[发明专利]无铅无铋无硅黄铜

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保黄铜合金，特别是有关于一种易切削抗脱锌的黄铜合金材料。

背景技术

一般作为加工用的黄铜，会添加锌金属的比例为38-42％。为了让黄铜更好加工，黄铜里面通常有2-3％的铅以增加强度与加工性。含铅黄铜具有优良成形性(容易制作各种形状产品)、切削性和耐磨耗性被广泛应用于各种形状的机械加工零件，在铜行业中占有较大的比例，是世界上公认的重要基础材料。但是，含铅黄铜在生产或使用过程中，容易发生铅以固态或气态的形式溶出，医学研究指出，铅对人体造血和神经系统特别是儿童的肾脏及其他器官的损害较大。世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危害，美国国家卫生基金会(National Sanitation Foundation，NSF)将铅元素容许量定为0.25％以下，欧盟的危害性物质限制指令(Restriction of Hazardous Substances Directive，RoHS)等都相继规定，限制和禁止含高铅黄铜的使用。

另外，当黄铜中的锌含量超过20wt％时，易发生脱锌(dezincification)之腐蚀现象，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之结构，使黄铜制品的表层强度降低，甚或导致黄铜管穿孔，大幅缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题。

因此，便有需要提供一种可替代含高铅黄铜，并可达到抗脱锌腐蚀，但仍须兼顾铸造性能、锻造性、切削性、耐腐蚀性与机械性质的合金配方，以解决前述的问题。

发明内容

由现有技术可知，硅在合金金相组织中会以γ相形式出现(有时为κ相)，此时硅可以在一定程度上取代铅在合金中的作用，提高合金的切削性。合金的切削性随着硅的含量增加而提高，但硅的熔点高，比重低，且易氧化，因此合金熔融过程中将硅单体加入炉内后，硅浮于合金表面，当合金熔融时硅会被氧化成氧化硅或其他氧化物，不易制得含硅的铜合金，而如果以Cu-Si合金的方式添加硅，经济成本较高。

而添加铋取代铅可成为合金组织中切削断点，来增加切削性，但是铋含量过高则锻造时容易产生热裂，不利于生产。

故本发明目的在于提供一种抗拉强度、延伸率、抗脱锌性佳和切削性等性能优异的黄铜合金，适合作为需要高强度、耐磨损性的切削加工品，以及锻造品和铸造制品等的构成材料使用。可安全地取代含有大量铅的合金铜，且完全符合人类社会发展对含铅产品限制的诉求。

为了达成上述目的而提案以下无铅无铋无硅黄铜合金。

一种无铅无铋无硅切削性佳的黄铜合金(以下简称发明物1)，包括：占黄铜合金总重量60-65wt％的铜、0.01-0.15wt％的锑及0.1-0.5wt％的镁，剩余部分为锌。

本发明物1在去除铅、硅和铋的情况下，控制铜的含量在60-65wt％，添加少量的锑和镁，使之与铜形成金属间的化合物，以增加合金的切削性，同时也助于合金的抗脱锌性。换言之，发明物1中添加锑和镁形成γ相改善了其切削性。该合金的金相组织主要包括α相，β相，γ相，及分布在晶界或晶粒内软而脆的金属间化合物，其中铜和锌构成黄铜合金的主要成分，添加了锑和镁除了改善合金的切削性外，同时也助于抗脱锌性。

当锑的含量低于0.01wt％，镁的含量低于0.1wt％时，形成的合金无法达到工业生产中所需要的基本切削性。且合金的切削性会随着锑和镁的含量的增加而增加，但是当合金中锑含量为0.15wt％，镁含量为0.5wt％的时候，合金的切削性的改善效果达到饱和。

一种无铅无铋无硅切削性佳的黄铜合金(以下简称发明物2)，包括：占黄铜合金总重量60-65wt％的铜，0.01-0.15wt％的锑、0.1-0.5wt％的镁，及占黄铜合金总重量0.05-0.3wt％的磷和/或0.05-0.5wt％锰，剩余部分为锌。