[发明专利]一种无铅铋黄铜及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铜合金，具体涉及一种无铅铋黄铜。 

背景技术

铅黄铜具有优异的机械性能和物理性能以及良好的铸造性能和切削性能，且价格低廉，因而广泛应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、饮用水系统等。 

然而铅及其化合物是17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废气品中的铅则渗入地下水系统，各种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类健康，影响环境。所以，以无铅、低害的物质代替铅，是减少铅污染的主要途径。即通过改善黄铜中的成分组成，适当加入其他少量无毒害的元素代替铅的功能，使其达到易切削的目的，既满足工业上的需要又保护了生态环境。 

一部分改善的黄铜用于饮用水系统中的阀门、水管、水龙头等等，因此对黄铜的要求格外严格，同时，研究表明铅黄铜和铋黄铜在无应力的条件下均没有表现出脱锌腐蚀，而在有应力的条件下均会发生脱锌腐蚀现象，最终导致断裂等后果。 

中国专利号201310562188.4公开了名称为“一种地钱挤制黄铜棒及其生产办法”，它通过铋元素代替了铅元素，改善了切削加工性能，但是还是脱锌腐蚀，还没有很好的解决，无法满足客户的要求。 

综上所述，如何提供一种切削性能好、耐蚀性高的无铅铋黄铜，是本领域技术人员急需解决的技术难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种无铅铋黄铜及其制作工艺，各成分配比适宜，解决了上述现有技术存在的缺陷。 

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种无铅铋黄铜及其制作工艺，包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为57.5-59.0wt％，铋为1.7-2.0wt％，稀土元素RE为0.05-0.09wt％，硒为0.04-0.07wt％，锰为1.0-2.0wt％，铝为0.3-0.8wt％，不可避免的杂质总量不大于0.05wt％，余量为锌。 

作为优选，本发明包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为58.0-58.5wt％，铋为1.8-1.9wt％，稀土元素RE为0.06-0.07wt％，硒为0.05-0.06wt％，锰为1.3-1.6wt％，铝为0.4-0.6wt％，不可避免的杂质总量不大于0.05wt％，余量为锌。 

作为优选，本发明包括按如下重量百分比组成的各组分：铜为58.3wt％，铋为1.85wt％，稀土元素RE为0.065wt％，硒为0.055wt％，锰为1.50wt％，铝为0.50wt％，不可避免的杂质总量不大于0.05wt％，余量为锌。 

作为优选，稀土元素RE中包括铈、镧、钕的一种或者几种混合而成。 

一种制备无铅铋黄铜的的方法，包括如下步骤： 

1)将组分量的电解铜放入熔炼炉内，升温加热至1030-1080℃； 

2)待加热至金属焙化形成铜液，搅拌，静置10～20min后，清除表层氧化物，再加组分量的锌锭，继续加热； 

3)将步骤2)所得的铜液倒入保温炉内，继续依次加组分量的铋、稀土元素RE、硒、锰、铝，边加热溶化边搅拌，静置10～20min后，清除表层氧化物，停止加热； 

4)取步骤3)所得的铜液，连铸成长锭，抛光成型。 

本发明中通过添加铋来代替铅在铜棒中的作用，铋元素以细小的颗粒均匀分布在合金基体时，基体中产生了微小的空间，从而割断了基体的连续性，成为应力集中源，产生所谓的“切口效应”，构成许多弱化微区。切削过程中，在刀刃的接触线上就有大量脆而不硬的铋粒存在，减小了切削层面积，所以使得刀具磨损减小，切削温度和切削力降低，使得铋黄铜具有较好的切削性能。 

同时，铋元素的存在形式，对铋黄铜的热加工性能影响很大。若铋元素以粒状形式存在，则热加工性能良好；若铋元素以块状形式存在，致使材料产生严重的热脆性，同时大大降低铋黄铜的热轧性能。 

另一方面，在腐蚀过程中，表面的锌首先通过阳极溶解产生双空位，然后由于浓度梯度的影响，双空位向合金内部扩散，而锌原子向表面扩散，从而产生锌的优先溶解。铋原子在黄铜中能填充到双空位处，对锌的扩散通道有阻隔作用，同时强化了黄铜的晶界，使晶界的腐蚀敏感性大大降低，从而使其脱锌得到抑制，耐蚀性得到提高。 

本发明中的稀土元素的加入可以大大细化晶粒，增大晶界面积，从而增加了锌的扩散阻力，提高了合金的耐脱锌腐蚀性能。