仿金铜合金的研制与应用

仿金铜合金的研制与应用

王碧文 王世民 王 涛

(洛阳铜加工厂技术中心,洛阳471039)

摘 要 研制了一种新型艺术用Cu-6Al-2Ni-0.1In 铜合金,其颜色为金黄色,有优良的耐蚀、异型铸造、压力加工和焊接性能,对其在海洋性气侯下的防腐保护作了探讨。简单介绍了仿金铜合金在某大型雕塑上的应用。关键词 仿金合金;异型铸造;防腐保护;雕塑分类号 T G146.11

铜和铜合金具有美丽的光泽和耐蚀性,用于

艺术品的制作有悠久的历史,然而古今中外用于大型雕塑的铜合金多为Cu-Sn-Zn-T b 系列。这类合金具有优良的流动性能,雕像表面经过化学处理,可以获得古青铜色,给人以雄浑的感觉。但随着物质文化生活的进步和审美情趣的变迁,人们越来越需要具有黄金般色泽的雕塑制品,为此采用贴金和鉴金等方法,工艺复杂,价格昂贵。因此研制具有美丽金黄色、优良耐蚀性和良好工艺性能的仿金铜合金,对艺术事业来说,无疑是非常有益的。

1 合金的研制

1.1 合金成分

铜基合金中Cu-Al 系和Cu-Zn 系有美丽的金黄色,相比较而言,Cu-Al 系的耐蚀性较好;N i 元素能进一步提高Cu-Al 合金的耐蚀性。从Cu

-Al-Ni 三元相(见图1)可知,X (Al)<9.4%、X (Ni)<3%,合金处于单相区,没有第二相或化合物的析出,避免由于电极电位差异引起选择性腐蚀或点蚀等。而且Cu-Al 合金中的Al 元素,能在合金表面形成自愈性保护膜,当保护层被破坏

之后,可以迅速再生[1]

。

Cu-Al 二元系中,Al 对金属的色泽发生重要的影响(图2)[2],随着Al 含量的增加,合金反射光的主波长变小,色调由红色向黄色变化。我

们对添加了Ni 和In 的铝青铜进行了进一步的试验,X (Ni)[3%的单相Cu-Al-Ni 合金颜色与Ni 含量关系不大,In 能提高合金的耐蚀性,保持合金的色泽。用肉眼观察合金的颜色,结果列于表1

。

图1 Cu-Al-Ni 合金相图(富铜角)F ig.1 Cu-Al-N i alloy phase

diagram

图2 A l 含量对Cu-A l 合金颜色的影响Fig.2 Influence of Al content on colour of Cu-Al alloy

收稿日期:1997-11-02.

王世民,工程师.洛阳铜加工厂技术中心,471039.

第6卷 第3期 材 料 科 学 与 工 艺

Vol.6 No.3

1998年9月

M ATERIAL SCIENCE &TECHNOLOGY

Sep. 1998

表1铝含量对合金颜色的影响Table1Inf luence of Al on colour alloy 合金成分X(E%)颜色Cu-7~10Al-2N i-0.1I n黄偏白Cu-4~7Al-2Ni-0.1In金黄色Cu-2~4Al-2Ni-0.1In黄偏红Cu-1~2Al-2Ni-0.1In红色在X(Al)为5%~6%、X(Ni)为1%~2%、X(In)为0.05%~0.15%成分范围内的合金具有美丽的金黄色。本合金在不同介质中的腐蚀速率如表2所示,而且在四种条件都为均匀腐蚀,表现出较好的腐蚀形态和良好的耐蚀性。

1.2熔炼与铸造

表2仿金铜合金在不同介质中的腐蚀速率

Table2C orrosion rate of imitation gold alloy.s in different medium 腐蚀介质SO2气体H2S气体X(N aCl)3.5%全浸硝酸盐雾腐蚀速率(mm/a)0.0110.2640.0090.232

用于大型雕塑的合金要求有良好的铸造性能。试验得出该合金的流动性为550mm,线收缩率17j,适应于铁模、树脂砂模、半连续等多种铸造方式,可以规模生产。中频感应电炉熔炼,木炭覆盖,浇注温度1180~1250e,异型树脂砂铸造为适应浇道漫长的需要,提高至1250~1300e用显微镜检查砂模铸造金相组织为单相A固溶体。合金在各种铸造条件下的机械性能见表3。

表3仿金铜合金铸态机械性能

Tabke3Mechanical property of imitation gold copper alloy 工艺规格R b/M pa R0.2/M pa D5(%)铁模铸造(扁锭)35mm@150mm@180mm120~150120~150\30半连续铸造(扁锭)75mm@300mm110~150110~150\30砂模铸造(板厚)10mm100~150100~150\25

表4焊接工艺对焊缝质量的影响

Table4Effect of welding technique on weld seam

焊接工艺参数

电流/A电压/V气体流量L/min

成分w(%)

Al Ni I n

焊缝探伤

合格率(%)

工艺调整前1702815 4.5 1.70.0450工艺调整后2002422 6.1 1.60.0896焊丝))) 6.8 1.60.13)基体))) 5.9 1.50.10)

1.3塑性加工

仿金材料作为艺术用铜合金,不但要满足异型铸造产品的需要,而且要制成压力加工制品,如锻铜雕像用板材、焊接用焊丝等。经过工艺试验,得到仿金铜塑性加工制品的工艺流程为:

板材:铸锭y煤气加热920~950e y热轧y 冷却y650e退火y冷轧y2.0mm板

焊丝:铸锭y煤气加热920~950e y挤压y 拉伸y650e退火(两次退火间断面收缩率[ 50%)y直径32,1.0mm焊丝(条)。

1.4焊接研究

根据仿金铜合金含Al易氧化和吸气的特点,

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#材料科学与工艺第6卷