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新型无镍白铜的开发及性能的研究

肖翔鹏  
【摘要】: 白铜是以镍为主要合金元素的铜合金,白铜不仅具有银白色的外观,而且具有优良的耐蚀性和良好的力学性能及工艺性能,长期以来被广泛用作弹性元件和与人体皮肤接触的拉链、眼睛架、硬币等物品。由于镍对人体有致敏甚至致癌的影响,越来越多的国家开始限制甚至禁止使用含镍合金材料制造与人体接触的产品,目前白铜正面临严峻的挑战,特别是2002年9月12日在Nature上报导了锌白铜(Cu-Ni-Zn合金)材质的欧元硬币中的Ni引起皮疹和水疱后,Ni过敏问题更引起全社会的广泛关注。因此开发新型的无镍白色铜合金(简称“无镍白铜”)显得尤为重要。 高贵典雅的银白色金属光泽是白铜的重要特征之一,因此,新型的“无镍白铜”除了具备常规的使用性能和工艺性能之外,还必须满足颜色方面的要求。本文以Cu-Mn-Zn合金为研究对象,以无镍白色铜合金开发为研究目标,综合考虑材料的使用性能加工性能和成本等因素,开发了Cu-Mn-Zn系列无镍白色铜合金。该系列合金不含镍元素,不会对人体有致敏和致癌的影响。不含贵重元素,合金成分都是采用我国富有的元素。利用锰的“漂白”或“褪色”的作用充分发挥锌提高合金明度、降低红色成分和改善熔铸性能的优点;加入能进一步改善合金性能的铝元素,严格控制碳含量,从而形成了Cu-Mn-Zn系列无镍白色铜合金。定量研究了Cu-Mn-Zn三元合金的颜色特征探讨了Mn、Zn和Al等合金元素对颜色和色泽稳定性能的影响,开发出综合性能优良的新型Cu-Mn-Zn-Al系列无镍白色铜合金。 本文还对添加不同稀土Ce的Cu-Mn-Zn-Al合金进行加工工艺、性能及耐蚀性能的研究。对熔炼出来的合格铸锭进行热轧,用正交实验法研究合金的退火温度及保温时间。通过对合金材料组织与性能进行了大量的综合实验,确定最佳工艺。探讨稀土Ce对Cu-Mn-Zn-Al合金组织、性能及耐蚀性能的影响,得到了最佳的稀土添加量。研究结论如下: 通过元素对合金颜色和性能影响的正交实验,Cu-12Mn-8Zn-Al组织性能优良。稀土Cu-12Mn-8Zn-Al合金热轧时,铸锭开坯温度为850℃,保温时间1h;中间退火温度为750℃,保温时间2h。经过两次冷轧得到约0.3mm的带材。通过对正交实验数据及对合金金相的分析:合金(含0.04Wt% Ce)按工艺(第一次退火为750℃×2h,第二次退火为700℃×2h。)处理后带材的综合性能最佳,其抗拉强度为567.4MPa,伸长率为4.7%,洛氏硬度为85HRB。 试验证明:适量稀土元素Ce的加入能净化合金的基体和晶界、细化晶粒、提高合金的抗拉强度和提高合金的耐蚀性。稀土Cu-12Mn-8Zn-Al在颜色和性能上达到了锌白铜的指标,可以在生产中使用这种低成本的合金来代替锌白铜。


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