0 前言

黄金色铜合金粒子根据粒度的不同, 有的可用于做服装、首饰等方面的仿金饰品; 有的可经进一步的研磨制成粉末, 是材料、油漆上的重要原料; 另外, 铜粒子制取技术也可用于制备粒状中间合金, 便于在熔炼中使用。

为有效地制取直径小于5mm的黄金色铜合金粒子, 对其制取技术进行试验研究, 以确定合适的材料配方和实用的铜粒子成形装置。

1 试验研究的内容与方案 1.1 黄金色铜合金配方的确定

具有黄金色泽的铜合金有黄铜(Cu-Zn系合金)和铝青铜(Cu-Al系合金)两大类型。因此, 分别选择这两个合金系中的合适配方进行比较试验, 筛选出一个最合适的配方。

Cu-Al系合金, 根据文献[1~3], 综合合金的耐磨、耐蚀性、光泽度和加工性等性能, 选取的黄金色铜合金的成分范围记为配方1。

Cu-Zn系合金, 根据有关文献和欧洲造币材料的成分, 选取的黄金色铜合金的成分范围记为配方2。两类黄金色铜合金的成分范围及比较见表 1所示。

1.2 铜粒子的制备方法和装置

对于使熔融的金属液流冷却粒化而制取金属颗粒的方法和装置, 已有一些专利文献报道, 见文献[4~5], 但主要是以直径较大(> 5mm)的铁粒子(包括硅铁、铬铁等)的制备为主, 而对于直径为0.5~ 5mm的铜合金粒子的制备方法和装置则报道很少。

试验根据已有的制备金属颗粒以及金属粉末的方法, 结合铜合金本身的特点, 对小批量地制取铜合金粒子, 试制了离心粒化法和高压水粒化法两种较为简易的成形装置。

1.2.1 离心粒化法

该装置是让一束铜液流垂直落在一个旋转的水平转盘上, 铜液流撞击转盘后受离心力的作用从旋转盘的边缘被抛出而形成液滴, 这些液滴向转盘的切线方向和上方运动, 最后落入转盘下的冷却水槽中凝固成颗粒。该装置相应的装置简图见图 1所示。

1.2.2 高压水粒化法

这一装置是让一束熔融的铜液流垂直经过高压水雾束流使铜液被水雾冲击分散成颗粒并迅速冷却凝固。该装置相应的装置简图见图 2所示。

2 试验结果与分析 2.1 黄金色铜合金最佳成分的确定

分别按配方1和配方2的成分范围, 逐次调整主加元素或辅加元素的含量进行了8个炉次的熔炼浇铸试验, 将8个炉次的铸锭排列起来进行色泽比较。各炉次合金的成分及外观色泽见表 2所示。结果表明, 按配方2中8%Zn、2%Al、1%Ni、Re适量、Cu余量的成分具有最好的仿金色泽, 经进一步的粒子成形试验, 肯定了该配方成分是可取的。将该成分合金浸泡到人工汗液(每1000mL溶液中含:氯化钠5g、浓氨水6mL、冰乙酸7mL)中进行耐腐蚀试验, 结果表明该合金浸泡120 h以后不变色。

2.2 两种铜粒子成形装置的比较试验 2.2.1 离心粒化法

试制的离心粒化装置的圆盘为金属盘, 盘的直径为200mm, 转速为100~500 r/min。从箱式电炉熔炼的铜合金温度约为1280℃, 将其倒在圆转盘30cm处的一个底部开有8 mm孔的石墨坩埚内, 从坩埚底孔流出的铜液直径约为5mm, 铜液流在靠近圆盘中心的位置与盘接触。

试验表明, 冷却水槽的直径必须足够大, 否则, 经过离心分开的液态金属颗粒碰撞到冷却水槽壁以后将凝结到一起。在影响粒子成形的因素中, 圆盘的转速、液态金属的过热程度和铜液流的直径大小起主要作用。

试验结果表明, 用离心粒化法在上述的试验条件下以500r/min的转速能获得呈圆形、较细小的粒子, 粒子直径为0.5~2mm。

2.2.2 高压水粒化法

试制的高压水粒化装置外形尺寸约为50cm×50cm, 其进水口通过一组阀门与高压水泵相联, 通过调节阀门的大小调节进水水压的高低, 试验所采用的装置入口处的水压为0.1~ 0.5MPa。该装置的核心是其中部的高压水雾发生器。通水后高压水从高压水雾发生器出水口呈锥状高速喷出。在装置的正上方有一固定支架, 支架上放置一个底部开有8mm孔的石墨坩埚, 铜合金经熔炼后温度约为1 280℃, 将其倒在装置上方的石墨坩埚中, 从坩埚底孔流出的铜液通过装置中心的圆孔后立即受到该处喷出的高压水流的冲击、分散、冷却, 由此形成铜粒子。

试验表明, 在影响粒子成形的因素中, 高压水流的流速、喷射夹角和铜液流的直径大小起主要作用。

试验结果表明, 用高压水粒化法以上述的试验条件在水压由小到大时可分别得到粒度稍大但更呈球形的粒子或形状不规则但更薄更细的颗粒。颗粒的直径为1~10mm。

2.2.3 两种粒子成形方法的比较

试验表明, 用上述两种粒子成形方法均能简便、有效地制取铜合金粒子, 可根据对粒子外形的要求, 选择其中的一种方法。但这两种方法又各有其特点, 见表 3所示。

3 结论

(1) 选配的黄金色铜合金配方(8% Zn、2%Al、1%Ni、Re适量、Cu余量)具有较好的仿金色泽和成形性、耐蚀性。

(2) 试制的两种铜粒子成形装置简单实用, 根据需要加以选用可生产出0.5~10mm不同粒度的铜粒子。