环境友好无铅硅黄铜的耐腐蚀性能研究

曹 标 庞晋山 陈 明

（1.广东出入境检验检疫局 广东广州 510623；2.新会出入境检验检疫局）

环境友好无铅硅黄铜的耐腐蚀性能研究

曹 标1庞晋山2陈 明1

（1.广东出入境检验检疫局 广东广州 510623；2.新会出入境检验检疫局）

以一种环境友好型无铅硅黄铜为对象，研究了其耐腐蚀性能，并与传统含铅黄铜HPb59-1进行比较，结果表明这种新型无铅硅黄铜的耐腐蚀性能优于传统含铅黄铜；通过结果分析和讨论，对其应用于日用消费品生产，突破国外技术壁垒，促进出口的前景进行了展望。

无铅黄铜；耐腐蚀性能；研究

1 前言

HPb59-1铅黄铜由于具有优异的耐腐蚀、易切削和成型性能，被广泛用于制作卫浴产品、水管龙头、阀门、锁具、电子产品、黄金饰品等。然而，由于铅对人体健康有害[1-2]，世界各国纷纷制订技术标准和法规以限制铅的使用，进而大大限制了传统含铅黄铜的使用。我国是日用消费品生产和出口大国，这些技术法规及标准的使用对我国相关产品的出口造成了显著的不利影响。

研制替代铅黄铜的无铅易切削黄铜是当前世界各国共同关注的焦点，材料界已经开始了铋黄铜[3-6]、铋-硒无铅黄铜[7-8]、铋锑黄铜[9-11]、硅黄铜[12]等新型无铅黄铜的研究，但研究的内容主要集中在切削性能以及力学性能方面，而对于新型无铅黄铜耐腐蚀性能的研究却鲜有报道，这样使得新型无铅黄铜的使用受到限制，因为黄铜的耐腐蚀性能对使用有着重要影响。本研究以一种含硅无铅黄铜为对象，研究其耐腐蚀性能，并与传统含铅黄铜HPb59-1进行比较，旨在为这种新型无铅黄铜在日用消费品领域的应用提供依据，在一定程度上帮助国内出口企业突破国外技术壁垒，促进出口。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 试剂

铅：符合GB/T469-2005要求的铅锭，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%；紫铜：符合GB/T467-2010要求的1#标准阴极铜，含量不小于99.95%；锌：符合GB/T470-2008要求的锌锭，含量不小于99.99%（上述样品均为市场购买）。CuCl、酒精：分析纯。

2.1.2 仪器设备

SG2-5-12 坩埚电阻炉：无锡建仪实验器材有限公司生产；MEF4MA金相显微镜：德国莱卡公司。

2.2 方法

2.2.1 样品制备

本研究采用添加硅元素来代替有毒的铅元素，同时通过变质处理使γ相成细小点状、弥散

表1 试验材料

熔炼过程：

（1）将硅和电解铜放置于坩埚底部，覆盖上木炭粉，加热到1150℃时电解铜熔化，熔融液扩散，将温度降低到1100℃左右，保温5min，然后用石墨棒搅拌均匀；

（2）将锌块预热后压入铜液中，锌块迅速熔化，用石墨棒搅拌均匀后，将相应的变质剂压入黄铜液中，再次用石墨棒搅拌均匀；

（3）变质处理15min，对坩埚中的熔融金属扒渣后，将熔液浇注进已预热至480℃的模具中，浇铸时注意缩尾；

（4）待其冷却后脱模，取出样品。

2.2.2 耐腐蚀性能测试

本研究按照国家标准GB/T10119-1988测试黄铜耐腐蚀性能。将试样垂直放入装有标准量1%CuCl溶液的烧杯中(溶液量与试样面积成正比，240mL/cm2)，水浴温度75℃，腐蚀时间24 h；腐蚀完毕后，将试样取出、清洗、酒精清洗、吹干，置于干燥器中；将试样从中心对称轴线处刨开，打磨光滑，在显微镜下测量其腐蚀层厚度。

3 结果与分析

3.1 显微组织观察

无铅硅黄铜（6#样品）以及传统含铅黄铜HPb59-1的显微组织见图1。图1（a）显示，铸态下的H59-1铅黄铜的显微组织由α相、β相和（α+β）相组成，各相相间分布，铅质点均匀分布在整个相区中。图1（b）显示，无铅硅黄铜的金相显微组织主要由基体β相（黑色）、γ相（白色细小质点）组成，其中γ相弥散分布于基体相中；此外还可看到，在加入硅和变质剂后，产生的综合作用可使γ相由星花状转变成细小的点状，并在β相基体中均匀分布；无铅硅黄铜与传统含铅黄铜相比，具有更细小均匀的金相组织。

图1 无铅硅黄铜以及传统含铅黄铜的金相组织

3.2 耐腐蚀性能测试

依据国家标准GB/T10119-1988进行脱锌腐蚀实验，结果见表2。

表2 脱锌腐蚀实验结果

表2 结果显示，黄铜中添加一定量的硅，可有效降低黄铜的脱锌腐蚀；新型无铅硅黄铜的脱锌腐蚀试验结果优于传统含铅黄铜。一般认为，黄铜中的合金元素随腐蚀的进行逐渐向表层扩散，形成新的合金化表面膜层，改善了黄铜表面氧化膜层的缺陷结构，从而使黄铜合金的表面形成更加完善的保护膜层，因此，在黄铜中加入一定量的硅元素，可由膜层阻止锌的扩散和流失；同时，硅元素填充到双空位处，阻碍锌的扩散通道，强化了黄铜合金晶界，使晶界的腐蚀敏感性大大降低，从而使其脱锌得到抑制，耐蚀性得到提高；此外，均匀细小的显微组织也能有效提高耐腐蚀性能[12]。

我国是日用消费品生产和出口大国，由于国外相应技术标准和法规的限制，其出口受到了极大影响。因此，采用无铅环保黄铜代替传统含铅黄铜，对提高我国相关行业的竞争力，突破国外技术壁垒，促进我国消费品的出口贸易有着十分积极的作用。

4 结论

（1）黄铜中添加一定量的硅，可有效降低黄铜的脱锌腐蚀，新型无铅硅黄铜的脱锌腐蚀试验结果优于传统含铅黄铜。

（2）经变质处理后的新型无铅硅黄铜比传统含铅黄铜有更均匀细小的显微组织。

（3）试验结果为新型无铅硅黄铜在日用消费品领域中的应用提供了依据，显示了其广阔的应用前景。

［1］詹庚申.美矿务专家致力解决铅污染[[J].环境导报，1995，1：35.

［2］徐进，徐立红.环境铅污染及其毒性的研究进展[J].环境与职业医学，2005，25(3):271-274.

［3］Tetsuya Ando,Tetsuro Atsumi,Yoshihiro Yoshikawa.Morphological Influence of Bi Substituted for Pb in Free Cutting Brass on Machinability[J].Journal of the Japan Copper and Brass Research Association,2001,140 ( 1) :253-256.

［4］Michels Harold T.Replacing Lead in Brass Plumbing Castings[J].Advanced Material an Processes,2002,1:75-77.

［5］Toshikazu Matsumoto,Motonobu Furuya.Drilling of Lead Free brass Alloy “ECOBRASSO”[J].Journal of the Japan Copper and Brass Research Association,2002,41(1):76-80.

［6］You S J,Choi Y S,Kim J G.Stress Corrosion Cracking Properties of Environmentally Friendly Unleaded Brasses Containing Bismuth in Mattsson’s Solution[J].Materials Science and Engineering A,2003,345(1-2):207-214.

［7］Mannheim R L,Bustos O L,Garin J.Study on segregationdezincification relation ship in Bi-Se bearing brass[J].Materials Science Forum,2003,423-426(5):4501-4506.

［8］Chatain D,Wynblatt P,Rohrer G S.Anisotropic phenomena at interfaces in bismuth-saturated copper[J].Scripta Materialia,2004,50(5):565-569.

［9］XIAO Lai-rong,SHU Xue-peng,YI Dan-qing,et al.Microstructure and properties of unleaded free-cutting brass containing bismuth and stibium[J].Journal of Central South University (Science and Technology),2009,40(1):117-122.

［10］陈丙璇，宋靖，钟建华.易切削黄铜[J].铸造，2006，55(5):516-518.

［11］杨斌，张丽娜，刘柏雄.无铅易切削硒铋黄铜的研究[J].热加工工艺，2007，36(1):11-13.

［12］庞晋山，肖寅昕.无铅易切削黄铜的研究[J].广东工业大学学报，2001，18(3):63-66.

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

国家质检总局科研项目（2012IK035）分布于基体相β相中，成分选择见表1。