一种艺术品的精密铸造用铜合金和制备方法以及用于精密铸造的方法

摘要

本发明公开了一种艺术品的精密铸造用铜合金和制备方法以及用于精密铸造的方法，属于精密铸造领域。其成分以及质量百分比含量为：Cu：45.0-49.0%，Sb：3.5-3.9%，Fe：1.3-1.7%，Bi：3.0-4.0%，Ni：0.5-1.5%，Te：0.2-0.5%，余量为Zn，其中Sb+Te≤4.2%。本发明合金的流动性大大增加，适合用于文化艺术品的铸造，能铸造最小直径为1mm左右的工艺品，提高了铸造精度，扩展了铸造技术的应用领域。本发明还公开了该艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法以及用于精密铸造的方法。

说明书

技术领域

本发明属于精密铸造领域，具体地说，涉及一种艺术品的精密铸造用铜合金以及铸造方法，更具体地说，涉及一种艺术品的精密铸造用铜合金和制备方法以及用于精密铸造的方法。 

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对于精神文化的需求要求越来越高，尤其是艺术品的需求呈现出膨胀式的增长。艺术品作为一种特殊商品，它具备商品的基本属性——使用价值和价值。作为商品的艺术品不同于一般的商品，它的使用价值不是表现为某种物质的工具性，而是体现在精神和文化上——藉以满足人们的某种审美需要和精神需要。因此，人的主观因素对艺术品的使用价值形成将起到决定性作用。艺术品的价值仍是凝聚在其中的无差别的人类劳动，艺术品价格作为其价值的市场货币表现，反映了相互间的交换比率和市场对艺术品价值的商业认同，并主要由艺术家自身劳动所创造的价值和艺术品市场供求矛盾关系所决定。但由于艺术品创作具有自主性、个体性、创造性和不可重复性等属性，使它与一般商品的批量生产等特点不尽相同，表现在创作过程和创作时间上，艺术品的价值形成也具有事先不可确定性，因此艺术品又可称谓自由的精神生产，不可能完全等同于一般商品。 

由于艺术品的创造不同于一般的商品生产，它的价格就与社会必要劳动条件、劳动强度和劳动效率在逻辑上并无必然的因果关系。例如，凝聚在原始人创造的艺术品上的时间单位绝对比不上如今人们修建一座高楼大厦所用的时间，但这并不意味着一件原始艺术品的价格就一定低于一座高楼大厦的价格。在看到艺术品的价值与价格存在着极大的不一致以后，著名的匈牙利美术家阿诺德·豪泽尔曾说过这么一句话：“由于艺术价值难以与市场价格相比较，一幅画的价格很难说明它的价值。艺术品价格的确定更多地取决于各种市场因素，而不是作品本身的质量。”作为艺术品价值的货币表现，艺术品的价格能在一定程度上表现出艺术品作为商品的相对价值。但艺术品的价值与价格之间的关系在很多情况下是非常复杂和不稳定的。仅仅根据艺术品的价格来判断艺术品价值的高低是荒谬的。决定艺术品价格的因素除了价值外，还有许多其它非价值的因素值得考虑。 

作品时间的久远和存世量。艺术品能流传并保存下来并非易事，因此一般情况下，距今历史越久远的东西，就越具有收藏保存价值，同样也越具有经济价值，故年代愈久，价格愈高。同时，“物以稀为贵”，作品的存世量愈少，相对而言其价格便愈高。按照供求规律，供不应求的作品，价格扶摇直上。这就是为什么画家去世后，价格往往会上升的原因。题材与 风格和尺寸大小。如中国画分山水、花鸟、人物三科，中国书法有真、草、隶、篆、行五体。艺术品的尺寸对价格也有影响，通常幅式越大价格也越高，因为大幅式的书画都是给特定对象的，一般创作数量不会太多。当然有时一些比较小型的珍品，如手卷类，也会出现极高的价格。尺幅的形式、大小对于作品的卖点有一定的决定作用。 

艺术品中，普通老百姓需求最多的是雕刻，雕刻是雕、刻、塑三种创制方法的总称。指用各种可塑材料（如石膏、树脂、粘土等）或可雕、可刻的硬质材料（如木材、石头、金属、玉块、玛瑙等），创造出具有一定空间的可视、可触的艺术形象，借以反映社会生活、表达艺术家的审美感受、审美情感、审美理想的艺术。雕、刻通过减少可雕性物质材料，塑则通过堆增可塑物质性材料来达到艺术创造的目的。但是古代的艺术品存量很少，无法满足民众的需要，而且作为工艺品，民众最希望的是美观、大方、精细以及便宜。为了美观，设计师们经常会设计一些栩栩如生的雕塑，但是越是精细的雕塑越是难以加工，如果全靠艺术家们手工雕刻，那么成本会非常高，价格也非常昂贵，随意铸造是最佳的方法，但是现在的铸造用的材料因为流动性不好，很难加工出精细的产品，尤其是中国人喜欢龙和凤，但是想龙须这种很细的部件，需要雕刻才能雕刻出来，无法通过铸造完成，尤其是对于直径为1mm左右的龙须最难铸造，因为现有的铸造都是采用铜，而一般的铜的流动性较差，为了提高流动性，以前经常采用添加铅，当铅含量不超过3%时，黄铜的切削性能随着含铅量的增加而变好，由于铅黄铜制作的器件损坏报废之后，通常被当做垃圾丢弃，由于铅是一种有害金属，这加剧了对环境的污染，随着人类对环保意识的增强，对铅危害的了解，要降低各种产品中的铅含量。现代医学研究表明，铅会破坏人的肾脏、血液、生殖等很多功能，长期的医学研究表明：在人类的周围存在微最的铅元素，是儿童成长的一大主要威胁，儿童的健康问题很多都来自铅，铅也对人口素质有不良的影响，现代科学研究发现：铅能损伤大脑的中枢神经系统。所以不能再采用传统的铜铅合金。 

中国专利申请号：200910044315.5公开日2010年03月10日，公开了一份名称为一种铸造无铅易切削黄铜的专利文件，一种铸造无铅易切削黄铜，该发明黄铜各成分质量分数是：铜56.0%-68.0%，锰2.0%-2.9%，锑2.1%-3.0%，铁0.1%-0.2%，硼0-0.05%，硅0-0.1%，铝0.2%-0.3%。钪或钇0.6%-1.2%，余量为锌，其中锰和锑的总和不超过5.1%、杂质总量不超过0.05%。该发明通过调整黄铜成分，优化了黄铜的微观组织。从一系列的成分中筛选出具有良好切削性能和铸造性能的黄铜成分，其流动性为60-70CM，切削性能相当于HPB59-1的72%-82%。该发明的无铅铸造易切削黄铜适用于铸件的切削加工。 

再如中国专利申请号：200610030614X，公开日2007年02月27日，公开了一份名称为一种铸造无铅易切削黄铜的专利文件，该发明涉及重力铸造用铜锭及其铸造方法。该铜锭的 铸造原料包括基本原料和添加剂两部分，基本原料中成分百分比：铜为59-61WT%,铅为1.1-1.7WT%，铝为0.5-0.7WT%,余量为锌；添加剂包括精炼剂和细化剂。铜锭的铸造步骤为：(A)按成分配料；(B)将铸造原料加热熔化；(C)加入精炼剂并均匀搅拌后除去杂质；(D)加入细化剂并搅拌均匀，使晶粒细化；(E)取样检验金属液的流动性和各元素成分比例，不符合则再次加入原料或精炼剂；(F)浇注成铜锭自然冷却；(G)检验铜锭的性能并分级。该发明的重力铸造用铜锭具有金属液流动性好、铸造产品缺陷少、成品率高、可抛光性能好等优点，减少了工作人员的劳动量，提高了生产效率。 

但是以上专利的技术方案还是存在流动性差、不适合精密锻造，尤其是不适合加工龙须等直径小的工艺品，这不但限制了文化艺术品的进步，而且还增加了生产成本。所以迫切需要一种能加工细小工件的铸造材料和铸造方法，提高生产效率和产品合格率，满足人民对精神文化的需求。 

发明内容

1、要解决的问题 

针对现有技术存在流动性差、不适合精密锻造，尤其是不适合加工龙须等直径小的工艺品，这不但限制了文化艺术品的进步，而且还增加了生产成本等问题，本发明提供一种艺术品的精密铸造用铜合金和制备方法以及用于精密铸造的方法，其能铸造最小直径为1mm工艺品。 

2、技术方案 

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。 

一种艺术品的精密铸造用铜合金，其成分以及质量百分比含量为：Cu：45.0-49.0%，Sb：3.5-3.9%，Fe：1.3-1.7%，Bi：3.0-4.0%，Ni：0.5-1.5%，Te：0.2-0.5%，余量为Zn，其中Sb+Te≤4.2%。 

优选地，所述的Cu：47.0%，Sb：3.7%，Fe：1.5%，Bi：3.5%，Ni：1.0%，Te：0.3%，余量为Zn。 

一种艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法，其步骤为： 

（1）先将质量分数为45.0-49.0%的Cu加入到坩埚中熔解，加热到1098℃； 

（2）将质量分数为1.3-1.7%的Fe研磨成直径为9-15nm的粉末备用； 

（3）将质量分数为3.5-3.9%的Sb制成Sb薄膜，厚度为0.3mm，用Sb薄膜包裹着质量分数为0.2-0.5%的Te粉末，Te粉末的粒径为5-10nm； 

（4）依次向步骤（1）中的坩埚中加入质量分数为3.0-4.0%的Bi、质量分数为0.5-1.5%的Ni、步骤（2）中的Fe粉末，加热到1105℃时，加入Zn，保持温度不变，等Zn完全熔 化后停止加热，立即放入步骤（3）中得到的包裹着Te粉末的Sb薄膜，得到合金熔液； 

（5）将步骤（4）中得到的熔液在空气中冷却，每秒钟的冷却速度不得大于15℃。 

一种精细艺术品的精密铸造方法，其步骤为： 

（1）制金属模具：根据所要加工的艺术品的形状设计并制作金属模具，制模具时预留浇口和排气孔； 

（2）制蜡模，采用射蜡机向步骤（1）的金属模具中射蜡，射蜡时保持环境温度为24-35℃，射压0.15-0.3MPa，蜡温62±2℃，射嘴温度为62±2℃； 

（3）蜡模检验与修整：去除毛刺、披缝和分型线，使蜡模表面平整光滑，修蜡时保持室温为24±2℃； 

（4）制模壳：沾浆分为三层，具体步骤为： 

A面层：此步骤保持室温24±2℃，湿度50-70%； 

①清洗：将步骤（3）处理后的蜡模放入清洗液内，上下移动，清洗掉表面的蜡屑和油脂； 

②沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上； 

③淋砂：将蜡模转动着放入淋砂机内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，不能让浆液堆积；干燥时间为7-8h； 

B中间层：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度60-70%； 

④预湿：抖净表面浮砂，将蜡模放入预湿剂中2-3s，后悬挂滴净； 

⑤沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上； 

⑥浮砂：将蜡模转动着放入浮砂桶内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，确保没有不被浮砂粘附的部位；干燥时间为8-9h； 

⑦第二层：重复步骤⑤和⑥； 

C背层：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度40-60%； 

⑧加工第一层，重复步骤⑤和⑥；但是此步骤的干燥时间为12-15h； 

⑨加工第二层，重复步骤⑧；干燥后得到模壳； 

（5）脱蜡：去除浇口和排气孔上的模壳；脱蜡参数：蒸汽压0.8-0.9MPa；脱蜡时间10min，脱蜡温度为180±5℃；脱蜡后模壳置于通风条件下，风干时间大于等于20h； 

（6）模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到200-300℃，保温1-2h，随后升温至450-700℃，保温1-2h，再升温至900-1050℃，保温2-3h，最后升温至1180-1210℃，冷却； 

（7）浇筑：将步骤（6）中的模壳加热到1220±5℃，将前面艺术品的精密铸造用铜合 金的加工方法中步骤（4）中放入包裹着Te粉末的Sb薄膜后5-8min之间的熔液或者前面艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中步骤（5）中得到的合金加热到1100℃后浇筑到模壳中，空冷； 

（8）振模，将步骤（7）中浇筑完成后的模壳震碎，打磨掉多余的部分，检验，检验合格的为要得到的工艺品。 

优选地，所述的步骤（2）中的蜡的成分按质量百分比为：62%的石蜡+35%的硬脂酸+4%肉豆蔻酸混合而成，使用前先在70±2℃的条件下搅拌2-5h。 

优选地，所述的步骤（4）中的制模壳中面层的浆液的成分及其质量百分比为：400目的二氧化锆25%，含量为0.9%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.5%，聚乙烯醇0.2%，消泡剂正辛醇0.7%，余量为硅溶胶，粘度为39±2S；中间层浆液的成分及其质量百分比为：350目的二氧化锆27%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.3%，聚乙烯醇0.6%，消泡剂正辛醇0.9%，余量为硅溶胶，粘度为18±2S；背层浆液的成分及其质量百分比为：100目的二氧化锆32%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.2%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.6%，余量为硅溶胶，粘度为12±1S。本发明粘度的测量是按照中国标准使用的容积为l00ml，流出孔直径为6mm±0.2mm的标准杯。 

优选地，所述的步骤（4）中的制模壳中步骤③采用的锆砂为110-120目的氧化锆粉；步骤⑥中的浮砂为70-80目的氧化锆粉；背层加工时步骤⑧虽然是重复步骤⑤和⑥，但是此步骤的浮砂替换为50-60目的氧化锆粉。 

优选地，所述的步骤（6）中模壳的焙烧是：先将模壳加热到270℃，保温1.5h，随后升温至650℃，保温1.5h，再升温至990℃，保温2.5h，最后升温至1220℃，冷却。 

3、有益效果 

相比于现有技术，本发明的有益效果为： 

（1）本发明艺术品的精密铸造用铜合金不含有铅，同时放弃了原有的想改善铜合金需要增加磷的思想禁锢，在增加了Te的基础上，大胆的提高Sb含量，增强晶界间的流动，改善熔液的表面张力，同时合理的控制Fe、Bi和Ni的含量，虽然合金的力学性能降低了，但是流动性大大增加，这样正好可以用于文化艺术品的铸造；由于Te和Sb的含量较高，控制不好容易脆断，所以必须严格控制Sb+Te≤4.2%； 

（2）本发明艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中依次向步骤（1）中的坩埚中加入Bi、Ni、步骤（2）中的Fe粉末，加热到1105℃时，加入Zn，这样各个物质能快速的熔解，混合更均匀，这样能减少烧损，最后添加包裹着Te粉末的Sb薄膜，是因为直接放入Te会促使Te流向坩埚的四周，导致分布不均匀，形成铜包裹着Te，形成无数的熔核，这样流动性 大大降低，而采用Sb薄膜包裹着Te粉末，这样其他物质已经熔化，不会造成只有铜包裹Te的晶核，Sb薄膜会迅速熔化，继而Te粉末在熔液对流的情况下迅速分布到整个熔液中，由于此时已经停止加热，也不会导致Te的大量自身聚集，能很好的固定下来，均匀分布在整个熔液中，提高整个熔液的流动性； 

（3）本发明精细艺术品的精密铸造方法中蜡的成分按质量百分比为：62%的石蜡+35%的硬脂酸+4%肉豆蔻酸混合而成，使用前先在70±2℃的条件下搅拌2-5h，这个成分配比的蜡在射蜡形成的蜡模中缺陷少，力学性能好； 

（4）本发明严格限定了制模壳中面层的浆液的成分及其质量比，这一点的出发点完全突破原来的设计理念，不再仅仅考虑形状和结实程度，而是模壳的自然收缩率与本发明申请的铜合金的收缩率相同，设计模具时无需预留余量。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。 

实施例1 

一种艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法，其步骤为： 

（1）先将质量分数为47.0%的Cu加入到坩埚中熔解，加热到1098℃； 

（2）将质量分数为1.5%的Fe研磨成直径为9-15nm的粉末备用； 

（3）将质量分数为3.7%的Sb制成Sb薄膜，厚度为0.3mm，用Sb薄膜包裹着质量分数为0.3%的Te粉末，Te粉末的粒径为5-10nm； 

（4）依次向步骤（1）中的坩埚中加入质量分数为3.5%的Bi、质量分数为1.0%的Ni、步骤（2）中的Fe粉末，加热到1105℃时，加入Zn，保持温度不变，等Zn完全熔化后停止加热，立即放入步骤（3）中得到的包裹着Te粉末的Sb薄膜，得到合金熔液； 

（5）将步骤（4）中得到的熔液在空气中冷却，每秒钟的冷却速度等于15℃。 

将步骤（4）中放入步骤（3）中得到的包裹着Te粉末的Sb薄膜7min后进行单螺旋流动性试样测试，铸型为砂型“流动性模板全长1500mm，每50mm有凸点标记，严格控制温度,测温后立即浇注,压头高度为20mm，浇注液而平稳而无冲击，试样自然冷却后开箱，测定合金的流动性，测定该合金的流动性是118mm。将步骤（5）中得到的合金加热到1100℃后测量流动性，流动性为116mm，和直接测步骤（4）的流动性接近。 

实施例2 

同实施例1，所不同的是：其成分以及质量百分比含量为：Cu：45.0，Sb：3.9%，Fe：1.3，Bi：4.0%，Ni：0.5%，Te：0.5%，余量为Zn；步骤（5）中每秒钟的冷却速度等于13℃。 该合金的流动性是114mm。 

实施例3 

同实施例1，所不同的是：其成分以及质量百分比含量为：Cu：49.0%，Sb：3.5%，Fe：1.7%，Bi：3.0%，Ni：1.5%，Te：0.2%，余量为Zn；步骤（5）中每秒钟的冷却速度等于13℃。该合金的流动性是115mm。 

实施例4 

一种精细艺术品的精密铸造方法，其步骤为： 

（1）制金属模具：根据所要加工的艺术品的形状设计并制作金属模具，制模具时预留浇口和排气孔； 

（2）制蜡模，采用射蜡机向步骤（1）的金属模具中射蜡，射蜡时保持环境温度为24-35℃，射压0.15-0.3MPa，蜡温62±2℃，射嘴温度为62±2℃；蜡的成分按质量百分比为：62%的石蜡+35%的硬脂酸+4%肉豆蔻酸混合而成，使用前先在70±2℃的条件下搅拌2-5h。 

（3）蜡模检验与修整：去除毛刺、披缝和分型线，使蜡模表面平整光滑，修蜡时保持室温为24±2℃； 

（4）制模壳：沾浆分为三层，具体步骤为： 

A面层：此步骤保持室温24±2℃，湿度50-70%； 

①清洗：将步骤（3）处理后的蜡模放入清洗液内，上下移动，清洗掉表面的蜡屑和油脂； 

②沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上； 

③淋砂：将蜡模转动着放入淋砂机内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，不能让浆液堆积；干燥时间为7h； 

B中间层：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度60%； 

④预湿：抖净表面浮砂，将蜡模放入预湿剂中3s，后悬挂滴净； 

⑤沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上； 

⑥浮砂：将蜡模转动着放入浮砂桶内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，确保没有不被浮砂粘附的部位；干燥时间为8h； 

⑦第二层：重复步骤⑤和⑥； 

C背层：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度40%； 

⑧加工第一层，重复步骤⑤和⑥；但是此步骤的干燥时间为15h； 

⑨加工第二层，重复步骤⑧；干燥后得到模壳； 

制模壳中面层的浆液的成分及其质量百分比为：400目的二氧化锆25%，含量为0.9%的 润湿剂OP-10，二甲基硅油0.5%，聚乙烯醇0.2%，消泡剂正辛醇0.7%，余量为硅溶胶，粘度为39±2S；中间层浆液的成分及其质量百分比为：350目的二氧化锆27%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.3%，聚乙烯醇0.6%，消泡剂正辛醇0.9%，余量为硅溶胶，粘度为18±2S；背层浆液的成分及其质量百分比为：100目的二氧化锆32%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.2%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.6%，余量为硅溶胶，粘度为12±1S；制模壳中步骤③采用的锆砂为110-120目的氧化锆粉；步骤⑥中的浮砂为70-80目的氧化锆粉；背层加工时步骤⑧虽然是重复步骤⑤和⑥，但是此步骤的浮砂替换为50-60目的氧化锆粉； 

（5）脱蜡：去除浇口和排气孔上的模壳；脱蜡参数：蒸汽压0.8MPa；脱蜡时间10min，脱蜡温度为180±5℃；脱蜡后模壳置于通风条件下，风干时间大于等于20h； 

（6）模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到260℃，保温1.5h，随后升温至600℃，保温1h，再升温至980℃，保温3h，最后升温至1210℃，冷却； 

（7）浇筑：将步骤（6）中的模壳加热到1220±5℃，将实施例1中艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中步骤（4）中放入包裹着Te粉末的Sb薄膜后6min后的熔液； 

（8）振模，将步骤（7）中浇筑完成后的模壳震碎，打磨掉多余的部分，检验，检验合格的为要得到的工艺品。 

本实施例制备的是一个香炉，其中香炉上雕刻的有一条龙，龙须的直径为0.9mm，长度为5.4mm，铸造出来的龙须清晰可见。 

或者前面艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中步骤（5）中得到的合金加热到1100℃后浇筑到模壳中，空冷； 

实施例5 

同实施例4，所不同的是步骤（7）中浇筑的是实施例1中艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中步骤（5）中得到的合金加热到1100℃后浇筑到模壳中。本实施例制备的是一个香炉，其中香炉上雕刻的有一条龙，龙须的直径为1mm，长度为5.3mm，铸造出来的龙须清晰可见。 

实施例6 

同实施例5，所不同的是步骤（7）中浇筑的是实施例2中艺术品的精密铸造用铜合金的加工方法中步骤（5）中得到的合金加热到1100℃后浇筑到模壳中。本实施例制备的是一个龙的雕塑，其中龙须的直径为1.1mm，长度为7mm，铸造出来的龙须清晰可见，不用二次加工。