一種高強度耐腐蝕黃銅材料、制備及其應用的制作方法

本發明涉及一種采用稀土元素釤處理來提高普通黃銅材料耐蝕性的工藝方法，屬于材料防腐蝕技術以及金屬熔煉技術領域。

背景技術：

黃銅具有優良的力學性能、耐蝕性、導電和導熱性能以及加工工藝性，因而被廣泛用來制造衛生潔具、水暖器材、儀器儀表和液壓閥門等。但黃銅在使用過程中存在脫鋅腐蝕的問題，即鋅元素優先被腐蝕而脫落，留下疏松多孔結構，嚴重降低黃銅的力學性能，縮短了其使用壽命，也帶來了安全隱患。多年來為了抑制黃銅的脫鋅腐蝕，研究者們采取了多種措施，其中，添加合金元素是有效的方法。目前所采用的合金元素主要有砷、硼、錫、鎳、稀土等。其中砷是應用最廣泛的元素。但是砷有劇毒，在生產、使用過程中的揮發會對人體的健康造成傷害，未來應盡量避免使用。

幾年來，稀土元素因其獨特的物理和化學性質在合金中得到廣泛研究，學者們研究發現添加稀土金屬來改善黃銅的脫鋅腐蝕性能，具有明顯的效果，對銅合金材料的力學性能也產生了有利的影響。如何合理的利用我國的稀土資源以提高黃銅材料的耐腐蝕性能、改善其力學性能具有重要的研究和實際應用價值。

技術實現要素：

本發明的目的在于采用稀土元素釤處理工藝，提供一種抗脫鋅腐蝕性能好，塑形高且具有較高強度和硬度的黃銅材料。

本發明是通過以下步驟來實現的：

本發明的一種高耐蝕性黃銅材料，是由以下重量百分比的材料組成：銅（Cu）60.5%~63.5%，其余為鋅（Zn）及總量不大于0.5%的不可避免的雜質，釤（Sm）添加量為0.03%~0.2%。

上述本發明的耐蝕性黃銅材料，所述材料的最優組成為：銅（Cu）62%，最佳稀土元素釤（Sm）添加量為0.5%，其余為鋅（Zn）及總量不大于0.5%的不可避免的雜質。

上述本發明耐蝕性黃銅材料是通過以下制備方法來實現的，其步驟為：

（1）將電解銅塊（板）放入石墨粘土坩堝中，用中頻感應爐加熱熔化；在銅即將熔化前加入碎玻璃作為覆蓋劑，防止金屬銅的氧化，升溫熔化至1100~1200℃，加入預熱的鋅錠塊，用碳棒攪拌使鋅完全熔化；

（2）合金繼續升溫至1300~1400℃，加入用銅箔包裹的釤，用碳棒攪拌，靜置5~10分鐘，調低溫度，合金液在1200℃左右出爐澆鑄成形。

本發明在普通黃銅的基礎上采用稀土元素釤處理的方法，使得黃銅的微觀組織發生了較大的變化，由為處理時的大晶粒轉變為分散更加均勻的小晶粒，使晶界增多，同時對脫鋅腐蝕較為敏感的第二相β相有所減少。這些微觀組織的變化使得本發明材料的抗脫鋅腐蝕性能得到明顯提升。標準抗脫鋅腐蝕試驗顯示，本發明黃銅材料的失重腐蝕速率明顯小于現有普通黃銅材料的失重腐蝕速率。

晶粒大小和β相形狀的變化使得本發明黃銅材料的強度、硬度和耐腐蝕性能得到較大提高，伸長率有所下降。黃銅經常用來制造管材以及閥門，本發明材料強度和耐蝕性的提高有利于提高其使用壽命，且此時的伸長率下降不大，有較好的綜合力學性能。

綜上所述，本發明材料有良好的耐腐蝕性及綜合力學性能，適合于制造有耐蝕性要求的衛生潔具、水暖器材、儀器儀表、冷凝管和閥門等。

具體實施方式

對比例1：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：62%Cu，釤（Sm）處理量為0%，其余為Zn和不可避免雜質。

采用以下步驟制得:

將電解銅塊（板）放入石墨粘土坩堝中，用中頻感應爐加熱熔化；在銅即將熔化前加入碎玻璃作為覆蓋劑，防止金屬銅的氧化，升溫熔化至1100~1200℃，加入預熱的鋅錠塊，用碳棒攪拌使鋅完全熔化；出爐澆鑄成形。所得合金性能見圖1。

對比例2：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：62%Cu，鑭（La）處理量為0.5%，其余為Zn和不可避免雜質。

采用以下步驟制得:

（1）將電解銅塊（板）放入石墨粘土坩堝中，用中頻感應爐加熱熔化；在銅即將熔化前加入碎玻璃作為覆蓋劑，防止金屬銅的氧化，升溫熔化至1100~1200℃，加入預熱的鋅錠塊，用碳棒攪拌使鋅完全熔化；

（2）合金繼續升溫至1300~1400℃，加入用銅箔包裹的鑭，用碳棒攪拌，靜置5~10分鐘，調低溫度，合金液在1200℃左右出爐澆鑄成形。所得合金性能見圖1。

實施例1：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：62%Cu，釤（Sm）處理量為0.03%，其余為Zn和不可避免雜質。

采用以下步驟制得:

（1）將電解銅塊（板）放入石墨粘土坩堝中，用中頻感應爐加熱熔化；在銅即將熔化前加入碎玻璃作為覆蓋劑，防止金屬銅的氧化，升溫熔化至1100~1200℃，加入預熱的鋅錠塊，用碳棒攪拌使鋅完全熔化；

（2）合金繼續升溫至1300~1400℃，加入用銅箔包裹的釤，用碳棒攪拌，靜置5~10分鐘，調低溫度，合金液在1200℃左右出爐澆鑄成形。所得合金性能見圖1。

實施例2：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：62%Cu，釤（Sm）處理量為0.5%，其余為Zn和不可避免雜質。

按照本組成配比和實施例1同樣的制備工藝步驟和參數進行熔煉，澆鑄，經以上工藝過程，制成黃銅材料。所得合金性能見圖1。

實施例3：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：62%Cu，釤（Sm）處理量為2.0%，其余為Zn和不可避免雜質。

按照本組成配比和實施例1同樣的制備工藝步驟和參數進行熔煉，澆鑄，經以上工藝過程，制成黃銅材料。所得合金性能見圖1。

實施例4：

本發明實施材料的組成重量比（wt.%）為：72%Cu，釤（Sm）處理量為0.5%，其余為Zn和不可避免雜質。

按照本組成配比和實施例1同樣的制備工藝步驟和參數進行熔煉，澆鑄，經以上工藝過程，制成黃銅材料。所得合金性能見圖1。

對比例1和實施例的各性能對比結果如圖1所示，結果表明，本發明合金比H62銅合金的耐脫鋅腐蝕明顯提升，失重腐蝕速率最低降到9.91g^.m^-2.h^-1,降低了42.7%。同時本發明合金抗拉強度最高達到425.1MPa，比H62銅合金提升了27.3%，屈服強度提升了33.4%，延伸率降低了39.3%。由圖1可知，最佳Sm的添加量為0.5%。

對比例2和實施例的各性能對比結果如圖1所示，結果表明，當鑭和釤的添加量相當時（對比例2和實施例2對比），鑭的效果沒有采取釤處理的效果好，所以采用釤處理黃銅對提高其耐蝕性及綜合力學性能具有明顯的優勢。

附圖說明

圖1所示為不同合金的性能圖。