[发明专利]一种用于制备易切削黄铜的铋锑镁合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及易切削黄铜，特指一种用于制备易切削黄铜的铋锑镁合金，属于有色合金(C22C合金)制备技术。

背景技术

金属铋(Bi)的晶体结构属斜方晶系，外观呈银白色，有强烈的金属光泽。纯铋是柔软的金属，不纯时性脆，室温下，铋不与氧气或水反应，在空气中稳定，铋的导电和导热性都较差；含铋的主要矿石为辉铋矿(Bi₂S₅)和赭铋石(Bi₂O5)。铋在我国的储量居世界第一位，约占全球总储量的70％多。

由于铋无毒，且与铅的低熔点、高柔韧性等许多方面的性能相接近，而在工业上广泛用作铅的替代品；铋主要用于制造易熔合金，熔点范围是47～262℃，最常用的是铋同铅、锡、锑、铟等金属组成的合金，用于消防装置、自动喷水器、锅炉的安全塞，一旦发生火灾时，一些水管的活塞会“自动”熔化，喷出水来，在消防和电气工业上，用作自动灭火系统和电器保险丝、焊锡；铋合金具有凝固时不收缩的特性，用于铸造印刷铅字和高精度铸型；碳酸氧铋和硝酸氧铋用于治疗皮肤损伤和肠胃病；金属铋用于制备低熔合金，在消防和电气安全装置上有特殊的重要性；含铋易切削合金钢和铜合金，已成为现代制造业所迫切需要的一种原材料。

铅黄铜具有优异的切削性能和耐磨性能，被广泛应用于电子电器接插件、仪表零件、饮水系统的水管、水龙头、阀门、管接头以及汽车、消防和飞机等使用的液压阀门等领域；铅是一种有毒元素，近年来，随着人们环保意识的增强，各国政府相继出台了对含铅铜合金应用的限令，铅黄铜的应用将面临严格的限制，因而开发无铅易切削铜合金来替代铅黄铜已成为当今世界金属材料制造业的重大课题；近年来，国内外学者均致力于铋系、锡系、锑系、硅系及添加石墨等的无铅易切削铜合金的开发研究，目前，通过添加适量的Bi、Mg、Se、Si、Ti、Al和稀土元素Ce合金元素来替代铅黄铜中的铅，并取得了比较理想的实用效果。如：梅虎等通过向黄铜中加入微量的纯镁和纯钙，研究了无铅易切削镁钙黄铜的组织结构与性能。吴维冬等研究了热挤压锑镁黄铜的显微组织及性能，但是没有说明镁和锑的加入方式。中南大学肖来荣等人分别研究了锡对镁黄铜切削性能和腐蚀性能的影响以及铋对无铅易切削黄铜性能的影响。美国的贝尔实验室和日本的KITZ公司宣布已研制出含Bi和Se的铜合金，并已应用于水龙头、阀门等供水部件上；日本研究人员早在20世纪90年代就致力于无铅易切削黄铜的研究，开发出了不加任何其他微量元素的Bi黄铜；2004年日本新日东金属与住友轻金属研究开发中心共同开发出了无铅和低铅黄铜系列产品，采用铋和锡替代铅；肖寅昕通过研究含铅黄铜的易切削性能，从其机理出发，以硅代替铅制备易切削黄铜；Sb也可改善黄铜的切削性能，中南大学肖来荣等在黄铜中同时添加纯Bi和纯Sb来替代铅黄铜中的铅，并添加一定量的Ti和稀土元素Ce来改善合金性能，获得了较好的效果。申请人在前期研究工作中，以铋锑合金的形式向黄铜中添加铋和锑，制备了铋锑易切削黄铜，由于铋与锑形成固溶体，提高了铋和锑元素的收得率(一种用于制备铋锑易切削黄铜的铋锑合金及制备方法，201410231537.9)，但是合金的熔点过低，使其收得率收到一定的影响，因此有必要进一步提高合金元素的收得率。申请人注意到，在已经有的研究中，没有发现同时向黄铜中添加Bi、Sb和Mg元素以达到改善其切削加工性能的文献报道。

由于铋的熔点低(271.3℃)，给所述易切削黄铜的合金化处理造成了很大的困难，用金属铋(精铋)作为铜合金的合金化处理添加剂，将会造成很大的烧损和浪费；尽管已有铜铋合金，但是在制备铜铋合金时，由于铜的熔点很高，铋也会有很大的一次烧损；由于铋在铜铋合金中仍然是以单质形式存在，在将铜铋合金加入到黄铜合金液时，还会产生二次烧损。研究报道，在普通黄铜中加入Mg、Sb等合金元素，会形成脆而不硬的复杂金属间化合物颗粒。这些颗粒均匀分布于基体中，在切削过程中，这些化合物颗粒起到了类似铅黄铜中铅的断屑作用。镁锑黄铜具有与铸造铅黄铜(ZCuzn40Pb2)相当的切削性能，且有更好的力学性能。但是，由于Sb和Mg的熔点也较低，因此在对黄铜进行合金化处理时也存在烧损问题。而中国专利检索及其它文献检索结果表明：合金化处理可行，收得率高的用于易切削黄铜合金化处理的添加剂铋锑镁合金，尚未见有报道。

为此，提供一种合金化处理可行，收得率高的制备易切削黄铜用的铋锑镁合金化处理的添加剂，便成为飞跃发展的有色金属行业的一致要求。

发明内容

本发明旨在提供一种合金化处理可行，收得率高的铋锑镁合金，以期满足易切削铜合金制备的需求。