[發明專利]一種含金屬氫化物無鉛易切削黃銅及其制備方法

有效

• 申請號: 201810453590.1
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108588472B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 唐建成;周松;葉楠;許苗苗
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/10;C22C32/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種含金屬氫化物無鉛易切削黃銅及其制備方法，其特征是在于包含1～15wt%金屬氫化物。制備方法按以下步驟：在一定氫氣條件下，使合金中可氫化的合金元素吸氫生成金屬氫化物，最終得到含金屬氫化物無鉛易切削黃銅，其中原材料黃銅合金中至少有一種可氫化合金元素，要求可氫化合金元素能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。本發明提出的含金屬氫化物無鉛易切削黃銅的制備方法可用于規模化生產，得到的含金屬氫化物無鉛易切削黃銅適用于金屬加工領域，尤其改善了黃銅的切削加工性能；該方法工藝簡單，所需的原料儲備豐富，得到的含金屬氫化物無鉛易切削黃銅沒有污染性，符合環保要求。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域。涉及一種黃銅合金及其制備方法。

背景技術

黃銅（Cu-Zn合金）盡管具有優良的導電導熱和抗菌性能，但極差的切削性能限制了它的使用范圍。目前改善材料的切削加工性能常用的措施有兩項：一是調整材料的化學成分；二是通過熱處理改變材料的金相組織和物理性能。在大批量生產中，一般是通過調整材料的化學成分而使其切削加工性能得到改善。鉛黃銅（Cu-Zn-Pb合金）因為克服了黃銅切削性能極差的缺點而廣泛應用于水暖器材、玩具和鐘表等行業。但鉛黃銅固有的水溶性鉛浸出會嚴重污染環境和損害人的身體健康，即使對含鉛合金進行相應的防護處理，仍然無法完全抑制鉛的析出，自1992年世界衛生組織提出飲用水的鉛含量要低于1.1×10^-5后，無鉛易切削黃銅就成為了一個必須攻克的難題。

科研人員已經試圖用其他元素代替鉛，該種元素最理想的狀態是幾乎不能與基體固溶，而以金屬或非金屬夾雜物的形態彌散分布，并且呈球狀或紡錘狀。目前應用的主要有鉍、鎂、石墨等。在類鉛元素中，研究最早的是鉍黃銅，鉍改善黃銅切削性能的機制與鉛類似，其在黃銅基體中的固溶度極少，以彌散狀態分布于黃銅基體上，彌散分布的單質脆性顆粒產生的斷屑效應改善了黃銅的切削性能，但鉍等類鉛元素引起的晶界脆化會損害合金的力學性能，同時鉍等類鉛元素的資源稀缺也限制了這類合金的大范圍應用；鎂元素會與銅形成具有熔點高、硬度高、脆性大的金屬間化合物，在切削過程中這些金屬間化合物能夠起到斷屑、減少焊合的作用，但鎂極易于腐蝕導致合金的耐腐蝕性能較差；石墨因為脆而軟而被認為可以替代鉛成為改善黃銅切削性能的合金元素，但石墨的潤濕性不好，密度小，在鑄造過程中易上浮，難以在黃銅基體上生成像鉛顆粒一樣均勻分布的石墨顆粒。

發明內容

本發明的目的是提供一種不含鉛的具有較好的切削性能和耐腐蝕性能的綠色環保含金屬氫化物易切削黃銅及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述的一種含金屬氫化物無鉛易切削黃銅，其特征是在于包含1～15wt%金屬氫化物。

本發明所述的一種含金屬氫化物無鉛易切削黃銅的制備方法，其特征是按以下步驟：在氫氣條件下，使黃銅合金中可氫化的合金元素吸氫生成金屬氫化物，得到含金屬氫化物無鉛易切削黃銅，其中原材料黃銅合金中至少有一種可氫化合金元素，能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。

所述的可氫化合金元素為稀土、鈦、鐵、鈣、鋯、鎂、釩等具有較好儲氫能力的元素，同時黃銅合金原材料中可氫化合金元素的含量應控制在0.8～14wt%之間，以保證含金屬氫化物無鉛黃銅具有良好的切削性能。

本發明所述的一種含金屬氫化物無鉛易切削黃銅，其特征在于：原材料中包含稀土、鈦、鐵、鈣、鋯、鎂、釩之一種或多種可氫化合金元素，在一定氫氣條件反應生成金屬氫化物。

本發明氫氣反應的氫壓優選為0.1～10MPa；氫化溫度優選為25～600℃。

本發明的基本原理是將合金中可氫化的合金元素在一定氫氣條件下發生反應，反應生成的金屬氫化物在黃銅基體上彌散分布形成類似于鉛的脆性顆粒，利用彌散分布的脆性顆粒產生的斷屑效應來改善黃銅的切削性能。

本發明具有以下優點。