基本信息
- 项目名称：
- 废杂铜再生熔体净化铸造优质铅黄铜
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品研究了以废杂铜为原料铸造生产出的再生铅黄铜型材，进行力学性能分析发现其得出其抗拉强度好但是塑性差，再进行显微组织结构的分析以及断口形貌成分的分析，在实验室进行探索技术路线，通过在熔体的净化过程中调整合金成分，向熔液中添加废稀土永磁材料，充分发挥稀土在铜合金再生熔炼连铸过程中洁净晶界等作用使得再生铜合金材的塑性提高20%以上。同时略微提高抗拉强度，通过优化后的产品成本低、具有良好的市场效益。
- 详细介绍：
- 本作品以目前严重影响我们环境的废杂铜为研究对象，针对现在我们国家废铜污染环境且不能很好的循环利用的现状、纯铜价格日益升高的国际趋势以及顺应中央在“十二五”规划中提出的加强资源节约与管理、大力发展循环经济等方针政策。作品研究了以废杂铜为原料铸造生产出的再生铅黄铜型材，进行力学性能分析发现其得出其抗拉强度好但是塑性差，再进行显微组织结构的分析以及断口形貌成分的分析，进一步通过研究对比发现，废杂铜再生熔体中夹渣多、夹杂多，所以解决其质量问题，提高力学性能是一个重要课题。因此我们在实验室进行探索技术路线，通过在熔体的净化过程中调整合金成分，向熔液中添加熔液重量的0.10~3.00wt%的废钕铁硼永磁材料或者0.10~2.50wt%的废稀土钴永磁材料，利用其废稀土永磁材料，充分发挥稀土在铜合金再生熔炼连铸过程中洁净晶界、Fe-B优化铜合金晶粒尺寸的作用、Co强化基体和树枝状晶铁基固溶体，使得再生铜合金材的塑性提高20%以上。同时略微提高抗拉强度，通过优化后的产品成本低、具有良好的市场效益。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的目的：作品主要分析以废杂铜为原料再生铸造铅黄铜的强度和塑性偏低的原因，探索提高其力学性能的措施。 作品设计的基本思路：针对废杂铜为原料采用现有技术再生的铅黄铜存在强度、塑性偏低的问题，采用扫描电镜、能谱成分分析，首先弄清现有技术再生的铅黄铜力学性能偏低的原因；通过实验分析实现对铸造铜合金晶界的净化，进而对合金基体强化；对样品进行力学性能检测。 本作品的创新点： （1）通过扫描电镜和能谱仪对再生铅黄铜显微组织成分和断口形貌的分析，发现树枝状晶铁基固溶体与铜合金基体的界面是薄弱环节，在拉伸过程中，从该界面直接剥离，这是导致再生连铸铅黄铜合金塑性和强度低下的主要原因之一。（2）以废杂黄铜为原料，在现有再生工序（熔炼、精炼、合金成分调整工序）之后，增加向熔液中添加熔液重量的0.10~3.00wt%的废钕铁硼永磁材料或者0.1~2.5wt%废稀土钴永磁材料，使再生连铸黄铜合金塑性提高20%以上，申报发明专利2项；（3）在再生连铸铜合金材的加工过程中，增加净化工序，充分利用宁波稀土永磁材料国际最大产业基地的特点。 技术关键：在现有技术的基础上，通过分析再生连铸铜合金的力学性能偏低的原因，理论上分析并寻找合适的提高铸造铜合金力学性能的净化剂，并进行实验。 技术指标：以废杂铜再生铸造HPb58-2A为例，采用现有技术铸造的铜合金抗拉强度为340MPa，延伸率为4.5%，改进后试样的强度达到406MPa、延伸率达到10.5%。
科学性、先进性
- 1、工艺上的科学性与先进性：分析了现有技术连铸铜材力学性能低的原因，对再生熔体净化处理，提高再生铅黄铜的塑性。2、技术手段上的科学性与先进性：利用扫描电镜和能谱分析等现代显微分析测试手段对现有技术用废杂铜再生连铸铜合金进行研究，手段先进科学可靠；对再生、净化、铸造的铜合金试棒进行力学性能检测，检测机构为国家认可的实验室。技术路线简便易行，通过性能检测→显微组织分析→熔体净化→试棒性能检测，获得一种有效提高塑性、强度的技术措施。在废杂铜熔炼、精炼、调整合金成分之后，在熔液中加入废钕铁硼永磁材料或废稀土钴永磁材料提高力学性能。3、效益上的科学性与先进性:作品针对废杂铜存在成分复杂、杂质较多进而产生有害于产品机械性能的问题进行研究，稀土在材料制备上是工业“味精”具有将精炼后残存在熔体中的氧化夹渣还原、净化的作用，Fe-B具有调整晶粒尺寸分布的能力，Co在Fe中或者Cu固溶具有显著的强化作用，因此采用废钕铁硼稀土永磁材料或者废稀土钴永磁材料对再生熔体进行净化，是能够提高力学性能的。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2009年宁波大学储备项目立项的重点项目； 2、2010年宁波大学新苗人才计划资助项目。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：具有高的抗拉强度和塑性的铜合金在应用中可设计成更薄、更细、更轻的结构件，可以减轻重量、降低成本。 技术特点和优势：在再生熔炼过程中加入废钕铁硼永磁材料或废稀土钴永磁材料，工艺简单，而且充分发挥稀土资源的作用，制备的铜材塑性和抗拉强度明显提高，效果显著。 适应范围：废稀土永磁材料净化废杂铜黄铜合金再生、铸造。 技术性说明： 往再生合金熔液中加入合金熔液重量0.10～2.50%废稀土钴永磁材料或0.10～3.00%废钕铁硼永磁材料，通过强化晶体、净化晶界组织等作用，实现改善再生铸造黄铜合金的拉伸强度和延伸率。 市场分析：黄铜是目前应用最为广泛的铜材，优质再生黄铜具有非常广阔的市场空间，净化工艺具有简单、成本低、效果明显等特点，该工艺还符合国家“十二五”规划中提出的资源循环利用的大政方针，具有良好的应用前景。 经济效益预测：扣除废稀土永磁成本之后每吨优质铅黄铜利润为1250-5000元，以年产十万吨再生铅黄铜规模计算，预计可产生利润1.25-5.0亿元。
同类课题研究水平概述
- 现阶段国内先进废杂铜再生技术路线为：合金熔炼、精炼、合金成分调整和再生铸造，但因原料大部分或全部为废杂铜，再生黄铜合金中杂质含量高、夹杂多、夹渣普遍等缺陷，使得制备得到的再生铅黄铜型材的塑性和抗拉强度等始终无法接近以纯铜为原料制备的铅黄铜型材，无法满足市场上对优质铅黄铜的要求。如何提高废杂黄铜作原料再生、铸造黄铜合金的拉伸强度、延伸率成为铜材加工行业一个迫切希望解决的问题，也是一个棘手的难题。 而作品首先分析废杂铜现有再生铸造黄铜合金塑性、强度低的原因，进而提出在废杂铜现有再生铸造技术中，增加熔体净化工序的创新性思路，并以废钕铁硼永磁材料或者废稀土钴永磁材料为净化剂，通过实验，结果表明再生熔体经过废稀土钴永磁材料净化，铸造铅黄铜强度和塑性均提高；再生熔体经过废钕铁硼永磁材料净化，铸造铅黄铜塑性明显提高。 到目前为止，还未见相关报道。
