專利名稱：一種低鎳無鉛易切削白銅及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種白銅合金材料，具體涉及一種無污染、易切削、機械加工性能良好的低鎳無鉛白銅合金，本發明還涉及該合金的制備方法。
背景技術：
在銅中添加鎳(Ni)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鋁(Al)等元素，制成的合金如鎳白銅、錳白銅、鋅白銅等，由于具有銀白色的色澤、優良的物理、化學、機械力學性能，而廣泛用于儀器儀表、電子電器、鐘表、眼鏡零配件等制造行業。目前國內外生產的鎳白銅、鋅白銅，具有使用性能和加工性能好的特點，在市場上得到廣泛使用，但是合金中鎳含量較高，通常在16%以上，由于鎳資源有限、價格高以及鎳元素對人體皮膚造成過敏等不足之處，該類合金在國外受到了一定的限制；錳白銅雖然具有價格好的優勢，但是其加工性能與鎳白銅、鋅白銅相比較差，難以替代鎳白銅、鋅白銅；而且，無論是鎳白銅、鋅白銅，還是錳白銅其切削性能均較差，這會嚴重影響合金的機械加工。因此，人們在白銅合金中添加微量的鉛(Pb) 1_3%，以改善其切削性能，如Cu43Nil2Zn38Mn5Pb2合金等，由于合金中含有鉛，可大幅度的提高切削性能，而被廣泛用于筆芯、眼鏡框架、儀器儀表、電子電器、鐘表等零配件制造行業，含鉛白銅在國內外市場用量都比較大。眾所周知，含鉛白銅合金材料在生產及使用過程中，會危害人體健康以及污染環境，美國、歐盟等國近年來相繼出臺了一系列相關的法律法規對鉛含量合金材料的使用進行嚴格的控制。因此，國內外對無鉛易切削銅合金材料的研究較多，也取得了一些進展，如專利:“一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金”(ZL200710118018.1), “一種無鉛易切削鋅白銅合金”(ZL200510061720.X)等均有相關研究，但對低鎳無鉛易切削白銅合金材料的研究還未見。
發明內容
本發明的目的在于提供一種低鎳無鉛易切削白銅合金及其制備方法，采用合金元素鈣(Ca)、鎂(Mg)等代替鉛(Pb)元素，可以改善合金的切削性能，同時降低合金中鎳(Ni)元素的含量，達到降低合金的生產成本、滿足合金的機械切削性能和安全環保的要求。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案實現:一種低鎳無鉛易切削白銅，所述白銅合金的重量百分比組成為:銅(Cu) 72.0 77.35%，鎳(Ni) I 5%，錳(Mn) 12%，鋅(Zn) 8%，鋁(Al) I %，“鎂 + 鈣” (Mg+30% Ca)
0.65 2.0%，余量為不可避免的雜質。制備上述低鎳無鉛易切削白銅的方法如下:制備原材料:以電解銅、銅鎳中間合金、銅錳中間合金、鋅、鋁、鈣、鎂為基礎原料。制備方法具體為:I)將銅(Cu)、錳(Mn)、鎳(Ni)放入坩堝，然后將坩堝放置在熔煉爐中；
2)加硼砂作覆蓋劑后，升溫至1250 1350°C熔煉；3 )待銅(Cu )、錳(Mn )、鎳(Ni )完全熔化后，向所述坩堝中添加鎂(Mg)、鈣(Ca)，繼續熔煉15 20分鐘；4)降溫至1200 1300°C，進行攪拌，攪拌的同時向所述坩堝中添加鋁(Al)、添加鋅(Zn)；5 )繼續熔煉5 10分鐘，保溫5 10分鐘；6)降溫至1100 1200°C進行澆鑄與鑄錠。進一步，所述步驟I)中的銅(Cu)采用電解銅，銅(Cu)的添加量為72.0 77.35%。進一步,所述步驟I)中的猛(Mn)的添加量為12%,鎳(Ni)的添加量為I 5%,分別以銅錳合金、銅鎳合金形式加入。進一步，所述步驟3)中的鎂(Mg)、鈣(Ca)以鎂鈣合金的形式加入，鎂鈣合金(Mg+30% Ca)的添加量為 0.65 2.0%。進一步,所述步驟4)中的招(Al)的添加量為1%,鋅(Zn)的添加量為8%。本發明低鎳無鉛易切削白銅合金是在銅鎳合金的基礎上，通過添加適量的合金元素猛、鋅、招、I丐、鎂等，同時降低鎳元素的含量制備的。合金中錳、鋅、鋁添加在銅中具有與鎳相同的作用，可以提高白銅合金的強度和彈性，且保持白銅合金的銀白色色澤和機械加工性能。本發明低鎳無鉛易切削白`銅合金具有以下優點:①切削加工性能良好。由于合金中含有錳、鋅、鋁、鈣、鎂等合金元素，在合金基體中形成細小顆粒且分布于合金基體內，可起到切削斷屑作用，所以本發明具有良好的切削加工性能。②制備成本低。本發明的白銅合金中大幅度降低了鎳含量，鎳含量為I 5%，與鋅白銅合金中鎳含量17 19%相比，減少12 18%的鎳，具有良好的制備成本優勢。③無污染，安全環保。本發明的白銅合金中采用鈣、鎂等代替鉛，徹底避免了鉛造成的污染，本發明低鎳無鉛易切削白銅合金材料，可廣泛用于精密零件、眼睛配件、拉鏈、鑰匙以及儀器儀表與鐘表工業等。
圖1為本發明低鎳無鉛易切削白銅的合金鑄錠照片；圖2為本發明所采用含鎳I %的合金鑄錠的切屑照片；圖3為本發明所采用含鎳2%的合金鑄錠的切屑照片；圖4為本發明所采用含鎳3%的合金鑄錠的切屑照片；圖5為本發明所采用含鎳4%的合金鑄錠的切屑照片；圖6為本發明所采用含鎳5%的合金鑄錠的切屑照片；
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達到預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖和較佳實施例，對本發明的結構、特征以及功效詳細說明如后。
本發明低鎳無鉛易切削白銅的制備方法中，配料計算需依據白銅合金性能要求和合金性質來選擇合金元素及其用量，進行合金成分設計和配料計算，配制合金爐料。本發明低鎳無鉛易切削白銅熔煉后降溫至1100 1200°C進行澆鑄，合金鑄錠如圖1所示，具有銀白色光澤。對合金鑄錠進行切削性能測試分析，合金試樣分析如圖2-圖6所示，結果表明本發明方法制備的合金具有良好的切削性能。實施例1按表I所述試驗方案，將77.35%的電解銅、12%的Mn、1%的Ni加入坩堝，并放置在熔煉爐中；加硼砂作覆蓋劑后，升溫至1250 1350°C ;電解銅、錳、鎳完全熔化后，加入
0.65%的“Mg+30% Ca”中間合金，熔煉15 20分鐘；降溫至1200°C，攪拌后加1%的純鋁、8%的純鋅，熔煉5 10分鐘，保溫5 10分鐘；降溫至1100 1200°C進行澆鑄和鑄錠。表I 本發明試驗方案實例(合金元素及含量％)
權利要求
1.一種低鎳無鉛易切削白銅，其特征在于，所述白銅合金的重量百分比組成為:銅72.0 77.35%,鎳I 5%,錳12%，鋅8%，鋁1%，“鎂+鈣” 0.65 2.0%,余量為不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的低鎳無鉛易切削白銅，其特征在于，所述“鎂+鈣”的組成為“Mg+30%Ca”。
3.如權利要求1所述的低鎳無鉛易切削白銅的制備方法，其特征在于，所述方法具體為: 1)將銅、錳、鎳放入坩堝，然后將坩堝放置在熔煉爐中； 2)加硼砂作覆蓋劑后，升溫至1250 1350°C熔煉； 3)待銅、錳、鎳完全熔化后，向所述坩堝中添加鎂、鈣，繼續熔煉15 20分鐘； 4)降溫至1200 1300°C，進行 攪拌，攪拌的同時向所述坩堝中添加鋁、添加鋅； 5)繼續熔煉5 10分鐘，保溫5 10分鐘； 6)降溫至1100 1200°C進行澆鑄與鑄錠。
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的銅采用電解銅，銅的添加量為72.0 77.35%。
5.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的錳的添加量為12%，鎳的添加量為I 5%。
6.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中的鎂、鈣以鎂鈣合金的形式加入，鎂鈣合金的組成為“Mg+30%Ca”，添加量為0.65 2.0%。
7.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中的鋁的添加量為1%，鋅的添加量為8%。
8.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的錳、鎳分別以銅錳合金、銅鎳合金形式加入。
全文摘要
本發明公開了一種低鎳無鉛易切削白銅，所述白銅合金的重量百分比組成為銅72.0～77.35%，鎳1～5%，錳12%，鋅8%，鋁1%，“鎂+鈣”0.65～2.0%，余量為不可避免的雜質。本發明的白銅合金采用合金元素鈣、鎂等代替鉛元素，可以改善合金的切削性能，同時降低合金中鎳元素的含量，達到降低合金的生產成本、滿足合金的機械切削性能和安全環保的要求。
文檔編號C22C1/02GK103074516SQ201310031860
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者蔡薇, 柳瑞清, 邱光斌, 王剛, 柳羏, 樊小偉 申請人:江西理工大學