專利名稱：一種造幣用金黃色銅合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黃色銅合金，特別是涉及一種具有高抗變色、良好冷加工性能的造幣用金黃色銅合金材料，主要應(yīng)用造幣坯料和各種裝飾材料。
背景技術(shù)：
近年來，24K金色以其富麗堂皇、瑰麗悅目的特點(diǎn)，正在逐步取代流行了幾十年的鍍鉻亮銀色的地位，成為國際時(shí)髦的流行色。金由于具有美麗的金黃色，化學(xué)穩(wěn)定性好，力口熱時(shí)不變色，具有極好的抗氧化性，因此，古今中外一直被用于制作首飾，極受人們青睞。近代消費(fèi)意識(shí)重視款式新穎，花色翻新，黃金首飾的保值觀念逐漸為價(jià)格低廉，美觀，品種繁多的仿金首飾所替代。現(xiàn)在，國內(nèi)外仿金銅合金材料的研究和生產(chǎn)也迅速地發(fā)展起來，產(chǎn)品波及到豪華建筑的室內(nèi)外裝潢、高級客車的扶手、門坎、家用器皿、工藝美術(shù)品、旅游紀(jì)念品等等領(lǐng)域；另外，仿金銅合金材料因其色澤美觀，世界多國均采用其作為造幣材料。作為造幣用的仿金銅合金材料應(yīng)具備以下主要品質(zhì)即金黃的色澤，化學(xué)穩(wěn)定性好，表面抗變色性 好和良好的加工工藝性能。然而目前作為造幣用的防金銅合金硬幣坯餅的變色問題在世界造幣行業(yè)普遍存在，在批量生產(chǎn)過程中，坯餅變色迅速，有的僅幾個(gè)小時(shí)就發(fā)生明顯的變色，不得不投入大量的人力、物力進(jìn)行返洗處理，既造成生產(chǎn)效率的降低，又影響成品硬幣的表面質(zhì)量。例如，我國銅合金普通紀(jì)念幣所采用的HSn72-l-l黃色銅合金，該材料在儲(chǔ)運(yùn)和使用過程中易變色，因而銅及其合金的變色問題亟待解決。很多研究者都進(jìn)行了防金銅合金易變色問題的研究工作。文獻(xiàn)《二元銅基合金的色澤特性》研究了在純銅中分別添加元素Al、Zn、Sn、Mn、Si對合金金色度的影響規(guī)律，該文獻(xiàn)對于各元素具體添加量未作報(bào)道。文獻(xiàn)《仿金裝飾品鑄件的鑄造生產(chǎn)》研究了用于仿金裝飾品鑄件的鋅白銅的鑄造性能，該合金主要成分是Zn30%、Nill%，Mn5%、Sil. 2%, REO. 02%，合金中Ni元素含量高，增加了該合金的原材料成本，同時(shí)合金顏色泛白。文獻(xiàn)《抗變色仿金合金的研究)》報(bào)道了一種成分為2-30% Zn，2-10% Al，O. 05-2. 5%Si,l. 5-10%Ni，O. 05-0. 5% Re的抗變色防金鑄造銅合金，該合金Ni元素含量偏高，主要用于鑄造，且原材料成本高。文獻(xiàn)《銅基仿金合金》闡述了研制銅基仿金合金的原理及其金色度和抗變色性的測試方法，分別敘述了鋁、鋅、錫、銦、硅、鎳、稀土等元素對合金金色度和抗變色性的影響，提供了一種防金銅合金Zn 20% 30%，Al 3%, Si O. 05% 2. 5%，RE O. 05% O. 10%，余量為Cu，該合金中Al元素含量偏高，會(huì)影響熔煉過程中熔體的質(zhì)量，熔體粘度增大，鑄錠難度大。文獻(xiàn)《銅及其合金防變色工藝研究現(xiàn)狀》概述了銅及其合金變色過程及變色抑制效果的評價(jià)方法，著重?cái)⑹隽朔雷兩に囇芯楷F(xiàn)狀，對防變色工藝的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。文獻(xiàn)《新型仿24K金稀土銅合金粉的研制》報(bào)道了一種24K金銅金粉的成分范圍Zn，20% 27% ;Α1，0· 5% 2. 0% ;Ni，O. 5 % 2. O % ；Sn,0. I % O. 25 % ;In，O. 2% O. 5% ；Si,0. 2% I. 5% ；Re,0. 1% O. 3% ;Cu，余量，該合金中含價(jià)格昂貴的In以及Sn，使原材料成本增加，稀土元素含量偏高，會(huì)嚴(yán)重降低合金溶體的流動(dòng)性，導(dǎo)致熔體中吸附氣體排出困難，造成鑄錠出現(xiàn)氣孔等缺陷。文獻(xiàn)《裝飾金用銅基合金》主要描述了合金的熔煉工藝和力學(xué)性能，報(bào)道的合金Al元素含量偏高，熔體粘度增大，鑄錠難度大，氧化夾雜嚴(yán)重；另外所報(bào)道的有的合金體系中含有有毒元素Cd。現(xiàn)有技術(shù)中，已公開的專利有美國專利US. 36. 655. 367 ；US. 3. 958. 322 ；US. 3. 988. 633 ；US. 4. 113. 475 ；US. 4. 493. 736 ；US. 4. 589. 938.日本專利JP61. 143. 545 ；Jp61. 243. 141 ;JP85. 041. 692.這些專利報(bào)報(bào)道的仿金合金按其主要元素組成大致可以分為三類，即鋁青銅基、黃銅基和鋁黃銅基合金，在這些基體中含有一種或多種微量元素，如Au、Pt、Pd、In、Ir、Ag、Ti 等。中國相關(guān)的專利如下專利CN 1030796A公布了一種仿金裝飾用銅基合金材料，成分為兩種一種是除銅外還包括鋅、鋁，鈦或鉻、鎳、錫、錳或磷和混合稀土 ；另一種是除銅外還包括鎳、鋁、錳和混合稀土，合金體系中Zn含量低而Ni含量高，顏色泛白且原材料成本高。專利CN 87102903A報(bào)道了一種金色抗變暗青銅裝飾合金，是由鋁、錫、銅和稀土等元素組成，具體成分是A12-7 %,Snl-5%,稀土小于I %,余量為銅,金色光澤相當(dāng)于18K金,該合金銅含量高，且含錫，因此其原材料成本較高。CN88100404A報(bào)道一種鋁青銅合金，且含價(jià)格昂貴的銦。專利CN1353772A報(bào)道了一種成分為鋅10-15%，錳7-12%，鎳2_6%和錳·5-10%，鋅10-14%，鎳2-6%合金，該合金銅和鎳的含量高，原材料成本高。CN 1382818A公開了一種耐蝕多元仿金色鑄造銅合金及其制造方法，其組分按重量百分比為Cu60-84% ；Zn0-35%；A10. 5-10% ；NiO. 5-15 ；MnO. -8% ；FeO-5% ；TiO. 01-15% ；CeO. 001-5% ；SnO-8% ,主要用于鑄造成型，而非加工成型。CN1040225A公布了一種仿金裝飾材料，它是以銅鋁銀或少量純金組成，用在真空蒸鍍對非金屬材料表面裝飾。CN 1096545A公布了一種仿金裝飾用銅青銅基合金材料及其制造加工技術(shù)，它由Al 3-9%, Sn 1-4%, In O. 1-1.60%, NiO. 1-1. 2%,Fe O. 01-1,0%,Cr O. 01-0. 7%，稀土 O. 01-0. 8%和銅組成，該材料原材料成本高，且Al含量高，熔鑄難度增加。仿金合金的抗變色性是一個(gè)異于耐腐蝕性的概念，考察其抗變色性能，需要分別對其在鹽霧、高濕、H2S, SO2等環(huán)境下考核其抗變色性能，上述專利均無此方面的描述。另外，作為一種產(chǎn)品，低的原材料價(jià)格是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種合金組分合理、原材料價(jià)格便宜、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低、操作方便、金色度高、在鹽霧、高濕、H2S、S02等環(huán)境下抗變色性能優(yōu)異、環(huán)境友好的造幣用金黃色銅合金材料及其制備方法，以滿足造幣坯餅和各種裝飾材料中對高抗變色、金黃色銅合金的需求。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種造幣用金黃色銅合金材料，它是由下述組分按質(zhì)量百分比組成Cu:75. 0-77. Owt %,、Al :1. 8-2. 4wt Ni 0. 2-0. 8wt %、B :0. 003-0. Olwt Si
0.10-0. 20wt% > Ce 0. Iwt% > Fe 0. 06wt% > Pb 0. 05wt%、余量是 Zn。一種所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，它包括以下步驟a、熔煉、鑄錠將電解銅、鎳烘干后放入熔煉爐中，用煅燒木炭、冰晶石和氟化鈣作覆蓋劑，升溫加熱，待銅溶化后加入Cu-8wt%中間合金脫氧，將爐溫控制在1020-1060°C后，將Al、Cu-IOwt%Si中間合金加入，待其完全熔化后，將爐溫控制在1020-1060°C，將烘干鋅加入，然后加入銅一鈰和鎳一硼中間合金，熔勻后形成CuZnAlNiSiCeB合金熔體，撈渣，將爐溫控制在1060-1120°C，進(jìn)行澆鑄；b、銑面；c、冷軋；d、中間退火；e、再冷軋；f、中間退火；g、銑面；h、冷精軋將步驟g所得的板坯經(jīng)30% -60%變形量的冷軋，得到厚度為2±0. 05mm的板材；
i、成品退火，即得。所述的c步驟的冷軋具體是將步驟b所得表面無缺陷的鑄錠，直接進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60 %，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75 %。所述的d、f和i步驟的退火具體是將上一個(gè)步驟所得 冷軋板，在670-710°C分解氨的氣氛下退火30-60min。所述的e步驟的冷軋具體是將步驟d所得退火態(tài)板坯，進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60%，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75%。所述的g步驟的銑面具體是將步驟f所得的退火態(tài)板進(jìn)行雙面銑面處理。所述的熔煉爐為中頻感應(yīng)熔煉爐。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果如下本發(fā)明合理控制Al及Ce的含量，在保證合金抗變色性能的前提下，合金熔煉與鑄造工藝良好，鑄錠質(zhì)量好。本合金具有優(yōu)異的冷加工性能，道次冷加工量最大可達(dá)到60%，節(jié)省加工成本。本合金成本低廉，在高濕、鹽霧、H2S、S02等環(huán)境下均變現(xiàn)出優(yōu)異的抗變色性能。本合金的成分組元及其最佳含量之間的匹配關(guān)系與現(xiàn)有文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道的合金的成分組元及其含量之間的匹配關(guān)系不同。本發(fā)明合金與現(xiàn)有的造幣材料HSn72-l-l合金相比，金色度更高，其在高濕、人工汗液、鹽霧、SO2和H2S濕熱環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗變色性能；同時(shí)，加工硬化率和硬度均滿足造幣工藝要求。本發(fā)明所制備的合金具有高抗變色性能，顏色為金黃色、原材料和制造成本低等特性，可適用于造幣、裝飾等領(lǐng)域。


圖I是實(shí)施例2中1#合金與HSn72-l_l合金的加工硬化率比較圖。圖2是實(shí)施例2中2#合金與HSn72-l_l合金的加工硬化率比較圖。圖3是實(shí)施例4中1#合金與HSn72-l_l合金高濕環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖4是實(shí)施例4中2#合金與HSn72-l_l合金高濕環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖5是實(shí)施例4中1#合金與HSn72-l_l合金在人工汗液抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖6是實(shí)施例4中2#合金與HSn72-l_l合金在人工汗液抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖7是實(shí)施例4中1#合金與HSn72-l_l合金在鹽霧環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖8是實(shí)施例4中2#合金與HSn72-l_l合金在鹽霧環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖9是實(shí)施例4中1#合金與HSn72-l_l合金SO2環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖10是實(shí)施例4中2#合金與HSn72-l_l合金SO2環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖11是實(shí)施例4中1#合金與HSn72-l_l合金H2S環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖12是實(shí)施例4中2#合金與HSn72-l_l合金H2S環(huán)境下抗變色性實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受實(shí)施例所限。
下述實(shí)施例1-4中造幣用金黃色銅合金材料的制備方法如下a、熔煉、鑄錠將電解銅、鎳烘干后放入中頻感應(yīng)熔煉爐中，用煅燒木炭、冰晶石和氟化鈣作覆蓋劑，升溫加熱，待銅溶化后加入Cu-8wt%P中間合金脫氧，將爐溫控制在1020-1060°C后，將Al、Cu-10wt%Si中間合金加入，待其完全熔化后，將爐溫控制在1020-1060°C，將烘干鋅加入，然后加入銅一鈰和鎳一硼中間合金，熔勻后形成CuZnAlNiSiCeB合金熔體，撈渣，將爐溫控制在1060-1120°C，經(jīng)鐵模進(jìn)行澆鑄；b、銑面將步驟a所得鑄錠銑去表面缺陷；c、冷軋將步驟b所得表面無缺陷的鑄錠，直接進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60%，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75% ;d、中間退火將步驟c所得冷軋板，在670-710°C分解氨的氣氛下退火30-60min ;e、再冷軋將步驟d所得退火態(tài)板坯，進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60%，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75% ;f、中間退火將步驟e所得冷軋板，在670-710°C分解氨的氣氛下退火30-60min ;g、銑面將步驟f所得的退火態(tài)板進(jìn)行雙面銑面處理；h、冷精軋將步驟g所得的板坯經(jīng)30% -60%變形量的冷軋，得到厚度為2±0. 05mm的板材；i、成品退火將步驟h所得冷精軋板，在670_710°C分解氨的氣氛下退火30-60min,即得。·
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的組成及制備方法，以及產(chǎn)品性能，下面結(jié)合詳細(xì)實(shí)施例·對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例I :將成分分別為Cu 76. Owt%、Al :1. 8wt%,Ni 0. 4wt%,B 0. 005wt%,Ce 0. 05wt % > Si :0. Iwt % > Fe :0. 06wt % > Pb :0. Olwt %、余量是 Zn 的 1# 合金和 Cu :75. Owt Al 2. Owt Ni :0. 5wt B :0. 003wt Ce :0. 08wt Si :0. 2wt Fe 0. 02wt%, Pb 0. 05wt%、余量是Zn的2#合金，按照上述制備方法步驟a進(jìn)行熔煉、澆鑄，獲得上述兩種成分的合金鑄錠，然后按照步驟b獲得無表面缺陷的鑄錠，直接進(jìn)行冷軋，一道次冷軋變形量為60 %，所得到軋制板坯的宏觀形貌，兩種成分合金的表面和邊部均未出現(xiàn)裂紋，說明上述合金鑄錠組織冷加工性能良好。將本實(shí)施例中兩種合金以及現(xiàn)有造幣用HSn72-l-l板材加工成的坯餅，拋光后用德國BYK-GARDNER GMBH公司產(chǎn)色差測量儀(型號(hào)6801)進(jìn)行金色度測試，得到三種合金金色度測試比對數(shù)據(jù)，測試結(jié)果示于表I。表I :
權(quán)利要求
1.一種造幣用金黃色銅合金材料，其特征在于它是由下述組分按質(zhì)量百分比組成Cu 75. 0-77. Owt %,, Al :1. 8-2. 4wt Ni :0. 2-0. 8wt B :0. 003-0. Olwt Si .O. 10-0. 20wt% > Ce 0. Iwt% > Fe 0. 06wt% > Pb 0. 05wt%、余量是 Zn。
2.—種權(quán)利要求I所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟a、熔煉、鑄錠將電解銅、鎳烘干后放入熔煉爐中，用煅燒木炭、冰晶石和氟化鈣作覆蓋劑，升溫加熱，待銅溶化后加入Cu-8wt% P中間合金脫氧，將爐溫控制在1020-1060°C后，將Al、Cu-IOwt % Si中間合金加入，待其完全熔化后，將爐溫控制在1020-1060°C，將烘干鋅加入，然后加入銅一鋪和鎳一硼中間合金，熔勻后形成CuZnAlNiSiCeB合金熔體，撈渣，將爐溫控制在1060-1120°C，進(jìn)行澆鑄；b、銑面；c、冷軋；d、中間退火；e、再冷軋；f、中間退火；g、銑面；h、冷精軋將步驟g所得的板坯經(jīng)30% -60%變形量的冷軋，得到厚度為2±0· 05mm的板材；i、成品退火，即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的c步驟的冷軋具體是將步驟b所得表面無缺陷的鑄錠，直接進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60%，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的d、f和i步驟的退火具體是將上一個(gè)步驟所得冷軋板，在670-710°C分解氨的氣氛下退火30_60min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的e步驟的冷軋具體是將步驟d所得退火態(tài)板坯，進(jìn)行冷軋，第一道次冷軋變形量為45-60%，經(jīng)第二道次冷軋后，總冷軋變形量達(dá)到70-75%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造幣用金黃色銅合金材料的制備方法，其特征在于所述的g步驟的銑面具體是將步驟f所得的退火態(tài)板進(jìn)行雙面銑面處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的造幣用金黃色銅合金材料的其制備方法，其特征在于所述的熔煉爐為中頻感應(yīng)熔煉爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種黃色銅合金，特別是涉及一種具有高抗變色、良好冷加工性能的造幣用金黃色銅合金材料，主要應(yīng)用造幣坯料和各種裝飾材料。一種造幣用金黃色銅合金材料，它是由下述組分按質(zhì)量百分比組成Cu75.0-77.0wt％、Al1.8-2.4wt％、Ni0.2-0.8wt％、B0.003-0.01wt％、Si0.10-0.20wt％、Ce≤0.1wt％、Fe≤0.06wt％、Pb≤0.05wt％、余量是Zn。本發(fā)明生產(chǎn)的合金與現(xiàn)有的造幣材料HSn72-1-1合金相比，金色度更高，其在高濕、人工汗液、鹽霧、SO2和H2S濕熱環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗變色性能；同時(shí)，該合金冷加工性能優(yōu)異，道次冷加工量可達(dá)60％，加工硬化率和硬度均滿足造幣工藝要求，其顏色為金黃色、原材料和制造成本低等特性。
文檔編號(hào)C22C9/04GK102899526SQ201110220810
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者梁軍, 陳景林, 劉志剛, 賴茂明, 張曉男, 康今哲, 劉強(qiáng), 劉爽, 范學(xué)良, 仉喜祥 申請人:中國印鈔造幣總公司, 沈陽造幣有限公司