(九牧廚衛(wèi)股份有限公司，廈門 361000)

0 引 言

傳統(tǒng)鉛黃銅因具有良好的冷熱成型性能、切削性能和耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于儀表零件，電器連接件，衛(wèi)浴行業(yè)的水管、水龍頭和閥門等零部件上。鉛黃銅的主要成分是銅和鋅，另外的鉛幾乎不能固溶于銅鋅二元合金，也不會(huì)與銅或鋅形成金屬間化合物，而是以游離狀態(tài)分布于基體中。當(dāng)鉛黃銅用于衛(wèi)浴管道系統(tǒng)時(shí)，在水的沖刷和浸泡下，表面的鉛易溶出而進(jìn)入水中，從而對(duì)人體和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，世界各國陸續(xù)出臺(tái)了嚴(yán)格的法律法規(guī)以限制給水管道零部件用黃銅材料中的鉛含量。美國加州政府在2006年通過了加州上水管道產(chǎn)品鉛含量法令(AB1953)，規(guī)定在管道類產(chǎn)品及配件中，與水接觸部位的鉛含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)不得超過0.25%；美國國家衛(wèi)生基金會(huì)制定的NSF/ANSI 61標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水系統(tǒng)中鉛的檢測統(tǒng)計(jì)值不能超過5 μg·L-1；我國GB 18145-2014標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定鉛在水中的溶出量不得超過5 μg·L-1。開發(fā)低鉛含量，同時(shí)具備良好制造和加工性能的新型環(huán)保黃銅已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外學(xué)者逐步開展無鉛黃銅的研究工作，相繼開發(fā)出鉍黃銅、硅黃銅和銻黃銅等新型無鉛環(huán)保黃銅。美國和日本較早開發(fā)出鉍黃銅，并形成了較為完整的鉍-硒和鉍-錫黃銅合金體系[1]。國內(nèi)路達(dá)(廈門)工業(yè)有限公司開發(fā)的無鉛易切削鉍鋁黃銅通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的科技成果鑒定，切削效率達(dá)到鉛黃銅的90%。然而鉍的表面張力遠(yuǎn)小于銅的，且鉍易與錫、磷等元素形成低熔點(diǎn)化合物并呈網(wǎng)狀或連續(xù)薄膜狀分布在晶界上，導(dǎo)致晶粒間結(jié)合力降低，因此鉍黃銅具有熱脆和冷脆特性，其耐脫鋅腐蝕和耐應(yīng)力腐蝕性能差，在產(chǎn)品制造及使用過程中存在開裂風(fēng)險(xiǎn)[2]。由此可見，鉍黃銅并非鉛黃銅理想的替代材料。寧波博威集團(tuán)率先開發(fā)出一系列新型無鉛易切削銻黃銅，其銻含量為0.3%～2.0%，切削性能與C36000鉛黃銅相當(dāng)；但由于銻對(duì)人體和環(huán)境具有毒性，析出量易超過NSF/ANSI 61和GB 18145-2014規(guī)定的上限0.6 μg·L-1，因此難以在衛(wèi)浴管道領(lǐng)域推廣應(yīng)用。此外，還有很多關(guān)于鎂黃銅、鈣黃銅、磷黃銅和石墨黃銅等方面的研究和專利，但這些銅合金大都還停留在試驗(yàn)研究階段，離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有較大距離。硅黃銅具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，其組織中硬脆的γ相可替代鉛顆粒來實(shí)現(xiàn)易切削加工性能，并且硅是地殼中含量第二豐富的元素，在生產(chǎn)及使用過程中無有害物質(zhì)產(chǎn)生，因此硅黃銅是目前鉛黃銅最為理想的替代材料。

根據(jù)相組成，硅黃銅可分為(α+β)型硅黃銅、(β+γ)型硅黃銅以及(β+α/γ/κ/μ)型硅黃銅。TAHA等[3]研究了不同硅含量對(duì)CuZn40環(huán)保黃銅組織的影響，得出以下規(guī)律：當(dāng)0≤w(Si)≤1%時(shí)，硅黃銅以(α+β)相為主，隨著硅含量增加，硅黃銅中α相比例降低，β相比例增加，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量的γ相和λ相；當(dāng)1%≤w(Si)≤2%時(shí)，硅黃銅以β相為主，組織中γ相和λ相的比例隨著硅含量增加而增加，α相含量較低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量的η相和χ相；當(dāng)2%≤w(Si)≤3%時(shí)，硅黃銅中β相的含量隨著硅含量的增加而逐漸減少，γ相和λ相則逐漸增加，組織中基本不存在α相。根據(jù)主添加元素的不同，環(huán)保硅黃銅又分為低鋅硅黃銅、硅鉍黃銅、硅磷黃銅和硅錳黃銅等。目前國外主要進(jìn)行低鋅環(huán)保硅黃銅(如C87850硅黃銅)的開發(fā)，而國內(nèi)則在多元復(fù)合硅黃銅的研究方面走在世界前沿。作者從成分設(shè)計(jì)、顯微組織及性能等方面，綜合介紹了這4種環(huán)保硅黃銅的研究進(jìn)展及其在衛(wèi)浴行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并簡單介紹了硅黃銅的變質(zhì)處理研究情況，以期為國內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)保硅黃銅的研究提供一定參考。

1 環(huán)保硅黃銅的成分及性能

1.1 低鋅環(huán)保硅黃銅

日本三菱伸銅株式會(huì)社開發(fā)出的低鋅硅黃銅合金ECOBRASS在美國銅業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)成功注冊(cè)合金牌號(hào)C87850，同時(shí)納入一系列ASTM標(biāo)準(zhǔn)(如ASTM B584、ASTM B806、 ASTM B30等)中，成為國際環(huán)保硅黃銅的典型牌號(hào)。ECOBRASS銅合金是一種硅含量約為3%的高性能新型無鉛環(huán)保黃銅，具有良好的切削性能及優(yōu)異的成型性能，同時(shí)解決了應(yīng)力腐蝕開裂及脫鋅腐蝕問題?；贓COBARSS銅合金，科研工作者相繼開發(fā)出C87400，C87500，C87800等牌號(hào)銅合金，形成了較為完善的低鋅環(huán)保硅黃銅體系；該體系銅合金中的銅含量大于75%，硅含量大于2.5%，鉛含量小于1%，鋁含量小于0.8%。與鉛黃銅相比，低鋅硅黃銅的強(qiáng)度高(抗拉強(qiáng)度不低于345 MPa)，斷后伸長率低(15%～18%)，相對(duì)切削率均達(dá)到C36000鉛黃銅的70%以上。

NOBEL等[4]研究了低鋅硅黃銅的組織和加工性能，發(fā)現(xiàn)其組織為α相加少量κ相和γ相，其中κ相和γ相具有硬脆性，能起到切削斷屑作用，從而使低鋅硅黃銅具有優(yōu)異的切削加工性能。

HOFMANN等[5]研究了硅系易切削黃銅，當(dāng)化學(xué)成分為76.65%Cu，3.27%Si，0.01%Sn，0.01%Fe，0.01%Ni，0.01%Mn，20.04%Zn時(shí)，其耐腐蝕性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度(697 MPa)和屈服強(qiáng)度(412 MPa)均高于CuZn39Pb3鉛黃銅的(475 MPa，375 MPa)，最大脫鋅層深度(165 μm)則遠(yuǎn)低于CuZn39Pb3鉛黃銅的(1 200 μm)，適用于制造衛(wèi)浴管道系統(tǒng)零部件。

國內(nèi)主要銅材制造廠也進(jìn)行了一系列環(huán)保低鋅硅黃銅的開發(fā)，如浙江天申銅業(yè)開發(fā)出適合重力鑄造的無鉛環(huán)保硅黃銅[6]，其化學(xué)成分為70%～80%Cu，0.7%～3.0%Si，0.2%～0.7%Al，余鋅。該銅合金最突出的特點(diǎn)是流動(dòng)性較好，保證了重力鑄造的質(zhì)量和良品率，在潔具行業(yè)具有良好的應(yīng)用前景。

寧波博威合金公司開發(fā)出一種低鈣易切削硅黃銅[7]，其化學(xué)成分為73.5%～78.4%Cu，3.0%～3.45%Si，0.001%～0.15%Ca，0.03%～0.3%稀土(RE)，其他元素0.015%～0.95%，余鋅。采用鈣、稀土元素替代元素鉛，可以在基體中形成均勻分布的含鈣化合物和稀土化合物，使得該硅黃銅的切削性能和耐應(yīng)力腐蝕性能明顯提升，且抗氧化性能優(yōu)良。

海亮集團(tuán)開發(fā)出一種含硅無鉛易切削黃銅[8]，其化學(xué)成分為80%～84%Cu，2.5%～5.0%Si，0.02%～0.1%As，余鋅。該黃銅的熱加工性能與日本C3771鉛黃銅相當(dāng)，切削加工性能與日本C3604鉛黃銅相當(dāng)，耐腐蝕性能優(yōu)于HPb59-1鉛黃銅，可用于生產(chǎn)加工對(duì)強(qiáng)度要求較高、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。

低鋅硅黃銅基本不含有毒元素，性能優(yōu)良，但其銅含量普遍在70%以上。高昂的成本及銅資源緊缺等諸多限制條件導(dǎo)致低鋅環(huán)保硅黃銅缺乏市場競爭力。同時(shí)，日本三菱伸銅株式會(huì)社在全球范圍內(nèi)申請(qǐng)了專利保護(hù)，亦給低鋅硅黃銅的推廣和應(yīng)用造成諸多限制。目前低鋅硅黃銅僅少部分應(yīng)用于日本、澳洲和東南亞等海洋環(huán)境區(qū)域，主要替代成本更加高昂的青銅材料用于制造閥體和龍頭等產(chǎn)品。

1.2 硅鉍環(huán)保黃銅

與HPb59-1鉛黃銅相比，鉍硒系、鉍錫系、鉍鋁系等鉍黃銅具有良好的切削加工性能，但抗脫鋅腐蝕和耐應(yīng)力腐蝕性能較差；低鋅硅黃銅具有良好的熱加工性能、鑄造性能和耐腐蝕性能，但切削加工性能較差。因此，國內(nèi)外學(xué)者充分結(jié)合硅黃銅和鉍黃銅的性能優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出了Cu-Zn-Si-Bi系列黃銅。

寧波敖達(dá)金屬新材料有限公司開發(fā)出4個(gè)牌號(hào)的無鉛易切削耐腐蝕硅鉍黃銅，并已實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)[9]。這4個(gè)牌號(hào)分別為HSi60-1.0-0.8、HSi62-1.0-0.3、HSi62-0.4-0.3、HSi59-0.4-0.3,各牌號(hào)黃銅中的硅含量分別為0.6%～1.0%,0.8%～1.3%,0.25%～0.4%,0.4%～0.7%;鉍含量分別為0.6%～1.0%,0.2%～0.45%,0.3%～0.5%,0.3%～0.5%。此外，還添加了微量錳、鎳、錫、鋁等元素進(jìn)行合金化。因組織中出現(xiàn)硬脆的γ相，該系列硅鉍黃銅的強(qiáng)度和硬度較高，適量硅和鉍又使得其鑄造流動(dòng)性和熱鍛性較好。該系列硅鉍黃銅切削加工性能明顯優(yōu)于低鋅硅黃銅的，在電子、衛(wèi)浴水暖和汽配領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

上述硅鉍黃銅的硅含量普遍高于0.3%，且材料硬度較高，不利于生產(chǎn)過程中的切削和研磨拋光加工。鴻航金屬科技有限公司在這4種硅鉍黃銅的基礎(chǔ)上開發(fā)出低硅鉍黃銅[10]，該黃銅的硅含量低于0.3%，鉍含量為0.1%～0.6%，在降低基體硬度的同時(shí)又改善了切削性能，還可避免較高含量鉍在基體中的不連續(xù)網(wǎng)狀分布。

佛山市國鷗銅業(yè)[11]開發(fā)出一種易切削鍛造用無鉛硅鉍銅合金，其化學(xué)成分為57.5%～59.0%Cu，0.3%～0.4%Si，0.7%～1.2%Bi，0.05%～0.2%Fe，余鋅。添加少量鐵元素可以細(xì)化晶粒，但需避免造成拋光硬質(zhì)點(diǎn)。該銅合金的切削、磨拋、電鍍性能優(yōu)異，適用于制造水暖零部件，目前已實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

劉伯雄[12]研究了不同硅含量(0.3%～1.0%)對(duì)某環(huán)保鉍黃銅組織的影響，發(fā)現(xiàn)隨著硅含量增加，黃銅中的β相比例升高，α相比例降低，其強(qiáng)度和切削加工性能得到提升。

ZHAO等[13]研究發(fā)現(xiàn)，添加鉍元素并對(duì)熔體進(jìn)行電脈沖處理會(huì)對(duì)無鉛易切削硅黃銅的晶粒尺寸和組織均勻性產(chǎn)生較大影響：對(duì)鉍含量0.5%的硅鉍黃銅熔體進(jìn)行30 s電脈沖處理，所得黃銅中的鉍顆粒尺寸由30 μm減小到5 μm，形狀由長條狀變?yōu)轭w粒狀，在α相及相界上的分布更加均勻；隨著脈沖電壓增加，β相由細(xì)針狀或長棒狀轉(zhuǎn)變成短棒狀，當(dāng)電脈沖參數(shù)為電壓1 000 V，頻率8 Hz，時(shí)間30 s時(shí)，β相最為細(xì)小、均勻。

硅鉍黃銅雖然在一定程度上克服了鉍黃銅和硅黃銅的缺點(diǎn)，但仍存在較大的開裂風(fēng)險(xiǎn)，在使用前大都需要進(jìn)行熱處理，這就導(dǎo)致現(xiàn)階段硅鉍黃銅的產(chǎn)量依然不高，其工藝性能還需進(jìn)一步優(yōu)化。

1.3 硅磷環(huán)保黃銅

硅磷環(huán)保黃銅以地殼中含量豐富的硅、磷替代鉛、鉍等金屬，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。磷在銅中的固溶度隨著溫度下降而迅速降低，室溫時(shí)幾乎為0，析出的磷與銅結(jié)合形成金屬間化合物Cu3P。在切削加工過程中，該化合物易切削破碎，從而使該銅合金表現(xiàn)出良好的切削性能。

日本三越金屬株式會(huì)社開發(fā)出BZ5硅磷環(huán)保黃銅[14]，其化學(xué)成分為75.5%Cu，3.0%Si，0.1%P，0.1%Pb，余Zn；棒材和鑄件的抗拉強(qiáng)度分別為600，430 MPa，斷后伸長率分別為28%，25%。BZ5黃銅含有Cu3P和富硅脆相，切削性能與鉛黃銅相當(dāng)，流動(dòng)性好，鍛造、鑄造等工藝性能良好，可用于飲用水系統(tǒng)五金件的批量化生產(chǎn)。

許躍等[15]開發(fā)出65Cu-3Si-0.1P和65Cu-1Si-0.1P兩種新型無鉛硅磷黃銅，其基體中含有由多種元素組成的復(fù)雜化合物。這些化合物與鉛類似，具有脆性，可起到切削斷屑作用，從而提高切削加工性能。65Cu-1Si-0.1P黃銅的塑性遠(yuǎn)好于65Cu-3Si-0.1P黃銅的。

何孔高等[16]采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，率先將稀土與硼-鋯復(fù)合變質(zhì)技術(shù)應(yīng)用于硅磷黃銅，配合時(shí)效熱處理工藝，開發(fā)出了高性能、低成本的無鉛易切削高強(qiáng)耐蝕硅磷黃銅，其化學(xué)成分為59%Cu，3.0%Si，2.7%P，0.2%Ni和35 %Zn。該黃銅已實(shí)現(xiàn)小批量試產(chǎn)，可應(yīng)用于電子、水暖衛(wèi)浴、儀器儀表、家用電器等相關(guān)領(lǐng)域，是鉛黃銅的理想替代材料之一。

九牧廚衛(wèi)開發(fā)出一種含磷易切削硅黃銅并進(jìn)行了批量化試產(chǎn)[17]，該硅黃銅的化學(xué)成分為61%～64%Cu，0.5%～1.0%Si，0.4%～1.0%Al， 0.15%～0.6%P，0.1%～0.15%Pb，0.01%～0.3%Ni，0.1%～0.5%(Mg+Sn)，余Zn。在其開發(fā)研究過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷含量為0.15%時(shí)，Cu3P主要分布于α和β相界上，起到改善切削性能的作用；當(dāng)磷含量大于0.6%時(shí)，Cu3P以網(wǎng)狀或連續(xù)薄膜狀分布于晶界上，導(dǎo)致銅合金產(chǎn)生熱脆和冷脆特性，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鑄造疏松缺陷而影響組織致密性。因此，需將該硅磷黃銅中的磷含量控制在低于0.6%。

硅磷環(huán)保黃銅具有良好的鑄造性能和切削加工性能，但耐脫鋅腐蝕性能較差，脫鋅層深度隨著磷含量增加而明顯增加，如ZCu62Si0.6Al0.4硅黃銅的平均脫鋅層深度為252.3 μm,當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%，0.60%的磷后，平均脫鋅層深度分別增至316.2，465.5 μm。這是由于Cu3P大多分布于相界或晶界上，產(chǎn)生了數(shù)量眾多的微型原電池反應(yīng)，從而加快了銅合金的腐蝕。硅磷環(huán)保黃銅目前主要應(yīng)用于對(duì)耐腐蝕性能要求不高的中低端衛(wèi)浴產(chǎn)品上。為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，需要在提高耐腐蝕性能及鑄造收縮性能等方面開展更加深入的研究。

1.4 硅錳環(huán)保黃銅

錳黃銅因具有優(yōu)異的鑄造性能、力學(xué)性能和耐海水腐蝕性能而廣泛應(yīng)用于螺旋槳、軸承套、閥門等產(chǎn)品上。九牧廚衛(wèi)率先將硅黃銅和錳黃銅相結(jié)合，開發(fā)出JM1和JM2兩種易切削硅錳黃銅[18]，并批量將其應(yīng)用于五金龍頭和閥門的生產(chǎn)制造中。JM1硅錳黃銅的化學(xué)成分為60%～64%Cu,0.6%～1.0%Si, 0.2%～1.0%Al, ≤0.15%Pb, 0.2%～0.3%Mn, 0.01%～0.25%P, 0.01%～0.25%Mg, 0.01%～0.1%Sn,余Zn;JM2硅錳黃銅則在此基礎(chǔ)上將錳含量提高到了0.4%～0.5%。

以JM1硅錳黃銅為例對(duì)顯微組織進(jìn)行說明。JM1硅錳黃銅的基體組織為β相+少量呈針狀、小塊狀的α相+黑色顆粒狀化合物+塊狀Mn-Si化合物。錳在黃銅中有兩種存在形式：一是少量固溶于β相以改善β相的鑄造收縮性能，并提高黃銅的強(qiáng)度和硬度；二是與硅形成彌散分布的Mn-Si化合物以改善黃銅的切削性能。硅錳環(huán)保黃銅的耐脫鋅腐蝕性能優(yōu)于HPb59-1鉛黃銅的，其脫鋅層深度小于150 μm，相對(duì)切削效率最高可達(dá)到HPb59-1鉛黃銅的90%，是鉛黃銅理想的替代材料。

1.5 其他環(huán)保硅黃銅

PUATHAWEE等[19]研究了一種無鉛易切削硅錫環(huán)保黃銅，其化學(xué)成分為58.7%～60.3%Cu，0.6%Sn，0.5%～3.0%Si，余鋅。當(dāng)硅含量為0.5%時(shí)，該銅合金的硬度為123.4 HV，硅含量越高，其硬度越高。與單獨(dú)添加硅相比，同時(shí)添加錫和硅時(shí)組織中的β相含量更高，γ相分布更為均勻，銅合金硬度更高，更有利于進(jìn)行切削加工。

汪盼等[20]通過在硅黃銅中添加一定量的鎳，制備了環(huán)境友好型硅鎳黃銅，添加鎳元素可以明顯改善硅黃銅的耐脫鋅腐蝕性能，鎳含量為0.3%的耐脫鋅腐蝕性能好于鎳含量0.1%和0.5%的，平均脫鋅層深度小于400 μm。

董晟全等[21]設(shè)計(jì)了一種低成本耐蝕易切削硅鎂黃銅，其化學(xué)成分為60.0%～62.0%Cu，0.5%～1.0%Si，1.5%～2.0%Mg，2.0%～2.4%Al，0.05%～0.1%Ti，余Zn。該銅合金的室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)522 MPa，脫鋅層深度約為131 μm, 螺旋流動(dòng)長度約為93 cm，切削性能與HPb59-1鉛黃銅相當(dāng)。

彭鋒等[22]開發(fā)出一種無鉛易切削硅鈣黃銅，其組成為57.0%～65.0%Cu， 0.1%～2.0%Si，0.3%～2.5%Ca，0.2%～2.0%Mg，0.01%～0.5%Al，0.01%～0.3%La-Ce合金(40%Ce)，0.01%～2.0%X，余Zn；X為鐵、磷、錫中的一種或多種。該黃銅合金添加了環(huán)保且儲(chǔ)量豐富的硅和鈣，未添加鉍、銻和鎳等昂貴金屬，生產(chǎn)成本較低，同時(shí)具有較高的切削性能、耐蝕性能、熱加工性能和力學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于水龍頭配件等。

黃勁松等[23]設(shè)計(jì)了一種無鉛易切削硅石墨黃銅，其化學(xué)成分為58.0%～62.0%Cu，0.1%～3.5%Si，0.1%～3.5%石墨，余Zn。硅和石墨價(jià)格便宜，可顯著降低生產(chǎn)成本，同時(shí)該黃銅的熱塑性非常好，熱擠壓比達(dá)80以上，無冷脆現(xiàn)象。

總體來說，目前環(huán)保硅黃銅合金化研究主要集中在降低成本，提高切削性能和耐腐蝕性能等方面。雖然已相繼開發(fā)出硅鎳黃銅、硅鎂黃銅、硅鈣黃銅以及硅石墨黃銅等新型環(huán)保硅黃銅，但這幾種材料均存在一定應(yīng)用瓶頸，如硅鎳黃銅原料成本高，硅鎂黃銅和硅鈣黃銅存在鑄造疏松缺陷及成分管控難題，硅石墨黃銅熔煉制備困難等，需要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化提升才能真正投入到實(shí)際生產(chǎn)中。

2 環(huán)保硅黃銅的變質(zhì)處理

SADAYAPPAN等[24]對(duì)化學(xué)成分為14%Zn，4.5%Si，余Cu的低鋅硅黃銅進(jìn)行了不同的變質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)添加Cu-50%Zr合金后，低鋅硅黃銅的晶粒度為6.8級(jí)；添加Cu-9%Zr-9%Mg合金后，低鋅硅黃銅的晶粒度為4.5級(jí)；添加美國Desofin晶粒細(xì)化劑后，黃銅晶粒度達(dá)到4.5級(jí)；而Cu-2%B合金或德國FKM2000晶粒細(xì)化劑對(duì)低鋅硅黃銅幾乎沒有晶粒細(xì)化作用。

OISHI等[25]在Cu-10Zn-2Si黃銅中添加了鈷元素，發(fā)現(xiàn)微量鈷的添加有助于產(chǎn)生析出相，從而阻止晶粒長大； 而添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的鈷后，該黃銅的晶粒尺寸接近1.6 μm，抗拉強(qiáng)度為558 MPa，屈服強(qiáng)度為438 MPa，斷后伸長率為36.8%，強(qiáng)度和塑性更為平衡。

龐晉山等[26]以硅代替鉛，經(jīng)過稀土和硼變質(zhì)處理制得一種環(huán)境友好型硅黃銅，其切削性能達(dá)到HPb59-1鉛黃銅的80%，且變質(zhì)處理后γ相由沿著β相呈網(wǎng)狀分布形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的顆粒狀，顯微硬度明顯降低。

汪小霞[27]設(shè)計(jì)了成分為59.0%Cu，3.0%Si，0.3%P，0.2%Ni，余Zn的環(huán)保型無鉛硅黃銅，并研究了稀土、硼和鋯對(duì)其組織的細(xì)化作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加0.01%B變質(zhì)處理的細(xì)化效果最好，γ相為均勻細(xì)小球狀顆粒，硅黃銅的力學(xué)性能得到提高。

陳洲等[28]設(shè)計(jì)了成分為63%Cu，3%Si，0.05%～0.1%P，0.02%～0.04%Mg，余Zn的硅黃銅，研究了鋯對(duì)其耐腐蝕性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加0.007%的鋯可提高該黃銅的極化電阻，減小腐蝕電流，從而顯著提高在CuCl2溶液中的耐脫鋅腐蝕性能。

環(huán)保硅黃銅變質(zhì)處理的主要目的是改變?chǔ)孟嗟男蚊埠头植?。通過添加變質(zhì)劑，β相基體上的γ相由不均勻分布的粗大星花狀轉(zhuǎn)變成彌散分布的顆粒狀，進(jìn)而改善黃銅的切削加工性能。目前國內(nèi)外對(duì)硅黃銅變質(zhì)處理的研究主要集中在中間合金細(xì)化劑變質(zhì)處理，而對(duì)粉狀鹽類細(xì)化劑的變質(zhì)處理研究不夠充分，這與國內(nèi)主流銅材廠及衛(wèi)浴制造企業(yè)在一次熔煉及銅錠二次重熔過程中大都采用粉狀鹽類細(xì)化劑的生產(chǎn)現(xiàn)況發(fā)生明顯脫節(jié)。鑒于粉狀鹽類細(xì)化劑具有低成本及低溫易添加等優(yōu)點(diǎn)，粉狀鹽類細(xì)化劑的作用機(jī)理、中間合金與粉狀鹽類復(fù)合變質(zhì)處理技術(shù)可作為硅黃銅變質(zhì)處理的重要研究方向。

3 結(jié)束語

環(huán)保硅黃銅是鉛黃銅最為理想的替代材料，目前針對(duì)硅黃銅的研究已取得一定成果，已開發(fā)出低鋅硅黃銅、硅鉍黃銅、硅磷黃銅和硅錳黃銅等系列環(huán)保黃銅，并在中國、日本等海洋環(huán)境區(qū)域得到推廣應(yīng)用。研究人員應(yīng)從原料成本、產(chǎn)品定位、加工條件以及性能等方面綜合考慮，選擇匹配的環(huán)保硅黃銅進(jìn)行技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，如低鋅硅黃銅適用于成本接受度高，對(duì)耐海水腐蝕性能有苛刻要求的沿海區(qū)域；硅鉍黃銅適用于加工量大，對(duì)應(yīng)力腐蝕性能要求不高的環(huán)境；硅磷黃銅和硅錳黃銅的成本及加工性能相當(dāng)，但硅磷黃銅的拋光性能更好，硅錳黃銅的強(qiáng)度和耐腐蝕性能更突出。為了持續(xù)推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)環(huán)保硅黃銅在衛(wèi)浴給水管道系統(tǒng)零部件領(lǐng)域?qū)︺U黃銅的有效替代，未來研究方向應(yīng)集中于以下幾個(gè)方面：

(1) 通過低成本、多組元合金化設(shè)計(jì)降低硅黃銅的生產(chǎn)成本。硅黃銅的銅含量普遍高于鉛黃銅，且為了保證其切削性能和耐腐蝕性能，大都添加了鉍、鎳和錫等價(jià)格較為昂貴的金屬，因此如何使用廉價(jià)的磷、鎂、錳等達(dá)到相同的切削和耐蝕效果是重要的研究方向。

(2) 拓寬硅黃銅性能研究領(lǐng)域?，F(xiàn)有環(huán)保硅黃銅的性能研究多集中在顯微組織、力學(xué)性能、切削加工性能和耐脫鋅腐蝕性能等方面，對(duì)宏觀組織、鑄造收縮和流動(dòng)性的研究略顯不足。開發(fā)出低凝固收縮、低澆注溫度以及流動(dòng)性能優(yōu)異的環(huán)保硅黃銅，并將其應(yīng)用于龍頭本體、閥體的鑄造生產(chǎn)，提高其綜合良品率，也是目前環(huán)保硅黃銅應(yīng)用的迫切需求。

(3) 加強(qiáng)硅黃銅變質(zhì)處理的研究。硅黃銅組織通常以β相為主，由于合金設(shè)計(jì)的差異，還會(huì)伴隨有少量的α相、γ相、κ相，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量的Cu3P、Mn-Si、Cu2Mg等金屬化合物。因此，進(jìn)一步研究硅黃銅的變質(zhì)處理方法，如中間合金與粉狀鹽類復(fù)合變質(zhì)處理技術(shù)，使得析出相及金屬化合物呈細(xì)小顆粒狀彌散分布，對(duì)于提高硅黃銅的塑性和耐腐蝕性能有重要意義。