一种无铅环保铋青铜合金材料制造技术

本发明专利技术特指一种无铅环保铋青铜合金材料,属于合金材料技术领域，该合金材料的化学元素组成元素(质量百分比)如下：铅≤0.2％；铝≤0.1％；铁≤0.20％；锌：5.0％～8.0％；锡：4.0％～6.0％；铋：0.8％～3.0％；镍≤0.6％；磷≤0.05％；硅≤0.1％；砷≤0.25％；余量为铜和不可避免的杂质。该合金具有优异铸造性能、耐腐蚀性能、后续机加工性能，特别适用于供水系统铸件、阀件等，是有利于人类健康与环境保护的金属材料。

A lead-free and environment-friendly bismuth bronze alloy

The present invention relates to a lead-free bismuth bronze alloy material, which belongs to the technical field of alloy elements, chemical elements of the alloy material (mass percentage) as follows: Pb = 0.2% = 0.1%; aluminum; iron is less than or equal to 0.20%; zinc: 5% ~ 8%; tin: 4% ~ 6%; bismuth: 0.8% ~ 3%; less than nickel 0.6%; P = 0.05%; Si = 0.1%; arsenic = 0.25%; amount of copper and unavoidable impurities. The alloy has excellent casting property, corrosion resistance and subsequent machining performance. It is especially suitable for water supply system castings, valves and so on, which is beneficial to human health and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种无铅环保铋青铜合金材料
本专利技术涉及一种青铜合金，尤其涉及一种具有优异铸造性能、耐腐蚀性能、后续机加工性能的无铅易切削的无铅环保铋青铜合金材料。它们特别适用于供水系统铸件、阀件等，是有利于人类健康与环境保护的金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜和含铅青铜的优良替代品。
技术介绍
铸造青铜容易制造复杂形状铸件，青铜铸件的产品耐蚀性、耐压性耐磨性等性能良好，部分用于供水系统铸件、阀件等。铸造锡青铜有优良的耐蚀性，特别是在大气、淡水、海水、碱性溶液和过热的蒸汽中。因为锡青铜显微组织中的α和δ相有相近的电极电位，所以微电池作用甚微。另外，铸造锡青铜表面能形成致密的SnO2薄膜，有很好的保护作用，因此在泵、阀、给排水管路和船舶设备方面有着广泛的用途，尤其以美国牌号C83600、C84400及相似成分的牌号高铅青铜生产、用量最大。铸造锡青铜虽然较黄铜的价格昂贵，但铸造性能突出，特别是在洁具行业的高档龙头的应用最广泛。利用锡青铜可以使铸造出的龙头壁更薄，更加光洁。更重要的一点是，特别适合大规模的重力铸造。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。近年来世界各国的医学专家已发现含铅铜合金对人类健康和环境卫生构成了威胁，欧盟、美国、日本、中国等医学机构均已做出了含铅铜合金对人类环境造成危害的报告。鉴于铅对人类健康环境的危害性，美国、日本、欧盟各国相继出台了对含铅铜合金应用的政府限令，中国政府也出台了与国际限令相一致地《电子信息产品污染防治管理办法》等强制性法规，对铜合金中的铅含量(其中电子信息产品铅的含量必须小于0.1％)和在饮用水中铅的浸出量(日本必须小于0.01mg/L，美国必须小于0.0011％)分别作出了严格控制的限令，并将不断减少其中的铅含量，含铅铜合金的应用正面临着严格的限制和挑战，而且前景将愈来愈严峻，因此开发无铅黄铜和无铅青铜来替代饮水系统中的水龙头、水表等用途的铅黄铜和含铅青铜成为了当今金属材料行业所面临的重大课题，也是响应世界循环经济(EHS计划)要求的重要工作。针对上述情况，现有技术中开发了无铅铜合金。中国专利申请200680014456.7的《青铜类低铅合金》中提指出了一系列的青铜类合金，其目的在于提供一种改善青铜类合金在高温下的拉伸强度，并降低了其铅元素含量的合金。该类青铜合金在复合环保要求的前提下，确保其高温拉伸性能。但上述青铜类低铅合金确保了高温拉伸性能，再应用在铸造特别是重力铸造当中会出现众多的铸造缺陷，较含铅青铜的铸造性能大幅度降低，影响了其在金属成型行业的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种无铅环保铋青铜合金材料。利用本专利技术的无铅环保青铜合金材料以达到降低铅含量，符合环保健康的要求，同时要使其具备优良的铸造性能，特别是符合大规模的重力铸造的性能要求。本专利技术的目的是这样实现的：、一种无铅环保铋青铜合金材料，该合金材料的化学元素组成元素如下：作为优化方案，该合金材料的化学元素组成如下：进一步优选，所述铜为电解铜。进一步优选，合金中不可避免的杂质含量不超过0.8％。本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：第一、本专利技术的青铜合金材料降低了铅含量，符合国家对铅含量的强制性要求；第二、在符合环保健康标准的基础上，本专利技术利用铋元素代替铅元素，控制其含量以及与其他元素的配合量，使其具备优良的铸造性能，无论是流动性、还是铸件的表面光洁度以及晶粒大小和均匀程度都符合洁具特别是高档洁具的品质要求；第三、本专利技术的青铜合金较现有技术的青铜合金更利于重力铸造，重力铸造中对合金熔液的流动性要求比普通铸造高得多，代表了洁具行业铸造的趋势，本专利技术的青铜合金最突出的是合金熔液的流动性大大提高，保证了青铜重力铸造的质量和成品率。具体实施方式下面以具体实施例对本专利技术作进一步描述：无铅环保铋青铜合金材料的制备方法如下：铜+锡+木炭→熔化→添加铜铋合金→搅拌→锌、搅拌均匀→P-Cu→精炼→取样，炉前分析，成分调整→捞渣，静置→出炉浇注，第一步，预热工频感应炉，选用阴极铜、电解锡、向工频感应炉中加料；第二步，逐步加热工频感应炉，熔化各原料；第三步，添加铜铋中间合金；第四步，进行充分搅拌后添加锌，使合金熔液混合均匀；第五步，添加精炼剂，并再次搅拌均匀；第六步，充分搅拌后对合金熔液取样分析，成份调整，直至符合上述成份要求；第七步，静置，捞渣，在1100～1200℃保温，静置20分钟后清理熔液底部或顶部的杂质；第八步，升温到1240～1300℃，出炉浇注。所述第三步铜铋中间合金中铋的质量百分比为：15％～25％。所述第五步中精炼剂的质量百分比组成：氟硼酸钾30％、氟钛酸钾40％、氟化钠7％和碳酸钠23％。以铜为基础，锡元素4.5％～5.5％，锡能够溶于铜合金中，显著提高合金强度，在铸件表面形成致密的SnO2保护膜，因而提高耐蚀性能；锌元素5.5％～7.5％，锌能缩小锡青铜的结晶温度范围，显著提高合金的充型能力和补缩能力，防止锡青铜产生疏松倾向，使锡青铜的耐水压性能显著提高，金相组织均匀致密；铋元素1.0％～2.5％，由铋代替铅，因而使合金含铅量低，铋在铜中的溶解度极低，铋在铜合金中与铅功能相似，不溶于铜合金形成固溶体，而是以独立相的形态存在，铋也是以游离态存在于合金中。但与铅不同的是，铋是以无毒的游离态存在于合金中，而不是象铅那样以有毒的游离态存在于合金中。铋的加入可改进合金的切削性，铋在铜中的固溶度极低，即使800℃时的溶解度也只不过0.01％，但熔液中的溶解度却很大，在凝固过程中铋发生沉淀，形成弥散的第二相粒子，这种铋的弥散相熔点较低(271.3℃)，在刀头与屑的接触面局部受热而瞬间熔化，这种熔化效应有助于改变切屑的形状并润滑刀具，从而起到使合金在机加工中易形成短断屑点，减少刀头和工件之间的粘结和焊合及提高切削速度的作用，进而使合金具有了满意的切削性能。合金中微量的铁元素有细化晶粒作用，能提高合金的强度，铁含量控制在0.25％以下为宜；微量镍能使晶粒细化，显著提高机械性能、耐蚀性能和热稳定性，还可以使铋的质点分布更均匀，有利于合金耐磨性能的提高，从而提高合金的耐水压性，镍含量控制在1.0％以下为宜；微量磷是铜合金的优良的脱氧剂，能够改善铸造性能、提高合金的耐磨性能，显著提高合金液的流动性和充型能力，磷含量控制在0.05％以下为宜；杂质元素硅和铝极易被氧化，形成细小难熔的氧化物Al2O3、SiO2。不仅降低合金的流动性和致密性，导致铸件因渗漏而报废，从而降低合金的机械性能，硅和铝严格限制在0.2％以下。下表为合金配方(质量百分比)，分为五组产品编号铅铝铁锌锡铋镍磷硅砷铜10.20.10.28630.60.050.10.25余量20.180.080.155.54.510.50.040.080.2余量30.150.070.15651.50.450.040.070.18余量40.180.080.157.55.52.50.50.040.080.2余量50.10.050.1540.80.30.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅环保铋青铜合金材料，其特征在于，该合金材料的化学元素组成元素如下：

【技术特征摘要】
1.一种无铅环保铋青铜合金材料，其特征在于，该合金材料的化学元素组成元素如下：2.根据权利要求1所述的无铅环保铋青铜合金材料，其特征在于，该合金材料的化学元素组成如下：3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋明川，
申请(专利权)人：浙江中瀚合金材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33