(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳造割れを生じ難く、かつ耐脱亜鉛性を含むより優れた耐食性を発揮可能な鋳造用銅基合金を提供する。【解決手段】銅を主成分とし、亜鉛が３６．０±１．０質量％、ゲルマニウムが０．００５質量％〜１．９質量％、アンチモンが０．０４５〜０．１３５質量％を含む鋳造用銅基合金。さらにスズが０．０５質量％未満、鉛が２．０±０．５質量％、鉄が０．１１±０．１質量％、ニッケルが１．０±０．５質量％、アルミニウムが０．２〜０．６質量％、ホウ素が８〜３０ｐｐｍ添加されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主成分とし、亜鉛を含む鋳造用銅基合金であって、ゲルマニウム及びアンチモンをさらに含むことを特徴とする鋳造用銅基合金。
【請求項２】
亜鉛が３６．０±１．０質量％、ゲルマニウムが０．００５質量％以上、アンチモンが０．０４５〜０．１３５質量％である請求項１記載の鋳造用銅基合金。
【請求項３】
ゲルマニウムが１．９質量％以下である請求項２記載の鋳造用銅基合金。
【請求項４】
スズが０．０５質量％未満、鉛が２．０±０．５質量％、鉄が０．１１±０．１質量％、ニッケルが１．０±０．５質量％、アルミニウムが０．２〜０．６質量％、ホウ素が８〜３０ｐｐｍである請求項２又は３記載の鋳造用銅基合金。
【請求項５】
ゲルマニウムが０．０２〜０．１質量％、アンチモンが０．０８質量％である請求項１乃至４のいずれか１項記載の鋳造用銅基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋳造用銅基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鋳造用黄銅、例えばＹＢｓＣ３（ＣＡＣ２０３）は、スズ（Ｓｎ）が１．０質量％以下、鉛（Ｐｂ）が０．５〜３．０質量％、アルミニウム（Ａｌ）が０．５質量％以下、鉄（Ｆｅ）が０．８質量％以下、銅（Ｃｕ）が５８．０〜６４．０質量％、亜鉛（Ｚｎ）が残部である。ＹＢｓＣ３は、鋳造性、切削性等の観点から水栓金具や水道管等の水道用器具等の製品に用いられている。
【０００３】
しかし、ＹＢｓＣ３では、脱亜鉛腐食が発生するという問題がある。発明者らの試験結果によれば、ＹＢｓＣ３は、ＪＢＭＡＴ−３０３試験にて１９８μｍの脱亜鉛深さを示した。よって、現在一般的な鋳造用黄銅からなる製品には、より高い耐食性が要求されている。このため、特許文献１、２開示の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金が提案されている。
【０００４】
特許文献１開示の鋳造用銅基合金は、スズが０．０５〜０．２質量％、鉛が０．５〜３．０質量％、アルミニウムが０．１〜０．５質量％、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）のいずれか１種又は２種以上が０．０５〜０．３質量％、亜鉛が３３．０〜３７．０質量％、銅が残部である。
【０００５】
また、特許文献２開示の鋳造用銅基合金は、スズが０．５〜１．２質量％、鉛が１．５〜２．４質量％、アルミニウムが０．５〜１．２質量％、ニッケル（Ｎｉ）が０．５〜１．２質量％、ホウ素（Ｂ）が４〜１２ｐｐｍ、銅が６０．０〜６５．０質量％、亜鉛（Ｚｎ）が残部である。
【０００６】
これらの鋳造用銅基合金は、一般的な鋳造用黄銅よりも高い耐食性を有している。例えば、特許文献１の鋳造用銅基合金は、発明者らの試験結果によれば、ＪＢＭＡＴ−３０３試験にて約４０〜５０μｍの脱亜鉛深さを示した。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４６１０８１号公報
【特許文献２】特開平９−１７６７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、発明者らの試験結果によれば、上記のような耐食性を考慮した鋳造用銅基合金には、耐食性を向上させるためにアンチモン、スズ及びニッケルが意図的に添加されており、これらの添加元素の影響により、製品が複雑な形状であればある程、製品を鋳造する場合に鋳造割れが発生しやすくなる。
【０００９】
また、上記の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金は、一般的な鋳造用黄銅に比べて脱亜鉛腐食が改善はされているものの、ＪＢＭＡＴ−３０３試験にて約４０〜５０μｍの脱亜鉛深さを示し、脱亜鉛腐食が発生しない訳ではない。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、鋳造割れを生じ難く、かつ耐脱亜鉛性を含むより優れた耐食性を発揮可能な鋳造用銅基合金を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、一般に黄銅における耐脱亜鉛性の向上の効果が知られているアンチモン（第１５族一第５周期）やヒ素（第１５族一第４周期）と周期表上の位置が近いゲルマニウム（Ｇｅ）（第１４族一第４周期）の添加を試みた。その結果、ゲルマニウム単体の添加量の増加によって耐脱亜鉛性の向上が確認されるとともに、ゲルマニウム及びアンチモンの共存により上記課題を解決できることを発見した。こうして、発明者らは本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の鋳造用銅基合金は、銅を主成分とし、亜鉛を含む鋳造用銅基合金であって、ゲルマニウム及びアンチモンをさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
発明者らの試験結果によれば、ゲルマニウム及びアンチモンを添加した鋳造用銅基合金は、ＪＢＭＡＴ−３０３試験にて３〜６μｍを示し、従来の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金に比べ、耐脱亜鉛性が向上した。ゲルマニウム及びアンチモンの相乗効果と考えられる。また、本発明の鋳造用銅基合金は、凝固温度幅も従来の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金に比べて減少した。
【００１４】
したがって、本発明の鋳造用銅基合金によれば、鋳造割れを生じ難く、かつ耐脱亜鉛性を含むより優れた耐食性を発揮可能である。
【００１５】
発明者らの試験結果によれば、本発明の鋳造用銅基合金は、亜鉛が３６．０±１．０質量％、ゲルマニウムが０．００５質量％以上、アンチモンが０．０４５〜０．１３５質量％であることが好ましい。ゲルマニウムは１．９質量％以下であることがより好ましい。発明者らは、これらの鋳造用銅基合金において、上記効果を確認した。
【００１６】
また、発明者らの試験結果によれば、本発明の鋳造用銅基合金は、スズが０．０５質量％未満、鉛が２．０±０．５質量％、鉄が０．１１±０．１質量％、ニッケルが１．０±０．５質量％、アルミニウムが０．２〜０．６質量％、ホウ素が８〜３０ｐｐｍであることが好ましい。発明者らは、これらの鋳造用銅基合金において、上記効果を確認した。スズ及びニッケルは鋳造用銅基合金の耐食性を向上させ、鉛は鋳造用銅基合金の加工性を向上させ、ホウ素は鋳造用銅基合金の結晶を微細化し、アルミニウムは湯流れを向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を試験に基づいて説明する。
【００１８】
ゲルマニウムの添加の効果を調べるため、表１に示す割合でゲルマニウムを添加した鋳造用銅基合金を用意し、これらの鋳造用銅基合金を用いて試験品１−１〜１−５の試料を鋳造した。また、ＹＢｓＣ３（ＣＡＣ２０３）を比較品１とした。各試料について、後述の耐脱亜鉛性試験及び鋳造割れ性評価を行った。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
また、ゲルマニウム及びアンチモンの相乗効果を調べるため、表２に示す割合でゲルマニウム及びアンチモンを添加した鋳造用銅基合金を用意し、これらの鋳造用銅基合金を用いて試験品２−１〜２−９の試料を鋳造した。また、Ｓｂ＝０．０８％、Ｇｅ＝０％の割合で添加した鋳造用銅基合金を比較例２とした。各試料について、後述の耐脱亜鉛性試験及び鋳造割れ性評価を行った。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
（耐脱亜鉛性試験）
ＪＢＭＡ  Ｔ−３０３試験：塩化物（０．５ＮａＣｌ）を含む炭酸塩緩衝液（５×１０-3ＭのＮａＨＣＯ3）を試験液（６０°Ｃ）として、ＣＯ2＋Ｏ2＋Ｎ2（１０：２０：７０）の混合ガスを飽和させた環境下、樹脂に埋め込んだ各試料（面積１００〜２００ｍｍ2）にリード線を通じて１．０ｍＡ／ｃｍ2のアノード電流を２４時間通電した後、顕微鏡で断面を観察して、脱亜鉛層の深さ（μｍ）を測定した。
【００２３】
結果を表３、表４及び図１〜３に示す。図１及び図２はゲルマニウム量の変化による脱亜鉛深さ（μｍ）を示し、図２は図１の一部を拡大して示す。図３はアンチモン量の変化による脱亜鉛深さ（μｍ）を示す。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
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【００２６】
表３並びに図１に示すように、アンチモンが無添加である場合、ゲルマニウムが０．７質量％までは添加量の増加に伴って、脱亜鉛深さが約２００μｍから約４０μｍに減少し、耐脱亜鉛性が向上していることがわかる。しかし、ゲルマニウムが０．７質量％を超えると、脱亜鉛深さが約４０μｍでほぼ一定となり、それ以上の耐脱亜鉛性の向上は見られない。
【００２７】
また、表４及び図３に示すように、ゲルマニウムが無添加である場合、アンチモンが０．０８質量％で脱亜鉛深さが約４０μｍとなったが、それ以上アンチモンを添加すると、耐脱亜鉛性が悪化している。つまり、ゲルマニウム及びアンチモンがともに単体のみの添加では、脱亜鉛深さが約４０μｍまでしか耐脱亜鉛性が向上しない。
【００２８】
一方、図２に示すように、ゲルマニウムが０．０２〜０．１質量％かつアンチモンが０．０８質量％である場合、脱亜鉛深さが３〜６μｍとなり、公知の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金以上の耐脱亜鉛性であることがわかる。また、ゲルマニウムが０．０２〜０．１質量％かつアンチモンが０．１８％又は０．３５％の場合も、ゲルマニウムの増量による耐脱亜鉛性の向上は見られた。
【００２９】
よって、ゲルマニウムを０．０２〜０．１質量％かつアンチモンを０．０８質量％添加した組成の鋳造用銅基合金が最も耐脱亜鉛性が良好となり、公知の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金以上の耐脱亜鉛性を示すことがわかる。
【００３０】
（鋳造割れ性評価）
ＤＳＣ分析：上記試験品２−１〜２−３及び比較品２について、成分分析用サンプルから試料を得て、熱分析を行った。測定条件は、昇温速度が２０°Ｃ／ｍｉｎ（７００°Ｃ）→１０°Ｃ／ｍｉｎ（１０３０°Ｃ）→１０°Ｃ／ｍｉｎ（７００°Ｃ）である。雰囲気は、Ｎ2とし、標準試料及び使用セルはＡｌ2Ｏ3とした。凝固温度幅（°Ｃ）の結果を表５に示す。また、ゲルマニウム量と凝固温度幅（°Ｃ）との関係を図４に示す。凝固温度幅が広いと、デンドライト結晶の成長が進みやすく、結晶同士が絡み合い、収縮応力が発生して鋳造割れが生じやすくなる。
【００３１】
【表５】
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【００３２】
この結果より、ゲルマニウム及びアンチモンを添加した場合、ゲルマニウムの添加量の増加に伴い、凝固温度幅が小さくなることがわかる。また、ゲルマニウムを添加した鋳造用銅基合金は、一般的な鋳造用黄銅である比較品１（ＹＢｓＣ３）と比べれば凝固温度幅が広いが、上記特許文献１及び２の鋳造用銅基合金や公知の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金に比べれば凝固温度幅が狭い。この結果より、ゲルマニウムの添加により、公知の耐食性を考慮した鋳造用銅基合金よりも鋳造割れ性が向上していることが明らかである。
【００３３】
試験品２−３の面分析結果を図５〜７に示す。図５は鋳造用銅基合金中での亜鉛の分布状態を示し、図６は鋳造用銅基合金中でのゲルマニウムの分布状態を示し、図７は鋳造用銅基合金中でのアンチモンの分布状態を示す。測定条件は、加速電圧が１５．０ｋＶ、照射電流が４．９９６ｅ−０７Ａ、測定領域が１０２μｍ角、１点あたりの測定時間が１００ｍ秒である。図５の亜鉛が多い部分はβ相で、亜鉛が少ない部分はα相である。α相と比較すると、β相の方が脱亜鉛腐食しやすく、β相の耐食性を向上させることが全体の耐食性の向上に繋がる。
【００３４】
図５〜７より、ゲルマニウム及びアンチモンは、鋳造用銅基合金中のβ相に多く存在し、亜鉛と共存していることがわかる。このことから、ゲルマニウム及びアンチモンの相乗効果により、β相の脱亜鉛腐食を防ぐことが推察される。
【００３５】
したがって、本発明の鋳造用銅基合金によれば、鋳造割れを生じ難く、かつ耐脱亜鉛性を含むより優れた耐食性を発揮可能であることがわかる。また、この鋳造用銅基合金は、耐脱亜鉛性に優れていることから、水道水等の水によって侵食される現象である潰食が進み難いことがわかる。このため、この鋳造用銅基合金が水栓金具のシール部等を構成しても、その水栓金具は優れた耐久性を発揮可能である。また、この鋳造用銅基合金はシール部等を一体とした水栓金具を構成し得る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は水栓金具等の水道用器具に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ゲルマニウム量と脱亜鉛深さとの関係を示すグラフである。
【図２】ゲルマニウム量と脱亜鉛深さとの関係を示すグラフである。
【図３】アンチモン量と脱亜鉛深さとの関係を示すグラフである。
【図４】ゲルマニウム量と凝固温度幅との関係を示すグラフである。
【図５】鋳造用銅基合金中での亜鉛の分布状態を示す面分析結果である。
【図６】鋳造用銅基合金中でのゲルマニウムの分布状態を示す面分析結果である。
【図７】鋳造用銅基合金中でのアンチモンの分布状態を示す面分析結果である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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