[发明专利]黄铜合金的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及黄铜合金。特别地，本发明涉及具有低铅含量的黄铜合金。

背景技术

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本说明书以及权利要求中使用的词语“包含”和词语“包含”的各种形式不是限制要求保护的发明而排除任何变体或添加。

黄铜是铜和锌的合金，其中铜与锌和其他元素的比例可以变化而产生一系列黄铜。黄铜还经常含有铅而改善机械加工性或用作润滑剂。当黄铜中加入铅时，在黄铜中几乎不溶的铅成为非常均一地分布于黄铜中的离散粒子。于是，当黄铜被机械加工以形成组件时，过量黄铜以片形式而非在未添加铅时的长线圈形式被去除。这允许机械加工更复杂的部件，同时更容易从模具和机械中去除过量材料且显著减少机械加工过程所需的功率。

世界范围的趋势是，限制与饮用水接触的材料的组成，以便严格限制许多内含元素浸析到水中。在许多国家，包括澳大利亚和美国，由于威胁人类健康和环境，被浸析的铅含量在试验条件下被测量。在美国加利福尼亚州，实际材料中的铅含量被 2010 年 1 月 1 日生效的法规限制为总组成的 0.25％。该法规包括当产品含有几个组件 ( 有一些组件不含铅 ) 时的平均条款。例如，大部分水龙头 ( 在一些国家称为水阀 ) 和诸如混合阀、水表和减压阀的产品包含由塑料或不含铅的金属制成的组件。

因此，全世界正在试图开发成本有效的黄铜合金，其不含铅或含有小于 0.25％浓度的铅，以符合加利福尼亚的新规定。

然而，从黄铜合金清除铅是困难的，因为铅的加入是保证材料具有可接受的机械加工性质的最成本有效的方法。因此，任何低铅合金依然需要具有可接受的机械加工性质。

实现低铅铜合金的一种尝试涉及用硅替代一些或全部的铅。声称具有工业上令人满意的性质的硅铜合金的一个实例含有 69 至 80％铜、1.8 至 4％硅、0.02 至 0.4％铅，剩余由锌组成(US 7056396)。该硅合金还含有少量的砷、锑、铝、磷、铋、碲和/或硒，取决于合金所需的最终性质。

实现低铅或基本无铅铜合金的另一种尝试涉及用铋替代一些或全部铅含量。铋具有类似于铅的几种性质，特别是也几乎不溶于铜锌合金。因此，铋以类似于铅的方式有助于机械加工性。基本不含铅的铜合金的一个实例含有 1.8 至 5％重量的铋 (US 5137658)。基本不含铅的锻造铜合金的另一个实例含有至少 60％铜、至少 0.5％铋以及磷、铟或锡的至少一种(US 5167726)。青铜是一种不同于黄铜的铜合金，但是也公开了用铋替代铅，铋的含量为 0.5 至 6％重量 (US6419766)。

然而，在所产生的这些含有铋的合金可能具有可接受的性质的同时，所产生的合金具有增加的成本，因为铋目前是非常昂贵的材料(明显昂贵于铅)。铋尚未广泛使用的另一个原因是纯铜中即使小浓度的铋致使铜变脆。此外，铋可能对人类和环境具有毒理学影响，因此，似乎优选减少该元素在与饮用水接触的合金中使用。

依然需要经济且满足减少铅的需要的低铅黄铜合金。

发明内容

已经发现，可以生产具有所需的下述五个必要性质并且生产成本比目前开发的其他低铅合金更低的低铅黄铜合金 ：良好的铸造性质、良好的热加工性质、良好的冷加工性质、良好的机械加工性质、良好的脱锌性质。具体说，已经发现，少量铅与铋、锡和脱锌剂( 例如砷、磷和锑 ) 组合使用能够产生具有全部五个上述必要性质的低铅黄铜合金。

根据本发明，提供了一种黄铜合金，其包含 ：

(a)0.5-1％重量的含量范围的铋，

(b) 以 0.15-0.25％重量的含量范围存在的铅，

(c) 以 0.25-1％重量的含量范围存在的锡，

(d) 以 0.05-0.4％重量的含量范围存在的脱锌剂，

(e) 以 60-63％重量的含量范围存在的铜，且

(f) 其余组成基本上为锌。

优选地，铋的含量为约 0.7％重量。

优选地，铅的含量为约 0.22％重量。

优选地，锡的含量为约 0.3％重量。

优选地，脱锌剂选自 ：

(a) 含量为 0.05-0.3％重量的砷、磷或锑，或

(b) 含量为 0.05-0.4％重量的硅、锗或锡。