[发明专利]一种无铅易切削硅镁钙黄铜合金及其制备方法

说明书

一种无铅易切削硅镁钙黄铜合金及其制备方法。所述黄铜合金的显微组织包括α相、β相及沿晶界、相界及晶粒内弥散分布的脆而不硬的第二相颗粒；所述黄铜合金包括Cu、Si、P、Mg、Ca、选择添加元素和Zn；所述添加元素为Al、Sn、B、Ti和Re中的一种以上。本发明将原材料在高温下熔炼，待成分均匀后，打渣，浇注，冷却至室温后脱模，得到所述的无铅易切削硅镁钙黄铜合金。将熔铸得到的硅镁钙黄铜合金在700℃下进行热挤压，并对挤压后的棒材进行200℃时效处理2h。本发明的硅镁钙黄铜合金切削性能、脱锌耐腐蚀性能优异，具有优异的力学性能，生产成本低廉，可以替代铅黄铜，在水暖卫浴等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种无铅黄铜，特别是涉及一种应用于水暖卫浴、电器电子等领域，且具有优秀的切削性能、耐腐蚀性能、力学性能的新型环保无铅易切削硅镁钙黄铜合金。

背景技术

铅黄铜由于具有优良的切削性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，并且价格便宜，被广泛应用于机械工程中的各种连接器件、轴承以及钟表、卫浴等行业，但是铅黄铜在使用过程中容易析出铅，进入环境并且很难去除，进而不断富集，对人体和环境均造成一定程度的损伤和破坏。世界各国政府相继出台了相关的法律法规，严格限制含铅黄铜的应用范围。例如，美国NSF标准、日本JIS标准以及欧盟的相关标准和法令规定，水道制品的铅溶出标准为≤0.01mg/L；欧盟RoHS指令规定，电子产品中铅的最大质量分数不能超过0.1wt％；我国发布的《电子信息产品污染控制管理办法》要求在电子产品中控制和限制使用的有毒有害物质或元素中就包含铅。

近年来，科研工作者一直致力于寻找其他元素来替代铅在黄铜的作用，并取得了一定的成果。目前，国内外对于无铅黄铜的研究主要有以下几个方面：以铋代铅、以石墨代铅、以硅代铅、以镁代铅、以锑代铅、以磷、钙代铅，或者在黄铜合金中加入一些微量元素来改变合金的组织与性能，如铝、锡、铁、钛、锰等。铋与铅在元素周期表上的位置相邻，二者在物理和化学性质方面存在很多相似的地方。在合金凝固后期，铋和铜形成低熔点共晶，以液态形状存在于铜晶粒的晶界上，铋将不同于铅的球状而以单一原子层的网状或膜状在铜合金晶界上偏析，这会使黄铜合金产生热脆和冷脆，使铜由塑性较好的金属发生脆性断裂。美国已经开发出8种无铅的易切削铋黄铜，日本也申请了多项铋铜合金专利，并开发出NB系列。以石墨代铅的黄铜开发，石墨具有质软、无毒的特性，强度和硬度很低，滑润效果好，且价格低廉，是一种常用的固体润滑剂，在车削时能够减少刀头的磨损，易于断削且工件表面质量好。但是石墨的润湿性不好，熔点高并且密度较低，在铸造时容易在金属液体中上浮，需要采用离心、搅拌等先进的铸造技术，这使得生产工艺变得复杂，增加生产成本。以硅代铅的黄铜合金，其切削性能只达到铅黄铜的70％～80％，还有待于进一步提高。此外，硅黄铜在切削过程显示出对刀具磨损严重的特点，且其价格比黄铜要高，不利于控制生产成本。以镁、锑、磷等元素代替铅的研究，其黄铜合金也显示出部分局限性，不能很好地代替铅黄铜的使用，还需要进一步深入研究。因此，若能选择合适的合金元素来替代铅，同时这些合金元素价格低廉资源丰富，且对人体和环境无害，将会产生重大经济效益和社会效益。

发明内容

本发明旨在解决上述目前无铅黄铜存在的不足之处，提供多种元素的复合作用，优化成分配比，提供一种不含铅并且具有优异的切削性能、耐腐蚀性能、铸造性能及优良的机械性能，特别适用于水暖卫浴水龙头及电器电子接插件的无铅易切削硅镁钙黄铜合金。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现。

一种无铅易切削硅镁钙黄铜合金，所述黄铜合金的显微组织包括α相、β相及沿晶界、相界及晶粒内弥散分布的脆而不硬的第二相颗粒；所述黄铜合金包括Cu、Si、P、Mg、Ca、选择添加元素和Zn；所述黄铜合金的组分按重量百分比含量分别为：Cu 58.0～61.0wt％，Si 0.30～1.0wt％，P 0.40～0.60wt％，Mg 0.30～0.75wt％，Ca 0.10～0.25wt％，选择添加元素为0.002～0.60wt％，余量为Zn；所述添加元素为Al、Sn、B、Ti和Re中的一种以上。