環(huán)保易切削白色銅合金的制備及其相關基礎問題研究.pdf

1、Cu-Ni-Zn-Pb合金因具有高貴的銀白色金屬光澤，良好的機械性能、切削性能和抗腐蝕變色等性能而在造幣、裝飾、裝潢、海洋、化工、電力、醫(yī)療等領域得到廣泛應用。然而Cu-Ni-Zn-Pb合金中含有的Ni元素和Pb元素會對人體和環(huán)境造成危害和污染，歐美等發(fā)達國家現(xiàn)已對與人體接觸的產(chǎn)品中的Ni和Pb元素的含量及釋放量進行了嚴格限制，并禁止生產(chǎn)與人體直接接觸的含鎳制品。因此研制具有優(yōu)異綜合性能的無鎳無鉛的白色銅合金顯得尤為重要。
　　本

2、文針對Pb、Ni元素的替代和合金腐蝕性能的提高，以Mn和Zn為主要合金化元素，同時添加Al和微量Si、稀土Ce元素，設計開發(fā)出一種銀白色的Cu-12Mn-13Zn-1Sn-1Al-0.3Si-0.1Ce（wt.％）合金，并對該合金的加工性能、力學性能、切削性能、耐腐蝕性能及其相關機理展開研究，主要研究內(nèi)容及相關結(jié)論如下:
　　1.設計并制備的無鎳無鉛白色銅合金Cu-12Mn-13Zn-1Sn-1Al-0.3 Si-0.1Ce（wt

3、.％）擁有與傳統(tǒng)含鎳含鉛的Cu-15Ni-24Zn-1.5Pb（wt.％）合金相近的加工硬化率、力學性能、白色色度和在空氣中放置的抗變色能力，并具有優(yōu)于Cu-15Ni-24Zn-1.5Pb（wt.％）合金的冷軋變形能力、切削性能和在人工汗液中的抗腐蝕性能。
　　2.建立了無鎳無鉛白色銅合金Cu-12Mn-13Zn-1Sn-1Al-0.3Si-0.1Ce(wt.％)熱變形過程的本構方程:(ε)=e21.823[sinh(0.0082

4、5σ)]4.348exp(-201.020/(RT))，和應變量分別為0.5與0.7的加工圖，并確定出兩個可行的熱加工區(qū)域620℃～800℃/0.01 s-1～0.56s-1、670℃～770℃/0.01s-1～10s-1，合金最佳的熱變形條件為750℃/10s-1。
　　3.為提高無鎳無鉛白色銅合金的切削性能，在Cu-Mn-Zn系中加入Si元素，并對其作用機理進行研究，表明Si與Mn結(jié)合在合金中生成了尺寸約為1μm的以Mn3Si

5、相為主的第二相粒子，當合金中Si含量約為0.3wt.％時，這些均勻分布的Mn3Si相中大于臨界斷裂尺寸能有效起到斷屑作用的粒子含量已遠大于Cu-15Ni-24Zn-1.5Pb（wt.％）合金中有效Pb粒子的含量，因此使設計合金具有更低的切削力和更小的表面粗糙度。
　　4.應用電化學分析和X射線光電子能譜技術對所設計的Cu-12Mn-13Zn-1Sn-1Al-0.3Si-0.1Ce（wt.％）合金在人工汗液中浸泡的腐蝕過程和產(chǎn)物膜結(jié)

6、構進行研究。設計合金在人工汗液中浸泡一定時間后表面即生成一層鈍化膜，隨浸泡時間延長合金表面被進一步氧化生成致密的由Cu2O、Al2O3和SiO2組成的具有保護性的氧化膜。該保護膜隨浸泡時間的增厚增密引起了合金腐蝕速率的降低，同時導致合金的極化電阻Rp、膜電阻Rfilm、膜電容Cfilm和CPE系數(shù)Q0等電化學參數(shù)也因此隨浸泡時間呈規(guī)律性變化。
　　5.揭示了所設計的Cu-12Mn-13Zn-1Sn-1Al-0.3 Si-0.1Ce

7、（wt.％）合金分別在氯化鈉溶液和氯化鈉鹽霧2種環(huán)境下表面腐蝕產(chǎn)物膜的演變規(guī)律。腐蝕初期浸泡腐蝕嚴重，表面被大量氧化物覆蓋并有氯化物生成，而鹽霧條件下表面仍有60％純金屬未被氧化且無氯化物生成。隨腐蝕時間延長，2種條件下均生成具有內(nèi)外雙層結(jié)構的腐蝕產(chǎn)物膜。區(qū)別在于浸泡條件下外層膜以灰綠色均勻覆蓋的顆粒狀堿式氯化銅膜為主，而鹽霧條件下表面腐蝕產(chǎn)物膜則由液滴沉降情況決定，沉降區(qū)域表面與浸泡方式下的腐蝕情況相近，以藍綠色顆粒狀堿式氯化銅膜為主