飲用水輸配專用環保黃銅合金及其制備方法
【專利摘要】飲用水輸配專用環保黃銅合金，其組分及重量百分比為：Cu 57~65%；Bi 0.4~1.6%；Sn 0.09~1.0%；Ni 0.01~0.5%；Al 0.1~1.0%；Mg 0.05~1.0%；Fe<0.2%；Pb<0.01%；余量為Zn及總量不大于0.3%的雜質。制備方法，包括配料、熔煉、鑄造、擠壓、酸洗、拉伸、矯直和成品熱處理，將電解銅、錫青銅、鉍黃銅、電解鎳、鋅錠、錫錠、鋁錠和鎂錠，按配比量依次加入工頻爐中熔煉。本發明的合金制品與水體接觸金屬析出少，滿足《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》規定的各項指標要求，更適合應用于飲用水輸配水設備及防護材料的制備。從金相圖中可看出組織較均勻成球形狀，具有較好的切削性和耐腐蝕性，有利于抑制合金的鋅和鉛金屬析出量。
【專利說明】
飲用水輸配專用環保黃銅合金及其制備方法
[0001 ]
技術領域： 本發明設及合金材料技術領域，具體設及一種飲用水輸配專用環保黃銅合金及其制備 方法。
[0002]
【背景技術】： 生活飲用水的水質與人體健康息息相關。隨著生活水平的發展，飲用水的水質越來越 受到人們關注。飲用水有害物污染主要源于兩個方面，一是水質源頭自身污染，二是與飲用 水接觸的輸配水材質或其它材料導致的二次污染。由于目前我國大部分地區W氯為水體消 毒劑，飲用自來水中過量的余氯污染就屬于源頭污染;而網絡、新聞報道的譬如水龍頭"鉛 污染"、"鋒超標"等事件，則主要由后續輸配設施及材料的二次污染導致。針對上述飲用水 二次污染，國家衛生部就飲用水輸配水設備、防護材料W及水處理材料的衛生安全評價作 了規定，并制定了《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》。
[0003] 黃銅合金因其具有特殊的抑菌殺菌性能、良好的耐腐蝕、冷熱成型、W及再生回收 等特點，廣泛應用于水嘴、閥口、管接件等輸配水設備。在眾多黃銅合金中，鉛黃銅因其優異 的易切削性最為廣泛使用，但在使用過程中，金屬鉛易從黃銅基體中溶出而進入水體，導致 飲用水鉛超標。目前從國內企業和檢測室調研的信息表明，大部分鉛黃銅材質產品的重金 屬析出量均難W達到衛生部頒布的《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規 范》相關標準(任立軍等，《水嘴浸泡中重金屬析出量的測定及標準值》，化學分析計量，2012 年，21 卷，3 期，44-47)。
[0004] 易切削低鉛、無鉛黃銅合金作為鉛黃銅的代替品已廣泛研究，有部分產業化。市售 低鉛黃銅合金，如C46500、C46400，由于合金本身仍含有一定量鉛元素，W此為基體的產品 浸泡鉛析出值雖遠低于普通鉛黃銅材質產品，但依舊不能達到《生活飲用水輸配水設備及 防護材料衛生安全評價規范》規定的其浸泡鉛析出值不大于O.OOlmg/L的標準。對于市售無 鉛易切削黃銅合金，目前W祕黃銅為主，包括皿巧9-1、皿i60-l、皿i60-0.6等，由于材質本 身不含鉛或含鉛量極低，相關產品的浸泡鉛析出符合上述標準，但其它金屬析出量，如金屬 鋒析出，則遠高于《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》規定的要求。鋒 過量容易鋒中毒，臨床表現為頑固性貧血，食欲下降，合并有血清脂肪酸及淀粉酶增高。
[0005] 當前產業化的主流易切削黃銅合金為材質的輸配水產品，金屬析出量均不能完全 符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》規定的相關標準，產品如用于 生活飲用水輸配水設備使用，不可避免地存在金屬污染隱患。因此，開發一種易產業化的， 適用于制備生活飲用水輸配的易切削環保黃銅合金，即滿足市場需要，也符合生活水平提 高的要求。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的一個技術問題是針對現有技術的上述不足，提供一種適用于制備 飲用水輸配專用的易切削環保黃銅合金，W所述環保黃銅合金為基體材質制備的輸配水材 料符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》規定的標準要求。
[0007]本發明要解決的另一個技術問題是提供一種飲用水輸配專用的易切削環保黃銅 合金的制備方法。
[000引飲用水輸配專用環保黃銅合金，其組分及重量百分比為：Cu 57~65%;Bi 0.4~ 1.6%;Sn 0.09~1.0%;Ni 0.01 ~0.5%;A1 0.1 ~1.0%;Mg 0.05~1.0%;Fe < 0.2%;Pb <0.0!0/0; 余量為化及總量不大于0.3%的雜質。
[0009] 作為優選，飲用水輸配專用環保黃銅合金，其組分及重量百分比為:化60~63%;Bi 0.6~1.2%;Sn 0.2~0.6%;Ni 0.05~0.2%;A1 0.3~0.8%;Mg 0.1~0.6%;Fe < 0.2%;Pb < 0.01%;余量為化及總量不大于0.2%的雜質。
[0010] 本發明的一種適用于制備生活飲用水輸配專用環保黃銅合金，在合金中限定金屬 種類及添加量的原因在于： Bi :主要是為了改善合金切屑性能加入的。對于優選方案，Bi含量低于0.4%，切削性能 不佳;大于1.2%，切削性能的進一步提高不明顯，且增加成本，因此優選范圍為0.6~1.2%。 [0011] Sn:主要是提高合金的耐腐蝕能力。對于優選方案，Sn含量低于0.2%，合金的耐腐 蝕能力提高不明顯，如元素高于0.6%，耐腐蝕性能進一步增加不明顯，且增加成本，因此優 選范圍為0.2~0.6〇/〇。
[0012] Ni:主要是協同Sn元素增加合金的耐腐蝕能力。對于優選方案，Ni含量低于0.05%， 與協同Sn元素對合金的耐腐蝕性增強不明顯;Ni元素高于0.2%，協同Sn元素對合金的耐腐 蝕性進一步增加不明顯，因此優選范圍為0.05~0.2%。
[0013] A1:主要是提高合金的耐腐蝕性與熱加工性能。對于優選方案，A1含量低于0.3%， 對提高合金材料的耐腐蝕性效果不明顯;A1含量高于0.8%，熱加工過程中易產生"粘模"現 象，因此優選范圍為0.3~0.8%。
[0014] Mg:提高材料的耐腐蝕性和熱加工性能，并球化基體提高合金的切削性。對于優選 方案，Mg含量低于0.1%，對材料的耐腐蝕性熱加工性提高不明顯;Mg含量高于0.6%，合金的 耐腐蝕性進一步增加不明顯，且有下降趨勢，因此優選范圍為0. ^0.6%。
[0015] 化:化含量高，α相多，材料耐腐蝕性、塑性好，但成本高;Cu含量過低，塑性變差，因 此優選范圍為化60~63%。
[0016] 飲用水輸配專用環保黃銅合金的制備方法，包括配料、烙煉、鑄造、擠壓、酸洗、拉 伸、矯直和成品熱處理，其特征是:將電解銅、錫青銅、祕黃銅、電解儀、鋒錠、錫錠、侶錠和儀 錠，按配比量依次加入工頻爐中烙煉； 錫青銅中錫含量2.0-6.5%wt，祕黃銅中祕含量為0.2-3%wt、錫含量0.1-1.5%wt; 烙煉溫度為1030~1150°C，待金屬全部烙化后，取樣檢測合金成分含量，調整精煉合金 組成的含量； 采用水平連鑄或半連鑄鑄成圓柱錠，其中水平連鑄溫度為930~1030°C，半連鑄溫度為 980~1080。。 在擠壓溫度為560~680°C下對鑄錠進行擠壓加工成毛巧； 將擠壓毛巧進行酸洗，洗液為硫酸水溶液或硫酸/硝酸混合水溶液酸洗； 將已拉伸矯直后的毛巧，進行熱處理，在溫度為260~340°C，熱處理3~8小時，W消除產 品的應力。
[0017] 與現有技術相比，本發明的環保黃銅合金具有W下優點： 1、具有良好的機加工性能、切削性能W及耐腐蝕性。
[0018] 2、與水體接觸條件下，重金屬析出少。W本發明的黃銅合金為基體材質制備的輸 配水設備，滿足《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》規定的各項指標要 求。因此，相比其它黃銅合金材料，本發明的環保黃銅合金更適合應用于飲用水輸配水設備 及防護材料的制備。
[0019] 3、從金相圖中可看出組織較均勻，球形狀，具有較好的切削性，有利于抑制合金的 鋒和鉛金屬析出量。
[0020] 說明書附圖 圖1是實施例1環保黃銅合金的金相樣品照片(橫向，100倍）。
[0021] 圖2是實施例1環保黃銅合金的金相樣品照片(縱向，100倍）。
[0022] 從晶相圖中可W看出，材料基體為等軸狀的α相，其間分布著等軸狀的β相，同時， 兩相均呈現出明顯的球化特征，上述特征具有W下優點：1)有利于后續的冷、熱加工;2)提 高材料的切削性能;3)有利于抑制合金中鋒和鉛金屬的析出。
【具體實施方式】
[0023] W下結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0024] 本發明的實施例1~實施例10按設定的元素成分進行配料、在工業化規模條件下， 采用電爐烙煉，經鑄造、擠壓、酸洗、拉伸、矯直，最后熱處理得到成品。
[0025] 本發明環保黃銅合金的各實施例的具體化學成分含量見表1所示。
[0026] 表 1
本發明的環保黃銅合金的工藝路線如下： 原材料準備^電爐烙煉^水平連鑄或半連鑄鑄造^熱擠壓^酸洗^拉伸^矯直^熱 處理^檢驗^成品包裝 具體可表述如下：W重量百分比計，按照表1中環保黃銅合金的化學含量成分進行配 料，將電解銅、錫青銅、祕黃銅、電解儀、鋒錠、錫錠、侶錠、儀錠依次加入感應電爐進行烙煉， 采用木炭或石墨鱗片進行覆蓋，烙煉溫度為1030~1150°C ;待金屬全部烙化后，取樣檢測合 金成分含量，調整精煉合金成分的含量;對上述合金在930~1080°C溫度下進行鑄造成圓柱 鑄錠;在560~680°C下對鑄錠進行擠壓加工成毛巧;將上述擠壓毛巧在硫酸水溶液或硝酸/ 硫酸混合水溶液中進行酸洗浸泡，隨后按所需規格進行拉伸處理;拉伸產品經矯直后，在 260~340 °C下進行去應力退火。最后經檢驗，成品包裝入庫。
[0027] 本發明環保黃銅合金的各實施例的生產工藝按表2進行烙煉、鑄造、擠壓、酸洗、延 伸、及熱處理，最終得到棒巧成品。
[0028] 表 2
應用例 為了驗證本發明的環保黃銅合金應用于飲用水輸配設備的實際可行性，我們選取了本 發明的上述實施例中的環保黃銅合金，并選擇了幾種市售黃銅合金材料作為對比材料，在 寧波市杰克龍精工公司進行加工，制備了幾種規格型號的閥體產品。所得產品按照《生活飲 用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》附錄A的規定進行浸泡試驗，根據檢測結果 對實例UGkl6T/ND32閥體)產品的衛生安全與規定要求進行評價，具體見表3 表 3 Gkl6T/ND32 閥體
同樣對實例2、實例6、實例10按照《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規 范》附錄A的規定進行浸泡試驗，檢測結果均符合。對上述檢測結果與市售合金對比，見表4。 其中Zn析出增量為0.002 mg/L -0.15 mg/L，饑析出增量為零，遠小于評價規范標準，更加 適合于生活飲用水輸配水設備及防護材料應用。
[0029]表4
【主權項】
1. 飲用水輸配專用環保黃銅合金，其特征是其組分及重量百分比為：Cu 57~65%;Bi 0.4~1.6%；Sn 0.09-1.0%；Ni 0.01-0.5%；A1 0.1-1.0%；Mg 0.05-1.0%；Fe < 0.2%；Pb < 0.01%;余量為Zn及總量不大于0.3%的雜質。2. 根據權利要求1所述的飲用水輸配專用環保黃銅合金，其特征是其組分及重量百分 比為：Cu 60~63%;Bi 0.6~1.2%;Sn 0.2~0.6%;Ni 0.05~0·2%;Α1 0.3~0.8%;Mg 0.1~0.6%; Fe〈 0.2%;Pb〈0.01%;余量為Zn及總量不大于0.2%的雜質。3. 飲用水輸配專用環保黃銅合金的制備方法，包括配料、熔煉、鑄造、擠壓、酸洗、拉伸、 矯直和成品熱處理，其特征是:將電解銅、錫青銅、鉍黃銅、電解鎳、鋅錠、錫錠、鋁錠和鎂錠， 按配比量依次加入工頻爐中熔煉，熔煉溫度為1030~1150°C，待金屬全部熔化后，取樣檢測 合金成分含量，調整精煉合金組成的含量；采用水平連鑄或半連鑄鑄成圓柱錠，其中水平 連鑄溫度為930~1030°C，半連鑄溫度為980~1080°C ;在擠壓溫度為560~680°C下對鑄錠進行 擠壓加工成毛坯；將擠壓毛坯進行酸洗，洗液為硫酸水溶液或硫酸/硝酸混合水溶液酸洗； 將已拉伸矯直后的毛坯，進行熱處理，在溫度為260~340°C，熱處理3~8小時，以消除產品的 應力。4. 根據權利要求3所述的飲用水輸配專用環保黃銅合金的制備方法，其特征是所述錫 青銅中錫含量2.0-6.5%wt。5. 根據權利要求3所述的飲用水輸配專用環保黃銅合金的制備方法，其特征是所述鉍 黃銅中鉍含量為0.2-3%wt、錫含量0.1 -1.5%wt。
【文檔編號】C22C1/03GK106011532SQ201610501232
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】傅杰, 劉欽雷, 巢國輝, 張翼
【申請人】寧波金田銅業(集團)股份有限公司