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CN1761768A - 铜基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于铜、锌、镍和锰的合金，其具有耐腐蚀性能，例如耐墨水和胶状墨水。本发明合金具有单相α结构和双相α－β结构，特别适于制造书写工具的尖端和墨水存储器。

Description

铜基合金
本发明涉及一种铜基合金及其应用，更准确地说涉及一种用于生产圆珠笔部件的铜-镍-锌合金。
已知采用不同组成的铜基合金来制造管状墨水导向装置、墨水存储器和书写工具的尖端。但是，某些已知合金不适合新一代圆珠笔所采用的低粘度墨水，因而存在不便之处。
合金与墨水之间不协调会降低书写工具的性能和书写的舒适度。墨水发生泄漏会使书写质量恶化，最差的情况则是晕染和污点。
提高合金中的铜含量，例如α黄铜和α铜-镍-锌合金中的铜含量，可以提高耐胶状墨水(gel-ink)的能力。但是该方法会降低合金的热变形能力。现有技术中的合金热变形能力差，意味着其制造成本较高。
黄铜的另一限制是，并非所有消费者都喜欢其黄颜色。
因此，本发明的一个目的是提出不受现有技术限制的合金和圆珠笔部件。
根据本发明，通过作为相应类型权利要求的主题的合金、装置和方法可以实现上述目的，例如通过下述合金，其包括：
Cu 44.1-45.6重量份；
Zn 35.6-37.1重量份；
Ni 11.8-12.7重量份；
Mn 4.6-5.4重量份。
通过所附权利要求、以实施例方式进行的描述、以及附图，将更好地理解本发明，附图中：
图1所示为本发明所述合金的单相α结构的金相剖面图。
图1a所示为图1相应的显微照片。
图2所示为现有技术中双相α-β结构的铜-镍-锌合金的金相剖面图。
图2a所示为图2相应的显微照片。
图3所示为现有技术中双相铜-镍-锌合金暴露于墨水后被腐蚀的金相剖面图。
图3a所示为图3相应的显微照片。
图4是本发明所述合金根据所述热处理温度的β相比率的曲线图。
根据本发明的一个方面，本发明所述合金是一种白、灰或银色的铜-镍-锌合金，具有下述组成：
表1
            重量％
  最低   最高
  CuZnNiMnPb   43.0033.0010.003.500.00   48.0038.0015.006.504.00
该合金的特征在于，具有两种可以通过热处理控制的显微结构。第一相即单相α结构，基本上由均匀结构的单晶相组成。图1所示为本发明所述合金的金相剖面的显微照片，示出了其α结构。可以看出，该合金基本上由其组分10的均匀固溶体组成，除了黑色铅颗粒82外。
本发明所述合金也可以具有双相α-β结构。这种结构如图2所示，具有第二相20即β相的晶粒，其铜含量低于α相，并且在图2中可以通过其较深的颜色而辨认出来。
本发明合金的不同结构适合进行特定的成型和机加工处理。具体来说，双相α-β结构有助于热变形，而单相α结构有助于冷变形。
在合金中添加铅使得机加工操作更为简单，例如切断。但如果不需要铅的这种特性，也可以不加或减少其含量。
因此本发明合金可以同时具有单相α结构和双相α-β结构。但其结构可以通过下述处理来控制：在570℃-780℃进行1-3小时热处理，随后快速冷却至室温。经过上述处理，该合金的结构基本上是α。
本发明还包括一种合金，其中除了含有上文表1中规定种类和含量的元素外，还加入少量的其它金属或非金属元素，如镁(Mg)、铝(Al)、铁(Fe)、磷(P)或其它化学元素或物质。
在本发明所述合金的第二个实施例中，除了不可避免的杂质外，该合金的组成如下面的表2所限定：
表2
            重量％
  最低   最高
  CuZnNiMnPb   44.1035.6011.804.601.35   45.6037.1012.705.401.85
图4所示为根据所述热处理温度的β相比率。对热处理温度进行选择可以调整β相的比率，从而获得不同特性的材料。具体来说，在630℃-720℃之间的TT温度范围进行热处理会增加单相α结构。温度区域E有助于进行挤压。
图4所示曲线是特别针对表2中所指定的合金组成。根据本发明的另一方面，也可以采用不同含量的Cu、Zn、Ni、Mn和Pb，所得合金中α与β相的比例可以通过进行热处理来调整。具体说来，每种合金成分的含量都可以在表1所限定的数值范围内或超出其范围独立变化，从而用于改变所得合金结构所需的温度将不同。
本发明合金为单相α结构时，其抵抗胶状墨水腐蚀的能力增强。实际上，β相是唯一会被胶状墨水溶解的相。图3所示为α-β铜-镍-锌合金与墨水发生化学反应而被腐蚀后的金相剖面。可以看出，只有β相被腐蚀，其溶解后留下空洞25。
尽管上述本发明合金特别适于制造书写工具特别是圆珠笔的笔尖，但本发明并不局限于这一特定用途，而是还包括本发明合金的任何其它应用。
根据本发明的另一方面，具有上述组成的合金首先铸造成小棒或杆或其它适合进行热变形的形状。
与α铜-镍-锌合金相反，本发明合金在高温下具有良好的变形能力。可以进行所有常规热变形工艺。一般来说，在720℃-870℃之间的温度对小棒进行热挤压，在所述温度下其结构为双相α-β。将由此制成的线材在630℃-720℃之间进行热处理，如上所述，获得单相α结构。
单相α结构适于进行冷变形，对挤压的材料进行拉拔，获得杆或线材，其直径适于制造管状墨水导向装置、墨水存储器或书写工具尖端。
由此获得的材料可以通过冷加工和机加工，例如浮花压制、机加工、卷曲、车床切削、铣削或任何其它工艺容易地成形。
进行上述处理后，本发明合金的机械性能取决于其冷加工的程度，如下表所示：
表3
  状态   机械阻力[MPa]   断裂延伸率[％]
  热处理后热处理后20％压缩率热处理后40％压缩率   450-600600-800800-1100   25-5010-301-20
上表中的机械阻力和断裂延伸率是根据标准方法EN10002-1测定的。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种合金，包括：
Cu 43-48重量份；
Zn 33-38重量份；
Ni 10-15重量份；
Mn 3.5-6.5重量份；
Pb 0-4重量份；
该合金具有单相α结构和双相α-β结构，其中所述双相α-β结构中β相的比率取决于温度，并可通过热处理进行调整和/或基本上消除。
2.如权利要求1所述的合金，包括
Cu 44.1-45.6重量份；
Zn 35.6-37.1重量份；
Ni 11.8-12.7重量份；
Mn 4.6-5.4重量份。
3.如前述任一项权利要求所述的合金，包括1.25-1.85重量份的Pb。
4.如前述任一项权利要求所述的合金，其中所述热处理的温度在570℃-780℃之间。
5.如前述任一项权利要求所述的合金，其中所述热处理的温度在630℃-720℃之间。
6.如前述任一项权利要求所述的合金，其中进行所述热处理后的机械阻力在450-60MPa之间，进行所述热处理后的断裂延伸率在25％-50％之间。
7.如前述任一项权利要求所述的合金，基本上耐墨水和低粘度墨水。
8.书写工具，包括前述任一项权利要求所述合金。
9.书写工具，包括含有前述任一项权利要求所述合金的墨水存储器和/或书写尖端。
10.一种合金的应用方法，该合金包括：
Cu 43-48重量份；
Zn 33-38重量份；
Ni 10-15重量份；
Mn 3.5-6.5重量份；
Pb 0-4重量份；
该合金具有单相α结构和双相α-β结构，
该方法包括一个或多个热处理步骤，以调整所述双相α-β结构中β相的比率。
11.如前述权利要求所述的方法，其中所述双相α-β结构中β相的比率通过热处理而基本上消除。
12.如权利要求10所述的方法，还包括：
铸造该熔融合金的步骤；
可能地一个或多个热变形步骤；
一个或多个冷变形步骤。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述热处理的温度在570℃-780℃之间。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述热处理的温度在630℃-720℃之间。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述热变形的温度在720℃-870℃之间。
16.由权利要求10所述方法制成的合金。

Claims (19)

1.一种合金，包括：
Cu 43-48重量份；
Zn 33-38重量份；
Ni 10-15重量份；
Mn 3.5-6.5重量份；
Pb 0-4重量份。
2.如权利要求1所述的合金，包括
Cu 44.1-45.6重量份；
Zn 35.6-37.1重量份；
Ni 11.8-12.7重量份；
Mn 4.6-5.4重量份。
3.如权利要求2所述的合金，包括1.25-1.85重量份的Pb。
4.如权利要求2所述的合金，还包括其它化学元素或产品。
5.如权利要求1-4中任一项所述合金，其具有单相α结构和双相α-β结构，其中所述双相α-β结构中β相的比率取决于温度，并可通过热处理进行调整和/或基本上消除。
6.如权利要求5所述的合金，其中所述热处理的温度在570℃-780℃之间。
7.如权利要求5所述的合金，其中所述热处理的温度在63(0℃-720℃之间。
8.如权利要求5所述的合金，包括：
Cu 44.1-45.6重量份；
Zn 35.6-37.1重量份；
Ni 11.8-12.7重量份；
Mn 4.6-5.4重量份。
9.如权利要求8所述的合金，包括1.35-1.85重量份的Pb。
10.如前述任一项权利要求所述的合金，其中进行所述热处理后的机械阻力在450-60MPa之间，进行所述热处理后的断裂延伸率在25％-50％之间。
11.如前述任一项权利要求所述的合金，基本上耐墨水和低粘度墨水。
12.书写工具，包括前述任一权利要求所述合金。
13.书写工具，包括含有前述任一权利要求所述合金的墨水存储器和/或书写尖端。
14.应用前述任一权利要求所述合金的方法，包括：
铸造该熔融合金的步骤；
热变形步骤；
热处理步骤；
冷变形步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述热处理的温度在630℃-720℃之间。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述热变形的温度在720℃-870℃之间。
17.调整权利要求5所述合金中的β相比率以得到基本上无β相的合金的方法，包括热处理步骤。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述热处理的温度在570℃-780℃之间。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述热处理的温度在630℃-720℃之间。
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