[发明专利]由耐腐蚀且可机械加工的铜合金制成的成型零件

说明书

本发明涉及铜合金，其用途和制造模制件的方法，以及由其制成的模制件。

本发明涉及铜合金，其用途和用于生产模制件的工艺，以及由其制成的模制件。

行业现状

水是一种有价值的原料，并且在日常使用中是不可或缺的。因此，当从供应系统中取出饮用水时，它必须是微生物学的，以使得随后的消耗不会导致任何人类疾病。为了实现这一点，对与饮用水直接接触的材料提出了很高的要求。铜是最高贵的商品材料，并且在用于含水(water-bearing，承水)系统的工业和技术中被认为是不可或缺的材料。铜具有抑菌特性，并且还具有优异的耐腐蚀性。铜在成型中也显示出积极的特性。铜铸造合金易于铸造，并且材料的高强度和韧性也使其特别适合于塑性机械成形。

然而，正是这种塑性变形性造成了机械加工期间的问题。这里，均质铜材料倾向于形成长碎屑。这种类型的碎屑抑制全自动车削或钻削期间的工序，并导致工具切削刃严重磨损。铜的碎屑形成通常是机械加工中的限制因素，并且因此直接影响工件的经济效率。

炮铜(gunmetal，青铜、锡锌青铜)属于铜铸造合金族，并且由良好的可铸造性与最佳机械加工性和高强度的组合来表征。由于其良好的耐腐蚀性，炮铜特别适合于含水系统诸如配件以及卫生技术。普通的炮铜合金含有锡，以提高强度和耐腐蚀性。添加锌作为铜的成本有效的替代品。为了能够经济地加工炮铜制成的产品，添加了重金属铅，它在合金中起到断屑物(chip breaker，断屑器、碎裂器、分屑沟)的作用，并且使得在CNC机床和传统的自动车床上进行机械加工成为可能。

如果饮用水在市售含铅配件中滞留较长时间，则铅可能通过金属离子迁移释放到自来水中。较高的铅浓度被认为对健康有害。因此，在全世界对与饮用水接触的材料的铅含量提出了更严格的要求。在德国，自2013年12月1日起，通过法定饮用水条例，铅含量已经降低至10μg铅/l。进一步降低饮用水中铅含量的压力已经在全球范围增加并将继续增长。例如，美国的法律要求，无论饮用水中铅的实际浓度如何，铜合金中的铅含量不得超过0.25％的平均铅含量。

理想的炮铜不含铅和其他可疑物质，具有相同或更好的生产效率，并且不损害耐腐蚀性、高机械强度和良好的可加工性。

EP 2290114A1描述了一种无铅炮铜合金，含有4至6wt％的锡，4至6wt％的锌和小于0.25wt％的铅。利用这种合金，可以通过铸造工艺生产无铅部件。然而，未考虑到随后的用于产生这些部件的功能表面的机械加工。在没有铅的情况下，指定的组合物显示出均质的α-MK微观结构，其倾向于形成长碎屑并且不能经济地加工。与替代的成形工艺相比，预先设定的铸造工艺还需要更高的材料投入来生产模制零件。US 2012/0082588A1、EP2241643A1、EP 3225707A1和US 9,181,606B2揭示了铜合金。

EP 2872660B1描述了一种用于无铅炮铜合金的成形工艺。描述了一种用于对含有按重量计2至8％锡、按重量计2.5至13％锌和按重量计低于0.25％铅的炮铜合金进行预处理的工艺，该炮铜合金适合于热压并在热压工艺结束时表现出均质的结构。热成形能够在低材料投入下经济地生产成型零件。尽管解释了直到坯料成形的工艺顺序，但是没有考虑用于部件的功能表面精细化所必需的随后机械加工工艺。由于化学成分和随后的热成形，产生了均质的微观结构，并且在此也可以预期缺乏断屑物会引起机械加工期间长碎屑的形成，这使得部件的经济的机械加工更加困难。

EP 1801250A1描述了由含有相对高含量的Si以及较低但显著比例的Mn、Al和Zr的铜合金制成的低迁移组合物。在WO 2007/068470中也公开了类似的铜合金。

尽管现有技术中已知许多铜合金，但是指定下述炮铜铜合金仍然是一个挑战，该炮铜铜合金一方面在不使用铅(Pb)的情况下进行利用，这从环境和健康的观点来看是有问题的，并且，另一方面，在不损害机械性能和耐腐蚀性的情况下，能够进行成形工艺。已经证明提供显示出良好的热成形性(即没有任何机械性能的显著下降)并且也优选易于加工的铜合金特别具有挑战性。

本发明的任务