一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金

摘要

本发明公开了一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，由以下各组分组成：62～64％铜(Cu)，0.1～0.25％铅(Pb)，0.4～0.7％铝(Al)，0.05～0.09％砷(As)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.3wt％的杂质。该合金于450～600℃下保温3～5小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温。本发明的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金具有优异的抗脱锌腐蚀性能，又有良好的机械性能，且金属污染物析出少，适用于饮用水系统零部件。

权利要求

1.一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：

该合金由以下质量百分比的各组分组成：62～64％铜(Cu)，0.1～0.25％铅(Pb)，0.4～

0.7％铝(Al)，0.05～0.09％砷(As)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.3wt％的杂质；

该合金通过以下步骤制造：

(1)向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃；

(2)待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，搅拌使成分均匀，于1000～1050℃静置保温10～20分钟，出炉浇注形成合金；

(3)合金于520～600℃下保温3～5小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：该合金由以下质量百分比的各组分组成：62.1％铜(Cu)，0.117％铅(Pb)，0.409％铝(Al)，0.055％砷(As)，37.02％锌(Zn)，余量为杂质。

3.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：该合金由以下质量百分比的各组分组成：62.9％铜(Cu)，0.134％铅(Pb)，0.516％铝(Al)，0.062％砷(As)，36.18％锌(Zn)，余量为杂质。

4.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：该合金由以下质量百分比的各组分组成：63.5％铜(Cu)，0.159％铅(Pb)，0.527％铝(Al)，0.0612％砷(As)，35.61％锌(Zn)，余量为杂质。

5.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：该合金由以下质量百分比的各组分组成：63.9％铜(Cu)，0.246％铅(Pb)，0.432％铝(Al)，0.0669％砷(As)，35.23％锌(Zn)，余量为杂质。

6.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：步骤(2)中还包括添加精炼剂使杂质浮起，并滤去浮渣和杂质的过程。

7.根据权利要求1所述的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，其特征在于：步骤(3)中，所述保温时间是4小时，所述冷却是空冷或风冷。

说明书

一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金

技术领域

[0001] 本发明涉及黄铜合金，特别涉及一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金。

背景技术

[0002] 黄铜材料中的铜-锌合金在水溶液易发生脱锌腐蚀现象。目前，普遍使用的铅黄铜HPb59-1抗脱锌腐蚀性能较差，其检测的脱锌腐蚀平均深度达300～600微米，远超过国际普遍认可的抗脱锌腐蚀黄铜平均脱锌深度不超过100微米的标准要求，在应用于饮用水系统零部件等多水环境中时受到了极大的限制。

[0003] 目前关于改善黄铜材料的抗脱锌腐蚀性的方案有很多。专利CN 102345025B(45)是通过当前国内DR铜制备方法不完善的缺陷进行进一步的研究，虽满足优良的抗脱锌性能，但其成分中铅1.2～1.5％等金属污染物含量高，重金属析出无法达到AS/NZS 4020:2005和GB18145-2014等毒性测试的要求。另参见专利CN 101988164A低铅的抗脱锌铜合金，虽然满足抗脱锌性能，但需要加入0.02～0.15％的锑(Sb)来提高金属切削性能，锑(Sb)是有毒的重金属之一，对健康环保有一定的危害，无法达到AS 4020:2005要求Sb:≤3μg/L以及更加严格的GB18145-2014要求Sb:≤0.6μg/L等毒性测试的要求。有鉴于此，开发新的黄铜合金，在改善抗脱锌腐蚀性能的同时满足低金属有害物质析出并保有良好的加工性能成为行业发展的必然趋势。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的上述不足，提供一种具有优异的抗脱锌腐蚀性能，又有良好的加工性能，且环保型的黄铜合金。

[0005] 本发明的适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金由以下各组分组成：62～64％铜(Cu)，0.1～0.25％铅(Pb)，0.4～0.7％铝(Al)，0.05～0.09％砷(As)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.3wt％的杂质。

[0006] 上述合金通过以下步骤制造：

[0007] (1)向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃；

[0008] (2)待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，搅拌使成分均匀，于1000～1050℃静置保温10～20分钟，出炉浇注形成合金；

[0009] (3)合金于450～600℃下保温3～5小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温。

[0010] 作为一种优选，该合金由以下各组分组成：62.1％铜(Cu)，0.117％铅(Pb)，0.409％铝(Al)，0.055％砷(As)，37.02％锌(Zn)，余量为杂质。

[0011] 作为一种优选，该合金由以下各组分组成：62.9％铜(Cu)，0.134％铅(Pb)，0.516％铝(Al)，0.062％砷(As)，36.18％锌(Zn)，余量为杂质。

[0012] 作为一种优选，该合金由以下各组分组成：63.5％铜(Cu)，0.159％铅(Pb)，0.527％铝(Al)，0.0612％砷(As)，35.61％锌(Zn)，余量为杂质。

[0013] 作为一种优选，该合金由以下各组分组成：63.9％铜(Cu)，0.246％铅(Pb)，0.432％铝(Al)，0.0669％砷(As)，35.23％锌(Zn)，余量为杂质。

[0014] 作为一种优选，步骤(2)中还包括添加精炼剂使杂质浮起，并滤去浮渣和杂质的过程。

[0015] 作为一种优选，步骤(3)中，所述保温时间是4小时，所述冷却是空冷或风冷。

[0016] 本发明的黄铜合金的组份中，铜(Au)重量百分比控制在62-64％，超出此范围则铸造性能明显降低，低于此范围则黄铜组织中α相体积分数较少，β相相对较多，对抗脱锌腐蚀性能不利。

[0017] 铝(Al)的加入主要是为了保证铸造性能，当铝(Al)的重量百分比超过0.7％，黄铜组织中β相体积分数增加，降低黄铜材料的抗脱锌腐蚀性能和延伸率；当铝(Al)的重量百分比低于0.4％时，则黄铜铸造流动性不足。

[0018] 砷(As)要是为了提高耐脱锌腐蚀性能，但只对α黄铜或α相体积分数占80％以上的黄铜有效。本发明将砷(As)的重量百分比控制在0.05～0.09％，当砷(As)的重量百分比低于0.05％，则黄铜抗脱锌腐蚀效果不明显，当砷(As)的重量百分比超过0.1％，则对合金污染物含量高，在进行AS/NZS 4020:2005测试时，As:＞7μg/L毒性测试不合格。

[0019] 铅(Pb)的加入是为了保证黄铜及制品的切削加工性能。铅(Pb)的重量百分比低于0.1％，切削性能不足；若铅(Pb)的重量百分比超过0.25％时，在进行AS/NZS 4020:2005测试时，Pb:＞10μg/L毒性测试不合格。

[0020] 必要相变的固熔处理保证了黄铜抗脱锌腐蚀性能的稳定性，热处理温度为450℃～600℃，冷却速度为3～8℃/s。温度超过600℃或低于450℃，冷却速度低于3℃/s，黄铜中α相体积分数较低，平均脱锌深度会超过100微米；冷却速度高于8℃/s，铸件产品中内应力过大易导致开裂。

[0021] 本发明通过各组份的配比及固溶热处理，制得的合金有优异的抗脱锌性能，平均脱锌深度小于100微米，满足《铜合金的抗脱锌性》AS2345-2006标准要求。铅等有害金属的含量极低，可以摒弃传统洗铅工艺，该黄铜及其制品直接就可达到澳洲、北美、国内市场上(AS/NZS 4020:2005、NSF/ANSI372—2011、GB18145-2014)水嘴金属污染物的各项毒性测试要求。同时，本发明的黄铜合金保有良好的机械性能，平均抗拉强度388.8Mpa，延伸率27％，硬度116.7HV，接近普通铅黄铜的性能水平，其成分主要含铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)等原材料来源广泛、极易获得、价格便宜，适用于低压铸造或重力铸造生产水龙头、阀门等饮用水系统零部件的实际推广应用。

具体实施方式

[0022] 以下实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金不局限于实施例。

[0023] 实施例1

[0024] 本实施例的黄铜合金由以下各组分组成：62.1％铜(Cu)，0.117％铅(Pb)，0.409％铝(Al)，0.055％砷(As)，37.02％锌(Zn)，余量为杂质。其中杂质是铁(Fe)、锡(Sn)、镍(Ni)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等不可控元素。

[0025] 向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃，待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加上述重量比例的锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，添加适量的精炼剂，搅拌使成分均匀，于1000℃静置保温20分钟，出炉浇注形成合金。合金在450℃下保温4小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温，制得本实施例的黄铜合金。另取出炉浇筑后未经相变固溶处理的合金作为对比实施例。

[0026] 脱锌腐蚀试验根据国标GB/T 10119-2008《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》执行，测得实施例1黄铜合金的平均脱锌深度是76.89μm，符合标准；对比实施例的平均脱锌深度是119.16μm，超过标准的100μm。这说明进行变相固溶处理可以显著提高其抗脱锌腐蚀的能力。当黄铜合金进行450℃退火时，长时间的保温可促使β相向α相转变，而在加砷(As)黄铜中，As与Cu2+反应生成Cu1+和As3+,抑制了Cu2Cl2形成Cu2+.在两相黄铜中α相电位在Cu2+/Cu和Cu1+/Cu之间，As能抑制Cu2+形成,从而抑制α相脱锌腐蚀。

[0027] 对实施例1黄铜合金的机械性能进行检测，其平均抗拉强度是387Mpa，延伸率是27％，硬度为116.5HV，接近市售铅黄铜的机械性能，适用于实际铸造及加工应用。依据AS/NZS4020:2005及国标GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》进行毒性的测试判定，金属污染物析出结果合格。

[0028] 实施例2

[0029] 本实施例的黄铜合金由以下各组分组成：62.9％铜(Cu)，0.134％铅(Pb)，0.516％铝(Al)，0.0632％砷(As)，36.18％锌(Zn)，余量为杂质。其中杂质是铁(Fe)、锡(Sn)、镍(Ni)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等不可控元素。

[0030] 向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃，待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加上述重量比例的锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，添加适量的精炼剂，搅拌使成分均匀，于1000℃静置保温20分钟，出炉浇注形成合金。合金在600℃下保温4小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温，制得本实施例的黄铜合金。另取出炉浇筑后的合金在600℃下保温4小时进行相变固溶处理，后以1～2℃/s的速度冷却至室温作为对比实施例。

[0031] 脱锌腐蚀试验根据国标GB/T 10119-2008《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》执行，测得实施例2黄铜合金的平均脱锌深度是18.48μm，符合标准；对比实施例的平均脱锌深度是246.25μm，超过标准的100μm。这说明适宜的冷却速度可以显著提高其抗脱锌腐蚀的能力。
当冷却速度较慢时，将发生α相向β相转变，生成的β相依附于原有相界面处成核，从而使β相出现偏聚长大的现象，网状的β相成为腐蚀通道，导致脱锌程度加深。

[0032] 对实施例2黄铜合金的机械性能进行检测，其平均抗拉强度是399Mpa，延伸率是28％，硬度为119.1HV，接近市售铅黄铜的机械性能，适用于实际铸造及加工应用。依据AS/NZS4020:2005及国标GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》进行毒性的测试判定，金属污染物析出结果合格。

[0033] 实施例3

[0034] 本实施例的黄铜合金由以下各组分组成：63.5％铜(Cu)，0.159％铅(Pb)，0.527％铝(Al)，0.0612％砷(As)，35.61％锌(Zn)，余量为杂质。其中杂质是铁(Fe)、锡(Sn)、镍(Ni)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等不可控元素。

[0035] 向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃，待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加上述重量比例的锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，添加适量的精炼剂，搅拌使成分均匀，于1050℃静置保温10分钟，出炉浇注形成合金。合金在520℃下保温4小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温，制得本实施例的黄铜合金。

[0036] 脱锌腐蚀试验根据国标GB/T 10119-2008《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》执行，测得实施例2黄铜合金的平均脱锌深度是16.72μm，抗脱锌腐蚀能力强，远低于100μm，符合标准。

[0037] 对实施例2黄铜合金的机械性能进行检测，其平均抗拉强度是391Mpa，延伸率是28％，硬度为117.7HV，接近市售铅黄铜的机械性能，适用于实际铸造及加工应用。依据AS/NZS4020:2005及国标GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》进行毒性的测试判定，金属污染物析出结果合格。

[0038] 实施例4

[0039] 本实施例的黄铜合金由以下各组分组成：63.9％铜(Cu)，0.246％铅(Pb)，0.432％铝(Al)，0.0669％砷(As)，35.23％锌(Zn)，余量为杂质。其中杂质是铁(Fe)、锡(Sn)、镍(Ni)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)等不可控元素。

[0040] 向感应炉内加入铜(Cu)锭，升温至1050～1150℃，待铜(Cu)锭全部熔化，依次添加上述重量比例的锌(Zn)锭、铝(Al)锭、铅(Pb)锭及砷(As)锭形成合金液，添加适量的精炼剂，搅拌使成分均匀，于1050℃静置保温10分钟，出炉浇注形成合金。合金在570℃下保温4小时进行相变固溶处理，后以3～8℃/s的速度冷却至室温，制得本实施例的黄铜合金。

[0041] 脱锌腐蚀试验根据国标GB/T 10119-2008《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》执行，测得实施例2黄铜合金的平均脱锌深度是20.09μm，抗脱锌腐蚀能力强，远低于100μm，符合标准。

[0042] 对实施例2黄铜合金的机械性能进行检测，其平均抗拉强度是395Mpa，延伸率是28％，硬度为118.3HV，接近市售铅黄铜的机械性能，适用于实际铸造及加工应用。依据AS/NZS4020:2005及国标GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》进行毒性的测试判定，金属污染物析出结果合格。

[0043] 上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种适用于铸造的低铅耐脱锌黄铜合金，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。