[发明专利]铜锌合金的加硫处理

说明书

相关申请的交叉引用

本申请按照美国35U.S.C.§119(e)，要求提交于2011年4月25日，题目为“铜锌合金的加硫处理”（SULFUR TREAMENT FOR COPPER ZINC ALLOYS）的美国临时专利申请No.61/478,749的优先权，其通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及由抗脱锌的铜锌合金制造的部件或制品。

相关技术的说明

在侵蚀性环境中含有大于约15重量%的量的锌的铜合金对于脱锌腐蚀和应力腐蚀开裂是敏感的。脱锌腐蚀和应力腐蚀开裂对于水化学物质可促进在合金中的富锌成分或相的氧化性侵蚀的管道部件特别是问题，其导致了由于服役中的失效引起的高成本的修理。

产生抗脱锌腐蚀和应力腐蚀开裂的铜锌合金的常规技术包括降低锌含量，和/或添加抑制脱锌腐蚀和应力腐蚀开裂的成分。降低锌含量一般需要提高铜含量和提高该合金的成本。添加脱锌抑制成分可导致不希望的产品健康风险且不会充分保护该合金免受腐蚀。而且，许多脱锌补救方法经常需要特殊的合金加工步骤或热处理，其提高了由该合金制造产品的相关成本和难度。

一般来说，通过将锌含量保持低于约15重量%可降低脱锌，且通过添加约1重量%的锡可将脱锌最小化，如采用船用黄铜（C44300）和海军黄铜（C46400）所进行的。

添加小于约0.1重量%的砷、锑或磷提供了铜锌合金抵抗脱锌的进一步保护，假如该合金具有单α相组织。

作为普遍的规则，随着提高的锌含量，抗腐蚀性下降。小于约15%的锌含量的降低在降低脱锌腐蚀方面是有益的。

经常必须对采用脱锌抑制剂例如砷、锡、锑和磷处理的铜锌合金进行热处理以产生对抗腐蚀性必要的组织改变。如果其通过了产生小于200微米深度的脱锌渗透的标准化测试且没有显示应力腐蚀开裂，则认为该最终产品为抗腐蚀的。受抑制的铜锌合金需要准确的化学组成和过程控制，其并不总是在没有扩展破坏性的测试的情况下在最终产物中容易证实。

含硅铜锌合金(C69300和C87850)展现了异常的抗腐蚀性。这些合金含有硅、磷和约21重量%的相对低的锌含量，提供了不依赖特殊热处理的合金。但是，与具有高锌含量的其他黄铜相比，这些含硅合金是相对昂贵的。

因为锌比铜和锡较不昂贵，在该工业中认为黄铜中的锌含量是重要的，所以一般提高锌的百分数降低黄铜材料的成本。而且，已报道接近40%的高的锌含量提高黄铜的自由机加工性能。随着锌含量下降，不含铅或其它添加剂，例如铋、硅和/或磷的黄铜较难机加工。

许多“不含铅”的黄铜，不论是受抑制的还是不受抑制的，均展现了用于区分抗腐蚀的铜锌合金与被认为不抗腐蚀的这些铜锌合金的紧邻200微米深度限制的抗腐蚀性。该边界抗腐蚀性限制了在某些应用中这些合金的有用性。

可使具有较高的锌含量（例如约15重量%-约35重量%）的铜锌合金展现合理地良好冷加工性能。当解决机加工和腐蚀课题时，该冷加工合金为压制连接管道部件的良好候选者。

表1提供了可商业获得的某些著名的不含铅的黄铜的列表。这些合金的大多数具有近40重量%的相对高的锌含量，以改善机加工。在某些合金中使用了砷和锡以改善抗腐蚀性。

表1

硫不是黄铜的传统元素。但是，最近提出来将硫基黄铜作为加铅黄铜的替代。据报道，一日本公司正在申请该合金的专利且此时正在进行性能测试。非常类似磷，将硫添加入该合金以细化晶粒组织且将破坏机加工屑。

发明概述

本发明的某些实施方案涉及黄铜部件，其在该部件的表面处具有富金属硫化物的阻挡物。

在本发明的某些实施方案中，通过使该部件的表面与含有不稳定硫的流体接触制备抗腐蚀的黄铜部件。在特别的实施方案中，该包含不稳定硫的流体为硫酸溶液。在某些其它实施方案中，该含有不稳定硫的流体为富硫气氛。

附图简介

图1为显示未经如本文中所描述的处理的黄铜(C46400)棒的表面显微组织的照片。

图2为未经如本文中所描述的处理的另一黄铜(C46400)棒的表面显微组织的照片。

图3显示了经如本文中所描述的处理的PEX C37700T形物（tee）和未经处理的比较。

图4a和4b为黄铜金属的经加硫处理的表面的近视图。

图5为显示了经处理的C46400、硫化物基的层的表面显微组织的照片。

图6显示了脱锌测试后加硫处理的黄铜与脱锌测试后未处理的黄铜的比较。