄铜合金切削性能的示意图；

图1e为显示本发明实施例4的无铅黄铜合金切削性能的示意图；

图1f为显示本发明实施例5的无铅黄铜合金切削性能的示意图；

图2为本发明中测定合金流动性所用石墨浇铸模的示意图；