[发明专利]抗脱锌黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗脱锌铜合金，尤其是，本发明涉及一种抗脱锌黄铜合金。

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，而脱锌腐蚀是黄铜合金的一种选择性腐蚀。当铜-锌合金在水溶液(如海水、淡水中应用时)，部分表面锌被浸蚀，优先溶解合金表面；而合金所含的铜仍残留在母材上，留下一团红色多孔洞的海绵状铜，这种现象即为脱锌腐蚀现象。

一般而言，当锌含量小于15重量％时，不易发生脱锌，但随着锌含量增加，则提高脱锌的敏感性；当锌大于30重量％后，脱锌腐蚀现象会更为明显。

已有文献报导，合金组成结构及环境因素会影响脱锌腐蚀现象，由合金组成来看，含锌量大于20％的单相α黄铜脱锌后留下多孔的铜，而α+β双相黄铜的脱锌腐蚀首先自β相开始，当β相完全转变为疏松的铜后，再扩展到α相；含锌量更高的ε相或γ相黄铜，由于脱锌会发生ε→γ→β→α相转变，转变程度依据脱锌时间、介质和外加电位等外部条件的变化而改变(参见王吉会等人，1999年，材料研究学报，第13期，第1-8页)。

由于黄铜脱锌现象会严重破坏黄铜合金的结构，使黄铜制品的表层机械强度降低，甚至导致黄铜管穿孔，往往使材料过早破坏，大幅缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题，因此，对于黄铜制品的抗脱锌能力，国际间普遍接受如AS 2345、ISO 6509等所定标准，即黄铜产品表面脱锌层的深度不得超过100μm。

针对抗脱锌黄铜合金的配方，除了铜及锌的必要成分外，目前已有US4,417,929披露包含铁、铝及硅等成分；US 5,507,885及US 6,395,110披露包含磷、锡及镍等成分；US 5,653,827披露包含铁、镍及铋等成分；US6,974,509披露包含锡、铋、铁、镍及磷成分；US 6,787,101披露同时包含磷、锡、镍、铁、铝、硅及砷；以及US 6,599,378及US 5,637,160等专利披露以硒及磷等成分添加至黄铜合金以达到抗脱锌效果；或参见王吉会等人，1999年，材料研究学报，第13期，第1-8页，披露以硼及砷等添加至黄铜合金以达到抗脱锌效果。

然而，公知抗脱锌黄铜含铅量通常较高(多为1-3重量％)，以利于黄铜材料的加工特性，但随着环保意识抬头，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使用对象的含铅率，涵盖用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，特别要求不可从该产品溶出铅至饮用水，且在加工制程中必须避免铅污染。因此，业界仍然持续开发黄铜材料，寻找可替代含铅抗脱锌黄铜，但仍兼顾铸造和机械加工性能及抗脱锌腐蚀性的合金配方。

为满足降低环境、人体健康损坏及提高设备使用寿命需求，本发明研究以硅、锑元素代替铅元素制成易切削黄铜材料，并加入砷元素改善黄铜合金的抗脱锌腐蚀性能。

发明内容

为达上述及其它目的，本发明提供一种抗脱锌黄铜合金，包含：0.5至1.2重量％的硅(Si)、0.01至0.2重量％的锑(Sb)、0.02至0.25重量％的砷(As)、0.4至0.8重量％的铝(Al)、以及95.8重量％以上的铜(Cu)与锌(Zn)。

本发明的抗脱锌黄铜中，由于将硅、铝元素加入黄铜合金，使合金具固溶强化的效果。而且，所添加元素的锌当量也涉及合金影响黄铜机械强度及延伸率，而硅的锌当量系数约为10至12，铝的锌当量系数约为4至6，透过加入元素的锌当量系数来推算，添加含量0.5至1.2重量％的硅，及含量0.4至0.8％的铝；控制锌当量在45％以下，可令合金抗拉强度达约320MPa，延伸率约10.8％，硬度约HRB76，具有优良的机械强度及延伸率。

由于添加硅元素而使金属互化物析出，具备阻断切屑的作用，通过改善合金的切削性，切削性及合金熔汤的流动性随硅的含量增加而提高，合金流动性的增加有助减少铸件的疏松缺陷；但添加量大于1.2重量％，使锌当量大于45％，造成合金脆化，机械强度及延伸率大幅降低；测试锌当量为48％的黄铜合金，抗拉强度约55MPa，延伸率约2％，硬度约HRC 30，使得合金加工成型性不佳。此外，该硅含量以0.5至0.8重量％为佳。