專利名稱：一種造幣用白銅合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及銅及銅合金加工，屬于金屬材料合金化、材料防腐及合金熔煉技術領域，尤其涉及一種造幣用白銅合金及其制備方法。
背景技術：
金屬硬幣具有整潔度高，攜帶的病菌少，有利于人民身體健康；硬幣耐磨損，流通周期長，發行成本較小，節約資源，推廣使用硬幣利國利民。我國自建國以來，已經使用過鎳幣、鋼幣、鋁幣和銅幣。我國鎳資源緊缺，鎳作為一種昂貴的戰略資源，將鎳加工成金屬流通幣使用，由于材質成本過高，在經濟上是不合適的。采用鋼芯材料壓印制造金屬流通幣存在的問題是其一，是鋼芯表面的鍍層易磨損、剝落，影響美觀和流通壽命。其二，鋼芯流通幣易于仿造，嚴重擾亂市場經濟秩序。鋁幣顏色銀白，有強烈的金屬光澤，但由于單個的鋁幣分量較輕，在自動售貨機上的識別效果不佳。銅作為一種古老的金屬，在世界很多國家都有作為金屬流通幣使用的歷史。由于銅離子能夠殺死病菌，銅基金屬流通幣具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。銅作為金屬流通幣使用時，為了使其具有銀白色的金屬光澤，往往要在銅基體合金中添加15%左右的鎳，加之近年來銅價持續走高，使得銅基金屬流通幣可能的制造成本大幅攀升。例如，專利[200410100427. 5]提出的一種造幣用銅合金的化學成分為Cu67. 0-69. 0%; Ν 14. 0-16. 0%; Znl5. 0-19. 0%。使用該合金作為流通幣基材存在以下問題一是鎳含量高，制造成本高；二是合金的耐蝕性能不理想；三是合金的切削性能較差，影響后續的制幣加工。

發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的問題，提供一種白銅造幣合金及其制備方法。上述目的是通過下述方案實現的
一種造幣用白銅，其特征在于，所述白銅包含元素的質量百分比為Ni8. 0-10. 0%、Ζη16· 0-19. 0%、Μη3· 0-5. 0%、Til. 8-2. 5%、FeO. 5-0. 9%; Α10. 3-0. 7%、SbO. 2-0. 5%、雜質總
量不大于O. 9%，余量為銅。一種制備權利要求I所述白銅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟
I)將質量百分比為45. 5%-54. 3%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭，木炭的用量為每噸銅15_25kg，熔煉溫度為1180-1210°C。2)加入質量百分比8. 0-10. 0%的Ni ；
3)步驟2)加入的Ni熔化后加入質量百分比A10.5-0. 9%的Al和15%的Cu ；
4)步驟3)加入的Al和Cu熔化后 ，加入質量百分比Ζη17·0-20. 0%的Zn ；
5)步驟4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為3. 0-5. 0%和I. 8-2. 5% ；6)步驟5)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為 O. 2-0. 5% ；
7)步驟6)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為 O. 5-0. 9% ；
8)步驟7)加入的中間合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒渣；
9)取樣分析；
10)升溫1180-1210°C、向銅液中加入O.02%_0· 03%的鎂；
11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。有益效果銅基金屬流通幣具有抑菌的效果，有利于使用者的身心健康。本發明通過采用低價金屬鋅、錳、鋁代替貴金屬鎳，可以大幅度降低銅基金屬流通幣的生產、制造成本；通過添加微量的Sb改善金屬流通幣生產、制造的后續加工性能；通過添加微量的鐵提高金屬流通幣的耐磨蝕性能；通過添加Al、Ti等合金元素，提高金屬流通幣的耐腐蝕性能、增強金屬貨幣的美觀度和銀白色光澤感。


圖I是本發明的熔煉方法的流程圖。
具體實施例方式本發明的造幣用白銅包含元素的質量百分比為Ni8. 0-10. 0%、Znl6. 0-19. 0%、Μη3· 0-5. 0%、Til. 8-2. 5%、FeO. 5-0. 9%; Α10. 3-0. 7%、SbO. 2-0. 5%、雜質總量不大于 O. 9%,
余量為銅。參見圖1，本發明的白銅合金的熔煉操作過程如下
I)將質量百分比為45. 5%-54. 3%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭(木炭僅作為覆蓋劑使用)。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。2)加入質量百分比8. 0-10. 0%的Ni ;在這里，鎳是通過合金化而溶解入銅液中。3)步驟2)加入的Ni熔化后加入質量百分比A10. 5-0. 9%的Al和15%的Cu ； 向合金中加鋁時，由于鋁在銅中溶解會放出大量的熱，激烈的放熱反應可能使銅液熔
池局部溫度升高200°C，造成金屬燒損增加。采用冷料與鋁同時添加的方式，利用鋁的溶解熱熔化冷料，可以達到降低能耗和金屬燒損的目的。4)步驟3)加入的Al和Cu熔化后，4)步驟3)加入的Al和Cu熔化后，加入質量百分比Znl7. 0-20. 0%的Zn ;采用先加鋁后鋅的目的，一是利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，減少金屬鋅等金屬的燒損；二是利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發損失。5)步驟4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為3. 0-5. 0%和I. 8-2. 5% ；
6)步驟5)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為 O. 2-0. 5% ；7)步驟6)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為 O. 5-0. 9% ；
8)步驟7)加入的中間合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒洛；待所有的合金元素熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入O. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑。向銅液中吹入冰晶石能清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區。高純氮氣載氣能夠清除銅液中的夾雜異物，降低銅液中的氣體含量，其除氣的原理是通入到銅液中的氮氣或者氬氣，在銅液中形成彌散的惰性氣體氣泡，氣泡中的氫分壓為零，合金熔體中的氫分壓遠大于氣泡中的氫分壓，熔體中的氫不斷向氣泡表面擴散并聚合為分子氫而進入氣 泡中，隨氣泡的上升、逸出而排入大氣,達到除氫的目的。吹入熔體中的惰性氣體氣泡越小、數量越多、分布越彌散，除氫效果越好。氣體吹煉時間為3-5分鐘。采用惰性氣體精煉銅液，可以減少鋅白銅噴火的次數，從而減少金屬鋅的損失。9)取樣分析；
10)將銅液升溫至1180-1210°c、向銅液中加入鎂質量百分比為O.02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫；
11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°c，出爐。在白銅熔煉過程中，合理的加料與熔化順序、準確地控制熔煉溫度都有利于減少造渣和減少熔煉金屬損耗。鋅白銅熔體的質量與原料質量有很大的關系。一般情況下，本合金的工藝廢料使用量不應超過80%，多次重熔使用的舊料可能導致合金中的碳含量過高，從而導致合金軋制困難。為了防止熔體增氫、減少金屬燒損，加工過程中的各種鋸屑應該經過充分干燥、打包后回爐使用。合金中加入鐵是作為變質劑使用，變質處理的作用清除鑄錠組織中粗大的柱狀晶，細化鑄錠的結晶組織，提高合金的冷熱加工性能和強度。實施例I
將質量百分比為46%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質量百分比8. 3%的Ni，使金屬鎳通過合金化而溶解入銅液中。待Ni熔化后，向銅液中加入質量百分比為O. 5%的Al和15%的Cu ;采用冷料銅與鋁同時添加的方式，可以利用鋁的溶解熱熔化冷料銅，達到降低能耗和金屬燒損的目的。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質量百分比17.0 %的Zn;采用先加鋁后加鋅的目的，可以利用低價的金屬鋁對銅液脫氧，并利用鋁在銅液表面形成一層致密的氧化鋁保護膜，減少銅液吸氣和隨后加入的鋅的揮發損失。待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為3. 0%和I. 8% ;向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為O. 20% ;向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為O. 5% ；
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入O. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。吹入時，要注意不留死角和盲區。氣體吹煉時間為3-5分鐘。取樣分析，待合金成分符合標準要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入鎂質量百分比為O. 02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。
隨后，升高銅液溫度使其達到鋅的沸點，利用鋅在銅液中產生鋅蒸汽使銅液沸騰，從銅液中溢出的鋅蒸汽與空氣中的氧接觸發生劇烈的燃燒，噴大火三次以上，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質量百分比)8. 1%的Ni、0. 3%的Al、16. O %的 Zn,3. 0% 的 Mn、I. 88% 的 Ti,O. 21% 的 Sb,O. 53% 的 Fe，余量為銅。
實施例2
將質量百分比為50%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質量百分比9. 2%的Ni，待Ni熔化后，向銅液中加入質量百分比為O. 7%的Al和14. 5%的Cu。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質量百分比18. O %的Zn ;待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為4. 0%和2. 2% ；向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為O. 3% ;向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為O. 7% ；
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入O. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。氣體吹煉時間為3-5分鐘。待合金成分符合標準要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入鎂質量百分比為
O.02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。隨后，升高銅液溫度使其達到鋅的沸點，噴大火三次以上，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質量百分比):8. 89%的Ni、0. 57%的Al、17. 4%的 Zn,3. 81% 的 Mn,2. 19% 的 Ti,O. 27% 的 Sb,O. 59% 的 Fe，余量為銅。實施例3
將質量百分比為55%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭。木炭的用量為每噸銅15-25kg。熔煉溫度為1180-1210°C。向熔化的銅液中加入質量百分比10. 2%的Ni，待Ni熔化后，向銅液中加入質量百分比為O. 9%的Al和14. 5%的Cu。待加入的Al和Cu熔化后，向銅液中加入質量百分比20. O %的Zn ;待金屬Zn熔化后，向銅液中加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為5. 0%和2. 5% ;向銅液中加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為O. 5% ;向銅液中加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為O. 9% ；
待加入的中間合金熔化后，用高純氮氣或者氬氣作為載氣，向銅液中吹入O. 1%-0. 2%的冰晶石精煉劑，清除銅液中的氧化鋁夾雜。氣體吹煉時間為3-5分鐘。待合金成分符合標準要求后，將銅液升溫至1180-1210°C、向銅液中加入鎂質量百分比為O. 02%-0. 03%的鎂脫氧、除硫。隨后，升高銅液溫度使其達到鋅的沸點，噴大火三次以上，出爐。按照此方法所制備的銅合金成分為(質量百分比):9. 9%的Ni、0. 69%的Al、18. 7 %的 Zn,4. 8% 的 Mn,2. 46% 的 Ti,O. 48% 的 Sb,O. 87% 的 Fe，余量為銅。
權利要求
1.一種造幣用白銅，其特征在于，所述白銅包含元素的質量百分比為Ni8. 0-10. 0%、Ζη16· 0-19. 0%、Μη3· 0-5. 0%、Til. 8-2. 5%、FeO. 5-0. 9%; Α10. 3-0. 7%、SbO. 2-0. 5%、雜質總量不大于O. 9%，余量為銅。
2.一種制備權利要求I所述白銅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 1)將質量百分比為45.5%-54. 3%的Cu放入工頻爐中熔煉，待銅開始軟化后，在銅表面覆蓋一層木炭，木炭的用量為每噸銅15_25kg，熔煉溫度為1180-1210°C ； 2)加入質量百分比8.0-10. 0%的Ni ； 3)步驟2)加入的Ni熔化后加入質量百分比A10.5-0. 9%的Al和15%的Cu ； 4)步驟3)加入的Al和Cu熔化后，加入質量百分比Ζη17·0-20. 0%的Zn ； 5)步驟4)加入的Zn熔化后，加入Cu-Mn和Cu-Ti中間合金，使成品合金中Mn和Ti的質量百分比為3. 0-5. 0%和I. 8-2. 5% ； 6)步驟5)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Sb中間合金，使成品合金中Sb的質量百分比為 O. 2-0. 5% ； 7)步驟6)加入的中間合金熔化后，加入Cu-Fe中間合金，使成品合金中Fe的質量百分比為 O. 5-0. 9% ； 8)步驟7)加入的中間合金熔化后，用氮氣吹冰晶石精煉、升溫、扒渣； 9)取樣分析； 10)升溫1180-1210°C、向銅液中加入O.02%_0· 03%的鎂； 11)隨后，升高銅液溫度1180-1210°C，出爐。
全文摘要
本發明公開了一種造幣用白銅，所述白銅包含元素的質量百分比為Ni8.0-10.0%、Zn16.0-19.0%、Mn3.0-5.0%、Ti1.8-2.5%、Fe0.5-0.9%;Al0.3-0.7%、Sb0.2-0.5%、雜質總量不大于0.9%，余量為銅。本發明通過采用低價金屬鋅、錳、鋁代替貴金屬鎳，可以大幅度降低銅基金屬流通幣的生產、制造成本；通過添加微量的Sb改善金屬流通幣生產、制造的后續加工性能；通過添加微量的鐵提高金屬流通幣的耐磨蝕性能；通過添加Al、Ti等合金元素，提高金屬流通幣的耐腐蝕性能、增強金屬貨幣的美觀度和銀白色光澤感。
文檔編號C22C9/04GK102618749SQ20121010967
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者楊志強, 賀永東 申請人:金川集團有限公司