環(huán)境友好無鉛硅黃銅的耐腐蝕性能研究

曹 標 龐晉山 陳 明

（1.廣東出入境檢驗檢疫局 廣東廣州 510623；2.新會出入境檢驗檢疫局）

環(huán)境友好無鉛硅黃銅的耐腐蝕性能研究

曹 標1龐晉山2陳 明1

（1.廣東出入境檢驗檢疫局 廣東廣州 510623；2.新會出入境檢驗檢疫局）

以一種環(huán)境友好型無鉛硅黃銅為對象，研究了其耐腐蝕性能，并與傳統(tǒng)含鉛黃銅HPb59-1進行比較，結(jié)果表明這種新型無鉛硅黃銅的耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)含鉛黃銅；通過結(jié)果分析和討論，對其應(yīng)用于日用消費品生產(chǎn)，突破國外技術(shù)壁壘，促進出口的前景進行了展望。

無鉛黃銅；耐腐蝕性能；研究

1 前言

HPb59-1鉛黃銅由于具有優(yōu)異的耐腐蝕、易切削和成型性能，被廣泛用于制作衛(wèi)浴產(chǎn)品、水管龍頭、閥門、鎖具、電子產(chǎn)品、黃金飾品等。然而，由于鉛對人體健康有害[1-2]，世界各國紛紛制訂技術(shù)標準和法規(guī)以限制鉛的使用，進而大大限制了傳統(tǒng)含鉛黃銅的使用。我國是日用消費品生產(chǎn)和出口大國，這些技術(shù)法規(guī)及標準的使用對我國相關(guān)產(chǎn)品的出口造成了顯著的不利影響。

研制替代鉛黃銅的無鉛易切削黃銅是當(dāng)前世界各國共同關(guān)注的焦點，材料界已經(jīng)開始了鉍黃銅[3-6]、鉍-硒無鉛黃銅[7-8]、鉍銻黃銅[9-11]、硅黃銅[12]等新型無鉛黃銅的研究，但研究的內(nèi)容主要集中在切削性能以及力學(xué)性能方面，而對于新型無鉛黃銅耐腐蝕性能的研究卻鮮有報道，這樣使得新型無鉛黃銅的使用受到限制，因為黃銅的耐腐蝕性能對使用有著重要影響。本研究以一種含硅無鉛黃銅為對象，研究其耐腐蝕性能，并與傳統(tǒng)含鉛黃銅HPb59-1進行比較，旨在為這種新型無鉛黃銅在日用消費品領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)，在一定程度上幫助國內(nèi)出口企業(yè)突破國外技術(shù)壁壘，促進出口。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 試劑

鉛：符合GB/T469-2005要求的鉛錠，含量不小于99.99%；硅：符合GB/T2881-2008要求的1#硅，含量不小于99.60%；紫銅：符合GB/T467-2010要求的1#標準陰極銅，含量不小于99.95%；鋅：符合GB/T470-2008要求的鋅錠，含量不小于99.99%（上述樣品均為市場購買）。CuCl、酒精：分析純。

2.1.2 儀器設(shè)備

SG2-5-12 坩堝電阻爐：無錫建儀實驗器材有限公司生產(chǎn)；MEF4MA金相顯微鏡：德國萊卡公司。

2.2 方法

2.2.1 樣品制備

本研究采用添加硅元素來代替有毒的鉛元素，同時通過變質(zhì)處理使γ相成細小點狀、彌散

表1 試驗材料

熔煉過程：

（1）將硅和電解銅放置于坩堝底部，覆蓋上木炭粉，加熱到1150℃時電解銅熔化，熔融液擴散，將溫度降低到1100℃左右，保溫5min，然后用石墨棒攪拌均勻；

（2）將鋅塊預(yù)熱后壓入銅液中，鋅塊迅速熔化，用石墨棒攪拌均勻后，將相應(yīng)的變質(zhì)劑壓入黃銅液中，再次用石墨棒攪拌均勻；

（3）變質(zhì)處理15min，對坩堝中的熔融金屬扒渣后，將熔液澆注進已預(yù)熱至480℃的模具中，澆鑄時注意縮尾；

（4）待其冷卻后脫模，取出樣品。

2.2.2 耐腐蝕性能測試

本研究按照國家標準GB/T10119-1988測試黃銅耐腐蝕性能。將試樣垂直放入裝有標準量1%CuCl溶液的燒杯中(溶液量與試樣面積成正比，240mL/cm2)，水浴溫度75℃，腐蝕時間24 h；腐蝕完畢后，將試樣取出、清洗、酒精清洗、吹干，置于干燥器中；將試樣從中心對稱軸線處刨開，打磨光滑，在顯微鏡下測量其腐蝕層厚度。

3 結(jié)果與分析

3.1 顯微組織觀察

無鉛硅黃銅（6#樣品）以及傳統(tǒng)含鉛黃銅HPb59-1的顯微組織見圖1。圖1（a）顯示，鑄態(tài)下的H59-1鉛黃銅的顯微組織由α相、β相和（α+β）相組成，各相相間分布，鉛質(zhì)點均勻分布在整個相區(qū)中。圖1（b）顯示，無鉛硅黃銅的金相顯微組織主要由基體β相（黑色）、γ相（白色細小質(zhì)點）組成，其中γ相彌散分布于基體相中；此外還可看到，在加入硅和變質(zhì)劑后，產(chǎn)生的綜合作用可使γ相由星花狀轉(zhuǎn)變成細小的點狀，并在β相基體中均勻分布；無鉛硅黃銅與傳統(tǒng)含鉛黃銅相比，具有更細小均勻的金相組織。

圖1 無鉛硅黃銅以及傳統(tǒng)含鉛黃銅的金相組織

3.2 耐腐蝕性能測試

依據(jù)國家標準GB/T10119-1988進行脫鋅腐蝕實驗，結(jié)果見表2。

表2 脫鋅腐蝕實驗結(jié)果

表2 結(jié)果顯示，黃銅中添加一定量的硅，可有效降低黃銅的脫鋅腐蝕；新型無鉛硅黃銅的脫鋅腐蝕試驗結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)含鉛黃銅。一般認為，黃銅中的合金元素隨腐蝕的進行逐漸向表層擴散，形成新的合金化表面膜層，改善了黃銅表面氧化膜層的缺陷結(jié)構(gòu)，從而使黃銅合金的表面形成更加完善的保護膜層，因此，在黃銅中加入一定量的硅元素，可由膜層阻止鋅的擴散和流失；同時，硅元素填充到雙空位處，阻礙鋅的擴散通道，強化了黃銅合金晶界，使晶界的腐蝕敏感性大大降低，從而使其脫鋅得到抑制，耐蝕性得到提高；此外，均勻細小的顯微組織也能有效提高耐腐蝕性能[12]。

我國是日用消費品生產(chǎn)和出口大國，由于國外相應(yīng)技術(shù)標準和法規(guī)的限制，其出口受到了極大影響。因此，采用無鉛環(huán)保黃銅代替?zhèn)鹘y(tǒng)含鉛黃銅，對提高我國相關(guān)行業(yè)的競爭力，突破國外技術(shù)壁壘，促進我國消費品的出口貿(mào)易有著十分積極的作用。

4 結(jié)論

（1）黃銅中添加一定量的硅，可有效降低黃銅的脫鋅腐蝕，新型無鉛硅黃銅的脫鋅腐蝕試驗結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)含鉛黃銅。

（2）經(jīng)變質(zhì)處理后的新型無鉛硅黃銅比傳統(tǒng)含鉛黃銅有更均勻細小的顯微組織。

（3）試驗結(jié)果為新型無鉛硅黃銅在日用消費品領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了依據(jù)，顯示了其廣闊的應(yīng)用前景。

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Corrosion Resistance Research of Environmental Lead-free Brass with Silicon

Cao Biao1,Pang Jinshan2,Chen Ming1
(1.Guangdong Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Guangzhou,Guangdong,510623;2.Xinhui Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau)

Corrosion resistance of a new lead-free brass with silicon was researched and compared to conditional lead brass in this paper.It was shown that corrosion resistance of the new lead-free brass with silicon was superior to that of the conditional lead brass.Through analyzing and discussing the experimental results,it is forecasted that application prospect in consumer goods of the lead-free brass which can break through the technical barrier and increase the export of our consumer goods.

Lead-free Brass; Corrosion Resistance; Research

TG172

國家質(zhì)檢總局科研項目（2012IK035）分布于基體相β相中，成分選擇見表1。