含鉭和碲元素的鋅-鋁合金及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，由以下質量百分含量的成分組成：Ta?0.05-0.35%，Te?0.045-0.31%，Mg?0.015-0.025%，Cu1.8-2.4%，Al?26-31%，余量為Zn；本發明專利技術還公開了該合金的制備方法。本發明專利技術合金中，鉭元素形成TaAly-xZnx化合物粒子，產生晶粒細化作用。碲元素會大大改善TaAly-xZnx粒子的表面活性，在凝固后會轉變成細小的Al2Te3粒子彌散分布于基體中，使粒子形核能力大大增強、形核率得到提高；共同添加鉭和碲元素使上述鋅-鋁合金力學性能比沒有鉭和碲元素或只含有其中一種元素時都得到提高。

【技術實現步驟摘要】
含鉭和碲元素的鋅-鋁合金及其制備方法
本專利技術屬于金屬合金材料
，涉及一種含有微量鉭和碲元素的鋅-鋁合金及其制備方法。
技術介紹
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一定限制。
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和碲元素的鋅-鋁合金，本專利技術對含有銅和鎂元素的鋅-鋁合金進行合金化以進一步提高其力學性能，在含有銅和鎂元素的鋅-鋁合金中共同添加微量鉭和碲元素進行合金化，通過兩種元素對合金組織結構的聯合作用和影響，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：一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.05-0.35%，Te0.045-0.31%，Mg0.015-0.025%，Cu1.8-2.4%，Al26-31%，余量為Zn；所述的鉭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。上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，優選的，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.05-0.35%，Te0.045-0.31%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，優選的，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.21%，Te0.045-0.31%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，優選的，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.05%，Te0.045-0.31%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，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；上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，所述的TaAl3-xZnx化合物粒子為體心四方晶體結構。上述含鉭和碲元素的鋅-鋁合金的制備方法，包括以下步驟：1）按Ta，Te，Mg，Cu，Al和Zn的配比取鋅、鋁、鋁-銅合金、鋁-鎂合金、鋁-碲合金和鋅-鋁-鉭合金；2）將鋅、鋁、鋁-銅合金加入熔化爐內熔化至690-750℃，得鋅-鋁合金熔體；3）將鋁-鎂合金、鋁-碲合金和鋅-鋁-鉭合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于690-750℃保溫10-25min，然后用碳棒攪拌熔體，再將合金熔體澆注至模具中，凝固后即得含鉭和碲元素的鋅-鋁合金。所述的，步驟1）中，鋅的純度≥99.99wt.%，鋁的純度≥99.7wt.%，鋁-銅合金成分為Al-50wt.%Cu，鋁-鎂合金成分為Al-40wt.%Mg，鋁-碲合金成分為Al-6.5wt.%Te，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和碲元素的鋅-鋁合金中，鉭元素形成TaAly-xZnx（2.4＜y≤3,0.05＜x＜0.25）化合物粒子，在合金凝固過程中為α-Al晶粒提供大量的結晶形核基底，產生晶粒細化作用，而合金中同時添加的碲元素會大大改善TaAly-xZnx粒子的表面活性，使粒子形核能力大大增強、形核率（能夠有效充當形核核心的TaAly-xZnx粒子的比率）得到提高；合金在產生晶粒細化作用后，固溶的銅和鎂元素在α-Al晶粒中分布更趨均勻，固溶強化作用得到更有效發揮，同時銅鋁金屬間化合物粒子在合金基體中也得到分散和均勻；TaAly-xZnx細小粒子鑲嵌于合金基體中，還會起到彌散強化的作用；此外，部分鉭元素也會固溶于鋁晶粒中，與銅元素共同起到固溶強化作用；碲元素在合金熔體中以原子方式存在起到表面活性劑的作用，在凝固后會轉變成細小的Al2Te3粒子彌散分布于基體中，起到彌散強化的作用。因而，共同添加鉭和碲元素使上述鋅-鋁合金力學性能比沒有鉭和碲元素或只含有其中一種元素時都得到提高。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不含鉭和碲元素、或只含其中一種元素的鑄造鋅-鋁合金作為對比例。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。實施例1一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，質量百分含量成分組成為Zn-30Al-2Cu-0.02Mg-0.05Ta-0.045Te，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-40wt.%Mg合金、Al-50wt.%Cu合金、Zn-27wt.%Al-7wt.%Ta合金和Al-6.5Te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-40wt.%Mg合金、Zn-27Al-7Ta合金和Al-6.5Te合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于690-750℃保溫10-25min，然后用碳棒對熔體進行攪拌(60-150轉/分鐘)，澆注合金熔體至模具中，凝固后得到本實施例含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，即鑄造Zn-30Al-2Cu-0.02Mg-0.05Ta-0.045Te合金。實施例2一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，質量百分含量成分組成為Zn-30Al-1.8Cu-0.025Mg-0.05Ta-0.1Te合金。除了改變原料的用量以與所欲制備的合金成分匹配之外，其余制備過程同于實施例1。實施例3一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，質量百分含量成分組成為Zn-30Al-2Cu-0.02Mg-0.05Ta-0.31Te合金。除了原料的用量以與所欲制備的合金成分匹配之外，其余制備過程同于實施例1。實施例4一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，質量百分含量成分組成為Zn-30Al-2Cu-0.02Mg-0.21Ta-0.045Te合金。除了改變原料的用量以與所欲制備的合金成分匹配之外，其余制備過程同于實施例1。實施例5一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，質量百分含量成分組成為Zn-30Al-2.2Cu-0.018Mg-0.21Ta-0.1Te合金。除了改變原料的用量以與所欲制備的合金成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含鉭和碲元素的鋅?鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta?0.05?0.35%，Te?0.045?0.31%，Mg?0.015?0.025?%，Cu1.8?2.4?%，Al?26?31%，余量為Zn；所述的鉭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】
1.一種含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.05-0.35%，Te0.045-0.31%，Mg0.015-0.025%，Cu1.8-2.4%，Al26-31%，余量為Zn；所述的鉭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；所述的含鉭和碲元素的鋅-鋁合金是由如下方法制備的，步驟為：1）按Ta，Te，Mg，Cu，Al和Zn的配比取鋅、鋁、鋁-銅合金、鋁-鎂合金、鋁-碲合金和鋅-鋁-鉭合金；2）將鋅、鋁、鋁-銅合金加入熔化爐內熔化至690-750℃，得鋅-鋁合金熔體；3）將鋁-鎂合金、鋁-碲合金和鋅-鋁-鉭合金加入步驟2）鋅-鋁合金熔體中，于690-750℃保溫10-25min，然后用碳棒攪拌熔體，再將合金熔體澆注至模具中，凝固后即得含鉭和碲元素的鋅-鋁合金。2.根據權利要求1所述的含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.05-0.35%，Te0.045-0.31%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。3.根據權利要求2所述的含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，其特征在于，由以下質量百分含量的成分組成：Ta0.21%，Te0.045-0.31%，Mg0.02%，Cu2%，Al30%，余量為Zn。4.根據權利要求2所述的含鉭和碲元素的鋅-鋁合金，其特征...

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