專利名稱：無鎳白色銅合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無鎳(不含鎳)的白色銅合金，所述銅合金具有優異的強度、硬度、延展性、可加工性和抗腐蝕性。所述銅合金可適用于，例如，用作拉鏈上的構件、滑扣、塞扣等，或用作如金屬鈕扣、服裝緊束件等衣物上的附件。
現被廣泛用于如上所述種種扣件的常銅合金，有銅鎳鋅合金，例如，具有白合金色調的鎳銀合金，或是以紅黃銅、黃銅為代表的銅鋅合金等。鎳銀合金因含有鎳作為合金成份而具有優異的抗腐蝕性。然而，當將它用作拉鏈時，由于拉鏈的滑扣經常與人體皮膚接觸，會產生諸因鎳引起的變應性(皮膚過敏)問題。另一方面，以紅黃銅或黃銅為代表的銅鋅合金因不含鎳，因此不會產生鎳的變應性問題。但是，所述無鎳銅鋅合金的色調易泛黃，而無法獲得一種白色的合金。
因此，本發明的一個目的是提供一種白色銅合金，所述銅合金具有優異的、可與鎳銀相媲美的強度和硬度，且具有優異的延展性、可加工性、抗腐蝕性及白色調；另外，本發明的銅合金因其中不含有鎳，所以沒有變應性問題。
本發明包括如下所述的(1)-(5)的無鎳白色銅合金(1)一種無鎳的白色銅合金，所述銅合金由下述通式表示CuaZnbMncAld其中，b、c及d分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b＜5，7≤c≤17，及0.5＜y≤4，a表示余量，所述合金偶爾含有一些不可避免的元素。
(2)一種無鎳的白色銅合金，所述銅合金由下述通式表示CuaZnbMncAldXe其中，X為選自Si、Ti及Cr的至少一種元素；b、c、d及e分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b＜5，7≤c≤17，及0.5≤d≤4，0＜e≤0.3，而a表示余量，所述合金可能含有一些不可避免的元素。
(3)一種如上(1)或(2)所述的無鎳白色銅合金，其中，所述銅合金通式中的b、c及d分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b≤4，7≤c≤15，及0.5≤d≤2。
(4)一種如上(1)、(2)或(3)所述的無鎳白色銅合金，其中，所述銅合金室溫下為單一的α相狀態。
(5)一種如上(1)、(2)或(3)中之任一項所述的無鎳白色銅合金，其中，所述銅合金具有表征色調的、由JIS Z 8927所定義的a*、b*值，其范圍在0≤a*＜5，7≤b*＜15。
在本發明的組份中，Zn的作用是通過固溶體強化效應(solid solutionstrengthening effect)改善合金的機械特征，同時，減少所述合金的制造成本。
在本發明中，如果Zn含量小于0.5％，則該合金的成本降低效應及強化效應皆變得不夠。另一方面，如果Zn含量大于5％，則所述合金的固溶共存的溫度范圍變寬，容易使宏觀偏析現象加劇。同時，也易使所述合金的熱傳導性能及鑄造性能劣化。再有，如果Zn含量大于5％，則該合金的抗季節破裂性能反而低下，而且，隨著晶體結構開始成為α+β相，更難獲得足夠的冷加工性能。
藉由將Zn含量設定于5％或其以下，則合金的抗季節破裂性能不會發生問題，并且，合金狀態更加穩定，既使加入在上述通式CuaZnbMncAldXe中所定義的元素X。更好的是，Zn含量設定于4％或其以下。
在本發明的組份中，Mn的作用是通過固溶體強化效應改善合金的機械特征，同時，減少所述合金的制造成本。另外，作為部分取代Zn的添加，以上述特定量添加Mn合金，可用以改善抗季節破裂的性能，并防止合金色調過度泛黃。上述Mn的添加還具有降低合金熔點的效果。由此可改善合金的鑄造性能，并抑止Zn從金屬熔體中的蒸發。
如果，Mn的加入量小于7％，這將使合金色調泛黃。反之，如Mn含量大于17％，則晶體結構發展為α+β相，這將無法獲得足夠的冷加工性能。較好的是，上述Mn加入量的上限值以15％為宜。
Al具有的作用是藉由在上述合金表面形成一穩定的氧化物薄膜，而改善合金的抗季節破裂性能。Al也具有通過固溶體強化效應，改善上述合金的機械特性，同時也有降低成本的作用。Al的加入量的下限為0.5％。但Al的加入量太低時，將使合金的抗季節破裂性能及強化效應不夠。另一方面，如Al的加入量大于4％，則隨著晶體結構發展為α+β相，將使冷加工性能變得不合適。較好的是，Al的加入量為2％或以下。
在本發明的組份中，通式CuaZnbMncAldXe中的X元素(選自Si、Ti及Cr中的至少一種元素)具有的作用是在所述合金熔煉時，在其金屬熔體表面形成一涂層，同時，X元素還具有防止Mn氧化和Zn蒸發的作用。進一步，藉由在所述合金表面形成一穩定的氧化物涂層，可以起到在退火時防止Mn脫去、提高合金抗季節破裂性能的作用，同時，還具有在Mn的氧化過程中防止色調隨時間變化的效果。
元素X的加入量下限大于0。然而，如果X的加入量太小，則無法獲得足夠的如上所述的效果。因此，所述X元素的加入量較好的是在0.02％，或以下。如其加入量大于0.3％，則X元素與合金中的其它元素形成金屬間化合物，使其冷加工性能低下。
本發明的合金由單一的α相組成，這樣，可以確保充分的冷加工性能。如果合金組成超過本發明中所述組成范圍，則合金的晶體結構容易轉變成α+β相，這將降低其成形加工性能。
再有，本發明合金的色調范圍在0＜a*＜5，7＜b*＜15。它們是基于JIS Z 8729定義的L*a*b*色度系列的色度圖。
注意，本發明說明書中所述的合金色度表示為心理學亮度指數L*(亮度；L-星)及二個心理學色度指數，即a*(淺綠色-淡紅色；a-星號)和b*(淺藍色-淡黃色；b-星號)。所述心理學亮度指數及心理學色度指數以JIS Z 8729所定義的表示物體彩色的方法表示。特別是，在一合金中，為顯示作為本發明特征的白顏色，較好的是，顏色宜接近消色差的，此時所述色度指數a*和b*的值即為上述范圍。
以下，根據實施例，更詳細地說明本發明。
實施例如表1所示，制得本發明實施例1-14中的測試材料，并按如下所述的方法進行測試。以同樣方式制得表1中所示的比較例1-10的測試材料并進行測試。
稱取純Cu(99.9％)、純Zn(99.9～99.99％)、純Mn(99.9％)、純Al(99.9％)、純Ti、純Si及純Cr，用于配制預定組成200cm3金屬錠組份的批料。在氬氣氛(100mmHg)下，將每份批料溶于高頻感應爐中進行熔煉，保持4分鐘后，倒入一銅鑄模(φ40mm×28mm長度)中。將制得的鑄錠(200cm3)切成長度約為70mm的短條(合金坯)，進行擠壓成形。在所述短條溫度為800℃及容器溫度為600℃的條件下，擠出成型所述短條。接著，在800℃下熱處理生成的擠出材料(φ8mm×1300mm)1小時后，爐中冷卻(上述的處理過程以下稱為“熱處理”)。將經上述熱處理的擠出材料(金屬絲)用作測試的基本材料。
將上述制得的測試基本材料用SiC拋光紙及一鉆石研磨膏進行鏡面拋光加工，并使用一臺色差儀(CR-300，Minolta公司制造)進行測試。其測試結果表為如JIS Z 8729定義的L*、a*及b*。
所有本發明的測試材料具有白色色調，并可被用于拉鏈構件部分，由此形成一個高品位的感覺。
再有，在本發明以上述方法制得的各個測試材料可以觀察到其顯微結構。本發明的測試材料都是單一的α相組成的合金，并可提供具有良好的冷加工性能的材料。如果，上述合金中共存著如同在比較例中存在的第二相組成，則會在冷加工的過程中發生開裂等現象。在本發明的具有創造性的實施例的材料中，未觀察到如上所述的開裂等現象的發生。特別是，在適用并附著于如衣物上的拉鏈、Y型配件的用途中。使用本發明的材料制得的拉鏈配件可以緊固地附著于衣物上，而不會發生開裂等現象。
硬度(Hv)表示為在25g負荷下，用一Vickers微硬度計所測得的DPN的值。可以看出，本發明實施例的材料具有等于或大于目前用作扣件配件的鎳銀合金(比較例10)的硬度，且具有適用作扣件配件的、如強度、硬度等的機械特性。
進而，再對上述測試材料給予80％的應變，觀察其表面有無開裂。
在表1中，“○”記號表示材料表面不存在開裂，“×”記號表示材料表面存在開裂，可以明白，在本發明的實施例材料中完全不存在開裂。由此，如前所述，在用于拉鏈配件等扣件配件時，在將所述拉鏈配件安裝于基布上時，盡管以冷加工方式會產生最大為80％的應變，但可以明白，在如同上述的場合下，本發明中并不存在任何開裂問題。
抗色變性的測量是將上述制得的測試材料用一SiC拋光紙及一鉆石研磨膏進行鏡面拋光后，置于80℃、90％RH的氣氛中，進行恒溫恒濕試驗。然后，用一臺色差計，測得該試樣材料表面的抗變色性。耐變色性的評價系將恒溫恒濕試驗前后的數值代入下式中后，由所得的數值進行計算。
(式中，a*、b*及L*為恒溫恒濕試驗前的指數，a’*、b’*、L’*為恒溫恒濕試驗后的指數。)從上述表1所示的測試結果可以顯見本發明實施例的材料在上述等式中給出較小的數值，所以具有優異的耐變色性能。由此事實可以理解到在將本發明的材料用作拉鏈配件等扣件配件時，顯示了高度的耐熱水水洗時的抗變色性。在該試驗中，所謂熱水水洗系以在歐洲進行的溫水洗滌為標準水洗條件。
表1
抗季節破裂性能評估如下。在冷壓試驗中，對測試材料加以80％的應變后，暴露于由12.5％氨水溶液產生的氨中。觀察該材料暴露于氨后是否產生表面開裂。在表1中，“○”記號表示材料表面上不存在開裂，“×”記號表示材料表面上存在開裂，可以明白，在本發明實施例的材料中完全不存在開裂。由此可以理解到本發明可以提供一種這樣材料所述材料不存在因施以應變而發生的開裂，既使是在用作用于及固定于衣物之上的作拉鏈配件等扣件配件的場合。
本發明提供了一種無鎳銅合金，所述銅合金具有可與鎳銀相媲美的優異的強度及操作性能，并具有優異的可加工性、抗腐蝕性以及延展性。既使在用作如拉鏈上的構件、滑扣、塞扣等，或用作如金屬鈕扣、服裝緊束件上的按扣等附件及與人體皮膚解接觸的制品時，因所述銅合金中不含有鎳，所以，不必擔心該合金會對所述制品產生變應性反應，可保持高品位的白色調，從而，具有較高的裝飾價值。
權利要求
1.一種無鎳的白色銅合金，所述銅合金由下述通式表示CuaZnbMncAld其中，b、c及d分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b＜5，7≤c≤17，及0.5＜y≤4，而a表示余量，所述合金可能含有不可避免的元素。
2.一種無鎳的白色銅合金，所述銅合金由下述通式表示CuaZnbMncAldXe其中，X為選自Si、Ti及Cr的至少一種元素；b、c、d及e分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b＜5，7≤c≤17，及0.5≤d≤4，0＜e≤0.3，而a表示余量，所述合金可能含有不可避免的元素。
3.如權利要求1所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述銅合金通式中的b、c及d分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b≤4，7≤c≤15，及0.5≤d≤2。
4.如權利要求2所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述銅合金通式中的b、c及d分別表示范圍如下的重量百分數0.5≤b≤4，7≤c≤15，及0.5≤d≤2。
5.如權利要求1所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述銅合金在室溫下為單一的α相狀態。
6.如權利要求2所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述銅合金在室溫下為單一的α相狀態。
7.如權利要求1所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述的無鎳白色銅合金具有表征色調的、由JIS Z 8927所定義的a*、b*值，其范圍在0≤a*＜5，7≤b*＜15。
8.如權利要求2所述的無鎳白色銅合金，其特征在于，所述的無鎳白色銅合金具有表征色調的、由JIS Z 8927所定義的a*、b*值，其范圍在0≤a*＜5，7≤h*＜15。
全文摘要
一種由通式Cu
文檔編號C22C9/05GK1271023SQ00106848
公開日2000年10月25日 申請日期2000年4月13日 優先權日1999年4月16日
發明者喜多和彥, 杉本保彥, 吉村泰治, 福山貴博 申請人:Ykk株式會社