[发明专利]无铅黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄铜合金，特别是关于一种铅含量低于0.25重量％的无铅黄铜合金。

背景技术

黄铜的主要成份为铜与锌，两者的比例通常为约7∶3或6∶4，此外通常包含少量杂质。为了改善黄铜性质，公知的黄铜中常含有1至3重量％的铅，以达到产业所需的机械特性，并因此成为工业上重要材料，广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。

然而，随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响及对环境污染的问题逐渐受到重视，因此，限制含铅合金的使用已为目前的趋势。日本、美国等国陆续修订相关法规，极力推动降低环境中的含铅量，涵盖用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，特别要求铅不可从该产品中溶出至饮用水，且在加工制程中必须避免铅污染。

另一方面，当黄铜中的锌含量超过20重量％时易发生脱锌(dezincification)的腐蚀现象，特别是当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的结构，使黄铜制品的表层强度降低，甚至导致黄铜管穿孔，大幅缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题。

为了克服上述高含铅量及脱锌等问题，业界持续开发新的铜合金配方，除了铜及锌的必要成分外，例如台湾专利TW 421674、美国专利US7,354,489、US 2007-0062615、US 2006-0078458、US 2004-023441、及US2002-069942等教导添加硅(Si)及其它元素的无铅铜合金配方，但上述合金仍存有切削性不佳的缺点。中国专利CN 10144045揭示以铝、硅、磷为主要合金元素的无铅铜合金配方，该合金虽然可用于铸造，但存有切削性差的缺点，且加工效率远低于含铅黄铜，不适于大批量产。中国专利CN101285138和CN 101285137也揭示添加磷的无铅铜合金配方，但该种合金用于铸造则容易产生裂纹、夹渣等缺陷。

另一方面，美国专利US 7,297,215、US 6,974,509、US 6,955,378、US6,149,739、US 5,942,056、US 5,653,827、US 5,487,867、US 5,330,712、US2006-0005901、US 2004-0094243、US 5,637,160、US 2007-0039667等揭示添加铋(Bi)的黄铜合金，上述合金配方中的铋含量约介于0.5重量％至7重量％的范围，然而合金中含有高量的铋容易使铸件表面产生裂纹、夹渣等缺陷，且成本过高，不利于商业化。中国专利CN 101403056揭露包含铋及锰的无铅黄铜合金，但是该种合金仍存有铋含量过高的缺点，然而若降低铋含量，增加锰含量，则会增加硬度，不易断屑，且切削性差。此外，上述黄铜合金配方仍存在有铸造性能差、材料脆化等缺点。中国专利CN101440445揭露包含铋及锌的无铅易切削铝黄铜合金，该合金中含有相当比例的锡成分，虽能改善无铅黄铜的切削性，但仍存有硬度大、不利加工的缺点。

因此，仍需要一种可替代含铅黄铜，具有较好抗腐蚀性，且兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性、与机械性质的合金配方。

发明内容

为达到上述及其它目的，本发明提供一种无铅黄铜合金，包含：0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.4重量％的铋；0.05至1.5重量％的铁；以及96重量％以上的铜与锌；其中，该无铅黄铜合金的铜含量为58至75重量％。本发明的无铅黄铜合金符合铅含量低于0.25重量％的无铅合金环保法规标准，通过在该无铅合金中添加铁成分以及减少合金中的铋含量，不但能够降低生产成本，还可以减少铸件裂纹、夹渣等缺点，同时兼具有优异的铸造生产性、机械强度、加工性、与耐腐蚀性，能有效提高产品的产率与合格率。

本发明还提供一种无铅黄铜合金，包含：0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.4重量％的铋；0.05至1.5重量％的铁；0.05至0.3重量％的锰；以及96重量％以上的铜与锌；其中，该无铅黄铜合金的铜含量为58至75重量％。该无铅黄铜合金符合铅含量低于0.25重量％的无铅合金环保法规标准，通过在该无铅合金中添加铁与锰成分以及减少合金中的铋含量，不但能够降低生产成本，减少铸件裂纹、夹渣等缺点，且能提高黄铜材料的机械性能及对海水的耐腐蚀性，可使材料具有坚硬特性，同时兼具有一定程度的韧性，更兼具有优异的铸造生产性、机械强度、加工性、与耐腐蚀性，能有效提高产品的产率与合格率。