[发明专利]一种黄铜合金、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金材料，尤其涉及一种具有固溶体结构的黄铜合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

铅元素不固溶于铜，以弥散质点状分布在铜及铜合金基体上，并且铅质地很软，可显著地改善铜及铜合金的切削性能以及自润滑性能，因此在切削加工铜及铜合金中广泛应用。复杂黄铜具有优异的机械性能和耐磨性能，在工程机械、汽车发动机、涡轮增压器、变速箱等作为耐磨合金材料有广泛的应用，为了增加复杂黄铜合金的切削性能和耐磨性能，一般在复杂黄铜合金中会添加少量的铅元素。但是由于铅对人体存在致癌、致畸、致突变的危害，特别是婴幼儿童摄入铅元素会造成神经系统破坏及智力发育下降，因此铅元素被国际环保组织列入禁用物质之列，欧盟的ELV指令也明确规定用于汽车零部件的铜合金铅含量需小于0.1wt％，由于不添加铅元素严重降低铜合金的切削性能及应用性能，因此ELV指令对铅元素实施豁免，可最大添加不超过3wt％，但该豁免条款于2017年到期。因此如何在不添加铅元素的基础上保证合金的切削性能及耐磨性能成为合金材料热门研究课题。

目前在给排水领域，卫浴等行业的铜合金无铅化研究取得了很大的进展，但在耐磨铜合金领域无铅化研究还处于起步阶段，由于铅元素优异的自润滑性能，在工程机械、汽车发动机、涡轮增压器、变速箱等耐磨领域铅元素的添加可提高材料的耐磨性能，因此耐磨铜合金无铅化不仅需保证合金材料的切削性能，还需要保证去除铅元素后材料的耐磨性能。很多研究人员也提出了各自的改进方案，如中国专利申请(申请号CN201410375285.7)涉及铜合金齿环材料及其制备方法。该发明专利为了解决汽车变速箱同步器齿环材料含铅且成本高的问题，提供一种无毒、低成本且强度较高的铜合金齿环基体材料及其制备方法，该合金的组分如下：Cu：55-61wt％；Al：3.5-4.5wt％；Mn：1.2-2.0wt％；Si：0.7-1.3wt％；Fe：0.5-1.1wt％；Ni：3.6-4.5wt％；余量为Zn。根据该其说明书记载，通过特殊的生产工艺制备以上合金材料可获得无毒、低成本且强度和硬度较高的材料，强度达到750MPa，硬度将近100HRB，具有优异的机械性能，但该发明申请未体现无铅化情况下材料的切削性能改善问题。再如中国专利申请(申请号CN201210361578.0)涉及一种不含铅且具有良好机械性能、耐磨性能及切削性的复杂黄铜，该专利合金成分：Cu59-63wt％；Mn1.2-4.0wt％；Si0.2-2.8wt％；Al1.0-2.5wt％；Sn0.1-0.5wt％；余量为Zn。根据该专利申请说明书记载，通过γ相比例及Mn、Al、Si元素关系控制，可获得较好机械性能及切削性能的复杂黄铜合金，但该发明申请未能解决铅元素去除情况下由于自润滑性能降低而带来摩擦磨损性能降低的问题。

发明内容

本发明第一个目的在于不仅提供一种满足无铅化需求的黄铜合金，而且该黄铜合金还解决现有技术中存在的切削性能，耐磨性能不足的问题，并具有优异的强度、硬度和良好的塑性。

本发明的上述目的可通过以下技术方案来实现：一种黄铜合金包括Cu、Mn、Al、Si、Zn，黄铜合金的微观组织中包括有CuMn固溶体、AlCuZn固溶体、CuMnAl固溶体及MnSi金属间化合物。