[發明專利]一種用于制備易切削黃銅的鉍銻鎂合金及制備方法

在審

• 申請號: 201611164644.X
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106834800A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 王建華;涂浩;劉亞;彭浩平;蘇旭平
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C22C12/00
• 分類號: C22C12/00;C22C30/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及易切削黃銅，特指一種用于制備易切削黃銅的鉍銻鎂合金，屬于有色合金(C22C合金)制備技術。

背景技術

金屬鉍(Bi)的晶體結構屬斜方晶系，外觀呈銀白色，有強烈的金屬光澤。純鉍是柔軟的金屬，不純時性脆，室溫下，鉍不與氧氣或水反應，在空氣中穩定，鉍的導電和導熱性都較差；含鉍的主要礦石為輝鉍礦(Bi₂S₅)和赭鉍石(Bi₂O5)。鉍在我國的儲量居世界第一位，約占全球總儲量的70％多。

由于鉍無毒，且與鉛的低熔點、高柔韌性等許多方面的性能相接近，而在工業上廣泛用作鉛的替代品；鉍主要用于制造易熔合金，熔點范圍是47～262℃，最常用的是鉍同鉛、錫、銻、銦等金屬組成的合金，用于消防裝置、自動噴水器、鍋爐的安全塞，一旦發生火災時，一些水管的活塞會“自動”熔化，噴出水來，在消防和電氣工業上，用作自動滅火系統和電器保險絲、焊錫；鉍合金具有凝固時不收縮的特性，用于鑄造印刷鉛字和高精度鑄型；碳酸氧鉍和硝酸氧鉍用于治療皮膚損傷和腸胃病；金屬鉍用于制備低熔合金，在消防和電氣安全裝置上有特殊的重要性；含鉍易切削合金鋼和銅合金，已成為現代制造業所迫切需要的一種原材料。

鉛黃銅具有優異的切削性能和耐磨性能，被廣泛應用于電子電器接插件、儀表零件、飲水系統的水管、水龍頭、閥門、管接頭以及汽車、消防和飛機等使用的液壓閥門等領域；鉛是一種有毒元素，近年來，隨著人們環保意識的增強，各國政府相繼出臺了對含鉛銅合金應用的限令，鉛黃銅的應用將面臨嚴格的限制，因而開發無鉛易切削銅合金來替代鉛黃銅已成為當今世界金屬材料制造業的重大課題；近年來，國內外學者均致力于鉍系、錫系、銻系、硅系及添加石墨等的無鉛易切削銅合金的開發研究，目前，通過添加適量的Bi、Mg、Se、Si、Ti、Al和稀土元素Ce合金元素來替代鉛黃銅中的鉛，并取得了比較理想的實用效果。如：梅虎等通過向黃銅中加入微量的純鎂和純鈣，研究了無鉛易切削鎂鈣黃銅的組織結構與性能。吳維冬等研究了熱擠壓銻鎂黃銅的顯微組織及性能，但是沒有說明鎂和銻的加入方式。中南大學肖來榮等人分別研究了錫對鎂黃銅切削性能和腐蝕性能的影響以及鉍對無鉛易切削黃銅性能的影響。美國的貝爾實驗室和日本的KITZ公司宣布已研制出含Bi和Se的銅合金，并已應用于水龍頭、閥門等供水部件上；日本研究人員早在20世紀90年代就致力于無鉛易切削黃銅的研究，開發出了不加任何其他微量元素的Bi黃銅；2004年日本新日東金屬與住友輕金屬研究開發中心共同開發出了無鉛和低鉛黃銅系列產品，采用鉍和錫替代鉛；肖寅昕通過研究含鉛黃銅的易切削性能，從其機理出發，以硅代替鉛制備易切削黃銅；Sb也可改善黃銅的切削性能，中南大學肖來榮等在黃銅中同時添加純Bi和純Sb來替代鉛黃銅中的鉛，并添加一定量的Ti和稀土元素Ce來改善合金性能，獲得了較好的效果。申請人在前期研究工作中，以鉍銻合金的形式向黃銅中添加鉍和銻，制備了鉍銻易切削黃銅，由于鉍與銻形成固溶體，提高了鉍和銻元素的收得率(一種用于制備鉍銻易切削黃銅的鉍銻合金及制備方法，201410231537.9)，但是合金的熔點過低，使其收得率收到一定的影響，因此有必要進一步提高合金元素的收得率。申請人注意到，在已經有的研究中，沒有發現同時向黃銅中添加Bi、Sb和Mg元素以達到改善其切削加工性能的文獻報道。

由于鉍的熔點低(271.3℃)，給所述易切削黃銅的合金化處理造成了很大的困難，用金屬鉍(精鉍)作為銅合金的合金化處理添加劑，將會造成很大的燒損和浪費；盡管已有銅鉍合金，但是在制備銅鉍合金時，由于銅的熔點很高，鉍也會有很大的一次燒損；由于鉍在銅鉍合金中仍然是以單質形式存在，在將銅鉍合金加入到黃銅合金液時，還會產生二次燒損。研究報道，在普通黃銅中加入Mg、Sb等合金元素，會形成脆而不硬的復雜金屬間化合物顆粒。這些顆粒均勻分布于基體中，在切削過程中，這些化合物顆粒起到了類似鉛黃銅中鉛的斷屑作用。鎂銻黃銅具有與鑄造鉛黃銅(ZCuzn40Pb2)相當的切削性能，且有更好的力學性能。但是，由于Sb和Mg的熔點也較低，因此在對黃銅進行合金化處理時也存在燒損問題。而中國專利檢索及其它文獻檢索結果表明：合金化處理可行，收得率高的用于易切削黃銅合金化處理的添加劑鉍銻鎂合金，尚未見有報道。

為此，提供一種合金化處理可行，收得率高的制備易切削黃銅用的鉍銻鎂合金化處理的添加劑，便成為飛躍發展的有色金屬行業的一致要求。

發明內容

本發明旨在提供一種合金化處理可行，收得率高的鉍銻鎂合金，以期滿足易切削銅合金制備的需求。