高抗变色环保易切削白色铜合金及制备方法技术

一种高抗变色环保易切削白色铜合金及制备方法。包括下述组分，按重量百分比组成：Mn：10-14％，Zn：5-15％，Sn：0.5-1.5％，Al：0.5-1.5％，Ti：0.05-0.5％，B：0.01-0.3％，Si：0.01-0.3％，Ce：0.01-0.3％，余量是Cu和不可避免的杂质。制备过程包括：熔炼、铸锭；铣面、热轧；冷轧、中间退火；冷精轧、成品退火，共四个步骤。本发明专利技术生产的合金白色度高，切削性能、抗变色性能好，热、冷加工性能均很优异，热加工温度范围宽、变形抗力小；不含铅、镍等元素，不会造成环境污染、致癌和致敏等问题。本发明专利技术合金组分合理，原材料价格便宜、生产工艺简单、生产成本低、加工性能好、白色度高、在人工汗液和盐雾环境下抗变色性能优异。适于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，主要应用于拉链、 纽扣、眼镜框架和各种装饰材料。属于新材料

技术介绍
众所周知，白铜是以镍为主要合金元素的铜合金，分为普通白铜、铁白铜、锰白铜、锌白铜等。另外，白色锰黄铜又叫白色顿巴黄铜(White Tombasil)，也是一种白色铜合金，美国标准是C99700，主要是用作建筑构件，建筑装饰配件，舰船构件等。艺术黄铜 ZCuZn20Mn20SnlAl，表面也呈银白色，但是该合金为铸造合金，不适合冷加工生产。锌白铜不仅具有银白色的外观，而且具有优良的耐蚀性、较高的强度和良好的工艺性能，广泛用来制造眼镜框架、拉链、纽扣、手表表链和表壳以及装饰工艺品等与人体接触的物件。但是研究发现，人体长期与含镍材料接触，有致敏和致癌的危险。西方国家对含镍制品的使用越来越严格，出现了禁止用含镍合金制造与人体接触产品的趋势。如德国于 2000年7月21日开始，禁止生产和进口与皮肤长时间接触的含镍成分的时款配饰，受影响的产品主要是眼镜框架、拉链、铆钉、钮扣、腕表和时款首饰等。切削加工性能是金属制品加工成型中的重要性能，在生产复杂造型的白铜装饰用品时，其作用尤为明显。为了提高白铜的切削性能，通常在其中添加一定量的铅，如 BZnl5-24-l. 5锌白铜中就含有1. 5%的铅，虽然铅被认为是改善金属材料切削加工性能的最佳元素，很多难加工的金属材料在添加少量的铅后，其切削加工性能都得到了大大改善。 但在生产或使用过程中铅及其化合物易挥发或析出，造成环境污染，危害人体健康。欧洲议会和欧盟委员会早已颁发了《ROSS》指令和0ΕΕΕ》指令，要求从2006年7月1日起，在新投放市场的电子、电器、仪器设备中，执行限制使用含铅等有害物质的法令。日本YKK株式会社分别于1998年、2000年和2002年在我国申请了四项无镍白色铜合金的专利技术专利(CN1219598、CN1278561、CN1271023、CN1414U6)，其中2002年申请的专利CN1414U6为Cu-Zn-Ti系合金，其余三项为Cu-Zn-Mn系合金，这四项专利涵盖了两个系列合金很宽的成分范围，但是它们的缺点是所给出的成分范围太宽，所得到的合金的色调、 性能差别太大。其给出的极限色调已是红黄色，而不是银白色，与含镍白铜的颜色相差甚远。另外，专利CN1414U6所研制的Cu-Zn-Ti系合金，虽然具有不会使环针探测器失灵的优良性能，但因该合金系含有大量的Ti元素而价格昂贵，从而使该合金系的发展受到限制。 上海第一铜棒厂与上海交通大学合作于2002年在我国申请了一项无镍白铜的专利技术专利 (CN1334352)，在综合分析日本YKK株式会社的两项专利(CN1219598和CN1271023)，并指出其存在合金成分范围太宽，将铝、锡的作用混为一谈，色度表征不完善，不利于大规模生产的基础上提出了多元素合金化，使得合金的性能更趋合理，但此专利仅公开了该合金线材的加工工艺，没有扩展到合金的板材等其他加工工艺。然而，无镍白铜板材的应用范围也十分广泛。江西理工大学于2010年在我国申请了一项无镍白铜的专利技术专利(CN101899588)， 提供了一种含有稀土元素的无镍白铜合金及其板材的加工方法。但是，该专利依然没有考虑到合金的切削性能。在材料的加工成型过程中，切削加工是非常重要的加工手段，很多形状复杂的工件，只有结合切削加工才能制造出来。综上所述，上述六个专利都没有考虑合金的切削性能。而这些合金在室温下均由单一 α相组成，较软，韧性较好，同时，上述六个专利所添加的微量合金元素铝、锡、硅、钛、 铬、银、铁、锆和稀土等均在铜合金基体中具有较大的固溶度，不会在铜合金中形成游离分布于铜晶界或晶内的软质点，从而，不能起到碎裂切屑的作用；导致上述六个专利的技术方案所得到的铜合金切削性能差。因此，开发一种具有良好的切削性能的白色铜合金是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有材料和技术之不足而提供一种合金组分合理，原材料价格便宜、生产工艺简单、生产成本低、加工性能好、白色度高、在人工汗液和盐雾环境下抗变色性能优异、环境友好的高抗变色易切削白色铜合金及制备方法，以满足各种装饰材料和拉链、眼镜框架等对高抗变色、易切削加工的白色铜合金的需求。本专利技术——高抗变色环保易切削白色铜合金，包括下述组分，按重量百分比组成Mn :10-14%,Zn :5-15%,Sn 0. 5-1. 5%,Al 0. 5-1. 5%,Ti 0. 05-0. 5%,B 0. 01-0. 3%,Si 0. 01-0. 3%,Ce 0. 01-0. 3%,余量是Cu和不可避免的杂质，各组分重量百分之和为100%。本专利技术——高抗变色环保易切削白色铜合金的制备方法，包括以下步骤第一步熔炼、铸锭根据设计的白色铜合金组分配比，分别取纯锰、纯钛、纯锌、纯铝、纯锡、铜-硅、 铜-硼、铜-铈中间合金及电解铜；首先将电解铜烘干加热熔化，然后，向所述电解铜熔液中加入纯锰、纯钛，待所述纯锰、纯钛完全熔化后，得到铜、锰、钛合金熔体，控制所述铜、锰、钛合金熔体温度在1120-1160°C，将纯锌、铜-硅、铜-硼和铜-铈中间合金加入其中，待其完全熔化后，将炉温控制在1200-1250°C，将烘干后的纯铝和纯锡加入，熔勻后，捞渣，浇铸，得到铜合金铸锭，浇铸温度控制在1080-1150°C ；第二步热轧将第一步所得铜合金铸锭铣去表面缺陷后；加热至690-760°C，保温30-120min， 进行多道次热轧，第一道次热轧变形量为45-55%，经第二道次热轧后，总热轧变形量达到 70-75%，得到热轧坯；第三步冷轧、中间再结晶退火将第二步所得热轧坯，进行多道次冷轧，第一道次冷轧变形量为45-50 %，经第二道次冷轧后，总冷轧变形量达到65-70%，得到冷轧坯；将所得冷轧坯，在660-740°C分解氨的气氛下保温30-90min，出炉空冷，进行中间再结晶退火；第四步冷精轧、成品再结晶退火将第三步所得中间再结晶退火后的冷轧坯经30-60 %变形量的冷轧后，在 660-740°C分解氨的气氛下保温30-90min，出炉空冷，进行成品再结晶退火，得到铜合金板材。本专利技术高抗变色环保易切削白色铜合金的制备方法中，所述电解铜采用中频感应熔炼炉加热熔化，熔化过程采用冰晶石和氟化钙作覆盖剂；所述覆盖剂中冰晶石和氟化钙的用量以完全能以极薄层形式覆盖坩埚口为佳，冰晶石与氟化钙的体积百分比为1 1。本专利技术高抗变色环保易切削白色铜合金的制备方法中，所述浇注采用铁模。本专利技术由于采用上述组分配比，所生产的合金具有白色度高，切削加工性能好、在人工汗液和盐雾环境下抗变色性能良好，热、冷加工性能均很优异，原材料价格便宜，适于工业化生产等特点。本专利技术中各组分的主要作用分别为利用锰使铜表面色中的黄色成分、红色成分减少，起漂白或褪色作用，使合金的颜色从有彩色向无彩色变化，是白色铜合金的主加元素；锰还起着固溶强化的作用，提高铜的机械性能；锰的加入也具有降低合金熔点的效果，由此可改善合金的铸造性能，抑止锌从金属熔体中的蒸发。并能增加高温组织稳定性，同时使合金成本降低。如果锰含量大于15%， 因为晶体结构发展为α+β双相组织，所以合金的硬度增加，冷加工性能下降，合金的熔铸性能恶化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．高抗变色环保易切削白色铜合金，包括下述组分，按重量百分比组成：Ｍｎ：１０－１４％，Ｚｎ：５－１５％，Ｓｎ：０．５－１．５％，Ａｌ：０．５－１．５％，Ｔｉ：０．０５－０．５％，Ｂ：０．０１－０．３％，Ｓｉ：０．０１－０．３％，Ｃｅ：０．０１－０．３％，余量是Ｃｕ和不可避免的杂质，各组分重量百分之和为１００％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李周，刘娜，龚舒，盛晓菲，庞咏，冯喆，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43