[發(fā)明專利]一種無鉛易切削銅合金及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110035313.7
• 申請日: 2011-02-10
• 公開（公告）號: CN102634688A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃勁松;黃韶松;金志紅
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南特力新材料有限公司
• 主分類號: C22C9/02
• 分類號: C22C9/02;C22C9/05;C22C1/03
• 代理公司: 中南大學(xué)專利中心 43200
• 代理人: 胡燕瑜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種金屬材料，涉及無鉛易切削銅合金及制備方法。

背景技術(shù)

鉛在含鉛銅合金熔體澆鑄凝固時，在合金中沉淀而形成彌散、微細的鉛顆粒，含鉛銅合金中這種彌散分布的鉛微小顆粒在晶界和晶內(nèi)都有。鉛有脆而軟的特性，當含鉛銅合金進行切削加工時，切屑被刀頭從工件上切削剝離，這些彌散細小的鉛顆粒相當于含鉛銅合金中的空洞，成為應(yīng)力集中源，產(chǎn)生所謂的“切口效應(yīng)”，從而導(dǎo)致切屑易于在此斷裂；而且這些彌散的鉛顆粒較軟，可以使刀頭磨損減少到最低。由于鉛顆粒在晶內(nèi)和晶界都有，當含鉛銅合金在切削加工時，切屑很快就遇到鉛顆粒而斷裂，所以切屑細而短。另外，鉛顆粒的熔點較低(鉛的熔點僅為327.5℃)，切削加工時刀頭對切削工件做功，變形能、摩擦能轉(zhuǎn)變成熱能，使刀頭與切屑接觸的局部瞬間快速升溫，很容易接近甚至超過鉛的熔化溫度。軟化甚至熔化的鉛可以起到潤滑刀具的作用，能降低切削阻力并提高切削效率。因此，鉛在銅合金材料的切削加工過程中起著碎裂切屑、減少粘結(jié)和焊合以及提高切削速度的作用，可大大增加刀具的使用壽命。

由于鉛固有的稟性，其在含鉛銅合金中的大小、形貌、數(shù)量、特性、分布狀況、分布位置不但使含鉛銅合金具有優(yōu)異的切削性能，而且使含鉛銅合金具有優(yōu)良的鑄造性能、冷加工性能、熱加工性能以及自潤滑等優(yōu)點，能滿足各種形狀零部件的機加工要求。含鉛銅合金、特別是鉛黃銅一度被世界公認為一種重要的基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用到民用供水系統(tǒng)的鑄件及其配件、電子、汽車及機械制造等許多領(lǐng)域。

含鉛銅合金零配件報廢之后，其中的很多小件被作為垃圾遺棄，只有少量被回收利用。廢棄的含鉛銅合金與土壤接觸，其所含的鉛在雨水及大氣的長期作用下，進入土壤，從而污染土壤及水源。廢棄含鉛銅合金被當作垃圾焚燒時，鉛蒸氣散發(fā)于大氣之中，對人體產(chǎn)生極大危害，因而其應(yīng)用日益受到嚴格的限制。在飲用水中的雜質(zhì)及有機酸等的作用下含鉛銅合金中的鉛以離子的形式緩慢析出，現(xiàn)有的含鉛銅合金很難滿足環(huán)保法令的要求。

對銅合金切削性能有改善的元素有：鉛、鉍、銻、硅、磷、鎂、碳、硫等。鉛已經(jīng)不能再添加，鉍的產(chǎn)量有限，且對人體的安全性還不是很清楚，沒有廣泛的市場推廣基礎(chǔ)；銻對人體有微毒，其浸出受到嚴格的限制；硅的鋅當量系數(shù)最高，故硅黃銅的含銅量高，還易產(chǎn)生硬脆相，對改善切削性能有不利影響；碳對改善切削性能明顯，但碳只能以納米級的石墨顆粒加入銅合金，而且對熔鑄要求高、成本高，目前還不能向市場廣泛推廣；硫也能明顯改善切削性能，但硫?qū)Νh(huán)境的污染問題限制了其應(yīng)用與生產(chǎn)，而且硫會降低銅合金的使用性能，目前市場也沒有以硫代鉛的易切削銅合金；磷、鎂雖然也能提高銅合金切削性能，但效果遠非理想。目前鑄造無鉛易切削銅合金的切削性能還大有改進的空間才能滿足市場的需求。

粉末法與鑄造法相比，有省材、節(jié)能、成本低的優(yōu)點。更重要的是，粉末法它能保證組成元素密度差大的材料的成分均勻性。在銅合金粉中加入微小石墨顆粒能大幅度提高合金的切削性能，甚至達到含鉛銅合金的切削性能，這是目前成本最低的改進銅合金切削性能的最佳方法。但是碳在銅合金中的界面強度低。當粉末銅合金燒結(jié)件在拋光的時候，石墨微粒就表現(xiàn)為一種雜質(zhì)粒子，使拋光面的光潔度下降，個別情況會出現(xiàn)微小凹坑。拋光缺陷有時會使后續(xù)的電鍍出現(xiàn)次品、甚至廢品。目前迫切需要一種切削性能優(yōu)秀、拋光及電鍍性能皆佳的銅合金粉末。