一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料及其制造方法，本發(fā)明的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成：鋅1%～4.5%，錫6%～8%，鉍1%～2.5%，碳化硅1%～3%，余量為銅。本發(fā)明的合金新材料中采用鉍元素替換傳統(tǒng)銅合金中的鉛元素，并添加納米級(jí)碳化硅材料，通過(guò)鉍的冷漲熱縮性能及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產(chǎn)出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅材料。本發(fā)明在不增加成本的情況下，滿足了對(duì)該合金的環(huán)保性能的要求同時(shí)又進(jìn)一步改善了合金的切削性能和硬度，適合于高溫（400℃）情況的耐磨零部件。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金新材料生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，以及這種合金新材料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的錫青銅材料為了實(shí)現(xiàn)其易切屑性能往往會(huì)添加鉛元素，含鉛的錫青銅具有較高的耐磨性和良好的可加工性，纖焊和焊接性能好，主要用于制造航空、汽車(chē)及其他工業(yè)部門(mén)中承受摩擦的零件并進(jìn)行必要的焊接。但是由于鉛的特性，在進(jìn)行熱加工時(shí)，極易產(chǎn)生熱脆性，因此只能進(jìn)行冷加工，降低了合金新材料的可加工性，并且鉛對(duì)環(huán)境具有很大的危害，隨著環(huán)保意識(shí)的明顯提高，含鉛元素的青銅合金已經(jīng)不能滿足國(guó)內(nèi)外高端市場(chǎng)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種不含鉛，可加工性強(qiáng)的環(huán)保銅基合金新材料，以及這種合金新材料的制造方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅1%~4.5%，錫6%~8%，鉍1%~2.5%,碳化硅1%~3%，余量為銅。
[0006]進(jìn)一步地，所述各組分的重量百分?jǐn)?shù)配比如下:鋅2%~3%，錫6.5%~7.5%，鉍
1.5%~2.5%,碳化硅1.5%~2.5%,余量為銅。
[0007]進(jìn)一步地，所述各組分的重量百分?jǐn)?shù)配比如下:鋅2.5%，錫7%，鉍2%，碳化硅2%，余量為銅。
[0008]進(jìn)一步地，所述無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，包含以下步驟:
[0009]I)將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1100°C~1150°C完全溶化后，保溫至1000 C ；
[0010]2)將上述完全熔化的合金液充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，并保溫；
[0011]3) 1000°C保溫1.2~1.5小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用；
[0012]4)將鉍、碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫20-30分鐘；
[0013]5)將步驟4)的溶液添加到保溫完成的步驟3)的備用合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1100-150(TC，取樣化驗(yàn)各成分含量；
[0014]6)取步驟5)中各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則進(jìn)行下一步加工；
[0015]7)將步驟6)中合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用；[0016]8)用高精度車(chē)床對(duì)步驟7)中探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0017]更進(jìn)一步地，步驟2)中所述攪拌采用石墨棒。
[0018]更進(jìn)一步地，步驟2)中所述石墨粉的厚度為6~10cm。
[0019]更進(jìn)一步地，步驟4)中所述鉍的純度大于99.99%，碳化硅的粒徑范圍為I μ m〈粒徑 <10 μ m。
[0020]更進(jìn)一步地，步驟4)中所述加熱溫度為350~400°C，加熱時(shí)間為30~40分鐘。
[0021]更進(jìn)一步地，步驟6)中所述顯微鏡為800倍的金相顯微鏡。
[0022]采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的合金新材料中采用鉍元素替換傳統(tǒng)銅合金中的鉛元素，并添加納米級(jí)碳化硅材料，按照一定的成分配比，適當(dāng)?shù)臏囟?，通過(guò)鉍的冷漲熱縮性能及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產(chǎn)出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅材料。本發(fā)明在不增加成本的情況下，滿足了對(duì)該合金的環(huán)保性能的要求同時(shí)又進(jìn)一步改善了合金的切削性能和硬度，適合于高溫(400°C )情況的耐磨零部件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0023]圖1是本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅1%，錫6%，鉍1%，碳化硅1%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進(jìn)行以下步驟:
[0027]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1100°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為6cm，并保溫。1000°C保溫1.2小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m的碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為350°C，時(shí)間為30分鐘，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫20分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1100°C，取樣化驗(yàn)各成分含量。取上述各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則將合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用。用高精度車(chē)床對(duì)探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0028]實(shí)施例2
[0029]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅4.5%，錫8%，鉍
2.5%，碳化硅3%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進(jìn)行以下步驟:
[0030]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1150°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為10cm，并保溫。1000°C保溫1.5小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m的碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為400°C，時(shí)間為40分鐘，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫30分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1500°C，取樣化驗(yàn)各成分含量。取上述各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則將合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用。用高精度車(chē)床對(duì)探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0031]實(shí)施例3
[0032]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅2.5%，錫7%，鉍2%，碳化硅2%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進(jìn)行以下步驟:
[0033]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1125°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為8cm，并保溫。1000°C保溫1.3小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m的碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為375°C，時(shí)間為35分鐘，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中 ，保溫25分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1300°C，取樣化驗(yàn)各成分含量。取上述各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則將合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用。用高精度車(chē)床對(duì)探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0034]實(shí)施例4
[0035]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅1%，錫6%，鉍
2.5%，碳化硅3%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進(jìn)行以下步驟:
[0036]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1125°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為8cm，并保溫。1000°C保溫1.3小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m的碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為375°C，時(shí)間為35分鐘，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫25分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1300°C，取樣化驗(yàn)各成分含量。取上述各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則將合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用。用高精度車(chē)床對(duì)探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0037]實(shí)施例5
[0038]一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅4.5%，錫8%，鉍1%，碳化硅1%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進(jìn)行以下步驟:
[0039]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1130°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為9cm，并保溫。1000°C保溫1.4小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m的碳化硅按上述的重量百分配比同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為380°C，時(shí)間為36分鐘，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫26分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1400°C，取樣化驗(yàn)各成分含量。取上述各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則將合金液鑄造成錠或棒，而后超聲波探傷，探傷合格后備用。用高精度車(chē)床對(duì)探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
[0040]本發(fā)明提供的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料制造方法將傳統(tǒng)鉛元素替換為鉍元素，并添加納米級(jí)碳化硅材料，按照一定的成分配比，適當(dāng)?shù)臏囟龋ㄟ^(guò)鉍的冷脹熱縮性及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產(chǎn)出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅。
[0041]經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例得到的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的切削性能、硬度都優(yōu)于錫青銅。
[0042]綜上，實(shí)施例1-5提供的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料通過(guò)將傳統(tǒng)鉛元素替換為秘元素,并添加納米級(jí)碳化硅材料，由此來(lái)增加合金新材料的切削性能和硬度。其具體性能詳見(jiàn)下表:
[0043]表1無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料性能表
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，其特征在于，由以下重量百分?jǐn)?shù)的組分組成:鋅1%~4.5%,錫6%~8%，鉍1%~2.5%,碳化硅1%~3%，余量為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，其特征在于，各組分的重量百分?jǐn)?shù)配比如下:鋅2%~3%，錫6.5%~7.5%,鉍1.5%~2.5%,碳化硅1.5%~2.5%,余量為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料，其特征在于，各組分的重量百分?jǐn)?shù)配比如下:鋅2.5%，錫7%，鉍2%，碳化硅2%，余量為銅。
4.一種無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)按照權(quán)利要求1所述的配比將銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1100°C~1150°C完全熔化后，保溫至1000°C ； 2)將上述完全熔化的合金液充分?jǐn)嚢韬?，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，并保溫； 3)1000°C保溫1.2~1.5小時(shí)后，從電爐內(nèi)取出樣品，采用直讀光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行三到五次成分檢測(cè)，若各組分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)，則安置備用； 4)按照權(quán)利要求1所述的配比將鉍、碳化硅同時(shí)放置于坩堝爐中加熱，并用石墨棒進(jìn)行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當(dāng)中，保溫20-30分鐘； 5)將步驟4)的溶液添加到保溫完成的步驟3)的備用合金液中，再次用石墨棒進(jìn)行攪拌，并加溫至1100-150(TC，取樣化驗(yàn)各成分含量； 6)取步驟5)中各成分含量在規(guī)定范圍之內(nèi)的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則進(jìn)行下一步加工； 7)將步驟6)中合金液鑄造成錠或棒`，而后超聲波探傷，探傷合格后備用； 8)用高精度車(chē)床對(duì)步驟7)中探傷合格的錠或棒進(jìn)行表面處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述攪拌采用石墨棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述石墨粉的厚度為6~10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述鉍的純度大于99.99%，碳化硅的粒徑范圍為I μ m<粒徑〈10 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述加熱溫度為350~400°C，加熱時(shí)間為30~40分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛環(huán)保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟6)中所述顯微鏡為800倍的金相顯微鏡。
【文檔編號(hào)】C22C9/02GK103589902SQ201310554376
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】陸海榮, 孫飛, 趙勇 申請(qǐng)人:蘇州天兼金屬新材料有限公司