含鉭鑄造鋅-鋁合金及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種含鉭鑄造鋅-鋁合金，由以下質量百分含量的成分組成：Ta?0.035-0.40%，Mg?0.015-0.025%，Cu?1.8-2.5%，Al?26-31%，余量為Zn；本發明專利技術還公開了該鑄造合金的制備方法。本發明專利技術合金在凝固過程中為α-Al晶粒提供大量的結晶形核基底，產生顯著的晶粒細化作用，提高合金強度；通過晶粒細化作用，使固溶的銅和鎂元素在α-Al晶粒中分布更趨均勻，減少其偏析，同時也使銅鋁金屬間化合物粒子在合金基體中分布更均勻；TaAly-xZnx化合物粒子產生彌散強化作用；以原子方式固溶于α-Al晶粒中，與固溶的銅原子共同起到固溶強化作用，使鋅-鋁合金力學性能能得到明顯提高。

【技術實現步驟摘要】
含鉭鑄造鋅-鋁合金及其制備方法
本專利技術涉及一種含有微量鉭元素的鋅-鋁合金及其制備方法，屬于金屬合金材料

技術介紹
鑄造鋅-鋁合金具有很好的鑄造工藝、機械加工工藝性能及較好的力學性能，應用較為廣泛。實際生產中，往往采用不同方法對二元鋅-鋁合金進行處理以改善其組織結構、達到進一步提高力學性能的目的。這些方法主要有熱處理、晶粒細化、合金化等。合金化是在二元鋅-鋁合金的基礎上添加適量其它元素得到以鋅-鋁為基體的多元合金。已經發現在鋅-鋁合金中加入少量銅和鎂元素可以提高鋅-鋁合金性能，這主要得益于兩方面作用：（1）銅和鎂元素能夠固溶于合金的α-Al晶粒中，從而產生固溶強化作用；（2）這兩種元素與鋁形成化合物粒子，產生粒子強化作用。然而，當銅、鎂含量超過一定臨界值時，合金的抗拉強度等力學性能增加緩慢或者下降。如，文獻“田長文，等，山東省科學院院刊，1989,2（1）：21-26”的研究結果表明：Zn-40Al合金中的銅含量在超過2wt.%時抗拉強度的提高幅度明顯變緩慢，當超過4wt.%時抗拉強度開始下降；鎂含量超過0.02wt.%時抗拉強度隨鎂含量提高而稍微下降。因此，用銅、鎂元素對鋅-鋁合金進行合金化對力學性能的提高受到了限制。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述不足，本專利技術提供了一種含鉭鑄造鋅-鋁合金，本專利技術在含有銅和鎂元素的鋅-鋁合金中添加微量鉭元素進行合金化，通過微量鉭元素對鋅-鋁基體和銅元素的影響，綜合改善合金的組織結構，達到進一步提高力學性能的目的。本專利技術還提供了該合金的制備方法。本專利技術是通過以下方法實現的：一種含鉭鑄造鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.40%，Mg0.015-0.025%，Cu1.8-2.5%，Al26-31%，余量為Zn；所述的Ta元素以原子形式固溶于鋅-鋁合金的α-Al晶粒中，或者以TaAly-xZnx化合物粒子的形式鑲嵌于鋅-鋁合金基體中，其中2.4＜y≤3,0.05＜x＜0.25。上述含鉭鑄造鋅-鋁合金，優選的，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.4%，Mg0.02%，Cu2.2%，Al27%,，余量為Zn。上述含鉭鑄造鋅-鋁合金，優選的，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.4%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。上述含鉭鑄造鋅-鋁合金中，所述的TaAly-xZnx化合物粒子為球形或多面體狀，粒子外徑尺寸為0.1-4μm；上述含鉭鑄造鋅-鋁合金中，所述的TaAl3-xZnx化合物粒子為體心四方晶體結構。本專利技術含鉭鑄造鋅-鋁合金的制備方法，包括以下步驟：1）按Ta，Mg，Cu，Al和Zn的配比取鋅-鋁-鉭合金、鋁-鎂合金、鋁-銅合金、鋁和鋅；2）將鋅、鋁和鋁-銅合金同時放入熔化爐內熔化至660-720℃，得鋅-鋁合金熔體；3）將鋁-鎂合金和鋅-鋁-鉭合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于660-720℃保溫5-10min，然后攪拌，再將合金熔體澆注至模具中，合金熔體凝固后即得含鉭鑄造鋅-鋁合金。所述的，步驟1）中，鋅的純度≥99.99wt.%，鋁的純度≥99.7wt.%，鋁-鎂合金成分為Al-10wt.%Mg，鋁-銅合金成分為Al-50wt.%Cu，鋅-鋁-鉭合金成分為Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta。所述的，步驟3）中，攪拌轉速為60-150轉/分鐘。本專利技術含有微量鉭元素的含鉭鑄造鋅-鋁合金，鉭元素對合金產生的有益效果為：一，形成TaAly-xZnx（2.5＜y≤3,0.05＜x＜0.25）化合物粒子（圖３、圖４），在合金凝固過程中為α-Al晶粒提供大量的結晶形核基底，產生顯著的晶粒細化作用，提高合金強度；二，通過晶粒細化作用，使固溶的銅和鎂元素在α-Al晶粒中分布更趨均勻，減少其偏析，同時也使銅鋁金屬間化合物粒子在合金基體中分布更均勻；三，細小的TaAly-xZnx（2.5＜y≤3,0.05＜x＜0.25）化合物粒子會產生彌散強化作用；四，以原子方式固溶于α-Al晶粒中，與固溶的銅原子共同起到固溶強化作用。由于微量的鉭元素對含銅、鎂元素的鋅-鋁合金組織結構產生較大的影響，因而使鋅-鋁合金力學性能能得到明顯提高。附圖說明圖1為對比例1所制鋅-鋁合金的光學顯微鏡組織結構圖；圖2為實施例2所制含鉭鋅-鋁合金的光學顯微鏡組織結構圖；圖3為實施例3所制含鉭鋅-鋁合金的掃描電鏡組織結構圖；圖4為圖3α-Al中心部位白色化合物粒子的掃描電鏡能譜圖,圖中右上角為粒子成分及含量；圖5為實施例4所制含鉭鋅-鋁合金的光學顯微鏡組織結構圖。具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術做進一步的闡述，需要說明的是，下述實施例僅是為了解釋本專利技術，并不對
技術實現思路
進行限定。為了進行力學性能對比，用本專利技術的合金制備方法制備了兩種不含鉭元素的鑄造鋅-鋁合金（對比例1和2）。對比例和實施例中所制備的合金化學成分及抗拉強度值列于表1中。對比例1一種鑄造Zn-27Al-2.3Cu-0.02Mg合金，制備過程如下：（1）按所欲制備鋅-鋁合金的質量及化學成分準備原材料：鋅（純度99.99%）、鋁（純度99.7%）、Al-10wt.%Mg合金、Al-50wt.%Cu合金和Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金；（2）將鋅、鋁、鋁-銅合金三種原料加入電爐內熔化之后，得到溫度在660-720℃范圍內的鋅-鋁合金熔體；（3）將Al-10wt.%Mg合金加入上述合金熔體中保溫10min，然后用碳棒對熔體以100轉/分的轉速進行攪拌，再澆注合金熔體至模具中，凝固后得到鑄造Zn-27Al-2.3Cu-0.02Mg合金。對比例1所制鋅-鋁合金的光學顯微鏡組織結構圖見圖1。實施例1一種含鉭鑄造Zn-27Al-2.5Cu-0.022Mg-0.035Ta鋅-鋁合金，制備過程如下：（1）按所欲制備鋅-鋁合金的質量及化學成分準備原材料：鋅（純度99.99%）、鋁（純度99.7%）、Al-10wt.%Mg合金、Al-50wt.%C合金和Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金；（2）將鋅、鋁、鋁-銅合金三種原料加入電爐內熔化，得到溫度在660-720℃范圍內的鋅-鋁合金熔體；（3）將Al-10wt.%Mg合金和Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于660-720℃保溫5min，然后用碳棒對熔體以60轉/分的轉速進行攪拌，再澆注合金熔體至模具中，凝固后得到本實施例含鉭鑄造鋅-鋁合金，即Zn-27Al-2.5Cu-0.022Mg-0.035Ta合金。實施例2一種含鉭鑄造Zn-27Al-2.2Cu-0.02Mg-0.07Ta鋅-鋁合金，制備過程如下：（1）按所欲制備鋅-鋁合金的質量及化學成分準備原材料：鋅（純度99.99%）、鋁（純度99.7%）、Al-10wt.%Mg合金、Al-50wt.%C合金和Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金；（2）將鋅、鋁、鋁-銅合金三種原料加入電爐內熔化，得到溫度在660-720℃范圍內的鋅-鋁合金熔體；（3）將Al-10wt.%Mg合金和Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于660-720℃保溫5min，然后用碳棒對熔體以60轉/分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含鉭鑄造鋅?鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta?0.035?0.40%，?Mg?0.015?0.025%，Cu?1.8?2.5%，Al?26?31%，余量為Zn；所述的Ta元素以原子形式固溶于鋅?鋁合金的α?Al?晶粒中，或者以TaAly?xZnx化合物粒子的形式鑲嵌于鋅?鋁合金基體中，其中2.4＜y≤3,0.05＜x＜0.25。

【技術特征摘要】
1.一種含鉭鑄造鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.40%，Mg0.015-0.025%，Cu1.8-2.5%，Al26-31%，余量為Zn；其中的部分Ta元素以原子形式固溶于鋅-鋁合金的α-Al晶粒中，其余Ta元素以TaAly-xZnx化合物粒子的形式鑲嵌于鋅-鋁合金基體中，其中2.4＜y≤3,0.05＜x＜0.25；所述的TaAly-xZnx化合物粒子為球形、多面體狀，外徑尺寸為0.1～4μm，具有體心四方晶體結構。2.根據權利要求1所述的含鉭鑄造鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.4%，Mg0.02%，Cu2.2%，Al27%，余量為Zn。3.根據權利要求1所述的含鉭鑄造鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.035-0.4%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王振卿，梁豆豆，趙德剛，左敏，楊中喜，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：山東;37