[发明专利]低铅含铋黄铜

说明书

本发明涉及主要用于输水管道装置相关应用中的低铅黄铜。更为具体地说，它涉及这些黄铜中某种晶粒细化剂的微量使用。

自古以来，元素铜已经成为一种重要金属。我们所认识到的铜的合乎需要的性能包括可铸性，可加工性，抗腐蚀性，以及新近得知的热传导性和导电性。元素铜主要的一个缺点涉及可切削性。由于铜的某种粘性，在切削中会因摩擦而产生高温，进而使铜粘附刀具和增大能量消耗。

过去，在铜(和铜合金)中加入铅可降低这种可切削性问题且使之具有其他期望的性能。然而，最近管理者已经关注到涉及铅的问题。根据这种关注，铅已经从汽油供应中逐步取消。现在有一种管理行动朝着向要求从应用于水管道的铜中减少和/或去除铅的方向发展。

众所周知铋可提高含铜合金的可切削性。参见美国专利5,167,726；5,137,685；和4,879,094。这里提及的这些专利和所有参考的其他刊物引入本文作为参考。上述专利使我们认识到当使用铋时必须同时使用高含量的某些元素如磷、铟、锡，以补偿铋的某种负作用。

在世界上大多数地区，“黄铜”取决于满足铸造管道产品的要求和必要性能。典型黄铜含有55～70％Cu和30～45％Zn。通常Al低于1.5％而Fe有时低于0.5％，有时黄铜中还含有Ni。有时微量S，Mn,Mg,P,As,Se,Te,Sb,Si,Sn及其他元素也存在于黄铜中(例如在某些情况下使用再生金属作原料时)。管道应用中需要的黄铜应具有抗腐蚀性，良好的抛光性能，可切削性强度和压力密封性。该黄铜还应呈现出良好的可铸性(在浇铸、处理和修整过程中不开裂)。

遗憾的是，本领域尚不能发展一种无铅含铋黄铜，以适用于通常暴露于水中的管道应用。这种情况部分归因于含铋黄铜的失锌倾向(在水中失去黄铜中的锌)，结果产生腐蚀问题。这样就出现了对应用于管道系统的一种改良低铅含铋黄铜的需求。

人们已经发现使用某种微量晶粒细化剂可导致低铅含铋黄铜合金在微观和宏观上均达到最佳性能。在这一点上，基体金属的表面张力对于铋相的形状及分布来说是一个主要的贡献者。铋相的形状及分布随晶粒细化剂浓度变化经历一个从不合理的形状到较为合乎要求的形状，然后再回到不合理的形状。当晶粒细化添加剂增加到超过最佳范围时，由于基体金属表面张力的减少，铋夹杂物继续保持圆形。然而，随着更多的晶粒细化剂的加入铋的分布开始恶化并具有反作用。

一方面，本发明提供了一种黄铜合金，包括55％～70％Cu；30％～45％Zn；0.2％～1.5％Bi；0.2％～1.5％Al；0％～1％Pb，和至少两种选自B,In,Ag,Ti,Co,Zr,Nb,Ta,Mo,Ga,Tl，和V的晶粒细化剂。两种晶粒细化剂中至少一种选自B,Ti,Co,Zr,Nb,Ta,Mo,Ga,Tl和V，且其含量为合金的0.0001％～0.003％。当Ag或In为两种晶粒细化剂中的一种时，其含量少于合金的0.25％。

优选地，该合金还应含有0.1％～2.0％Ni,0.05％～0.5％Fe,0.75％～1.1％Bi,0.2％～0.9％Al和0.003％～0.05％Ag。在一种特别优选的方式中，Ag和B为合金中的晶粒细化剂。

另一方面，本发明提供了一种黄铜合金，含有55％～70％Cu；30％～45％Zn；0.2～1.5％Bi；0.2％～1.5％Al；0％～1％Pb；0％～2％Ni；0.05％～0.5％Fe和至少两种选自B,In,Ag,Ti,Co,Zr,Nb,Ta,Mo,Ga,Tl和V的晶粒细化剂，其中两种晶粒细化剂中至少一种选自B,Ti,Co,Zr,Nb,Ta,Mo,Ga,Tl和V且其含量占合金的0.0001％～0.01％。如果Ag或In被选为其中一种晶粒细化剂，其含量应小于0.25％。

再者，本发明提供了一种黄铜合金，包括55％～70％Cu；30～45％Zn；0.2％～3.0％Bi；0.2％～1.5％Al；0％～1％Pb；小于2％Ni；0.05％～1％Fe；和0.005％～0.3％Ag(另一种选择0.005％～0.3％In)。如果需要，和该合金中还可存在一种或多种其它晶粒细化剂。

当要求合金既要具有良好的可抛光性能，又要具有优越的抗失锌作用时，除Ag和In以外的晶粒细化剂总数至少为0.0001％(优选0.001％～0.003％)且总计不超过0.004％。Ag(或者铟)优选为0.005％～0.03％(0.013％更好)。

如果要求具有良好的抛光性能，但是不一定具有优越的抗失锌作用(例如用于浴室毛巾架上的装饰盾形金属片)，可使用较少量的晶粒细化剂。