[發(fā)明專利]一種變形鋅基合金材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410797083.1
• 申請(qǐng)日: 2014-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN104498773A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫文聲;陳永力;許丁洋;郭俊;王東;余惺;馮振仙;楊澍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波博威合金材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C18/02
• 分類號(hào): C22C18/02;C22C18/04;C22F1/16;H01B1/02;H01R13/03
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務(wù)所(普通合伙)33226
• 代理人: 謝瀟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋅基合金材料及其應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種中等強(qiáng)度、易機(jī)加工的變形鋅基合金材料及其制備方法和應(yīng)用，該合金材料可應(yīng)用于AC/DC電源插頭、FC通訊連接器等電子、電氣行業(yè)及其他相關(guān)行業(yè)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電子、電氣行業(yè)用插頭、連接器材料的使用以銅合金居多，因銅合金具有優(yōu)良的機(jī)加工性能和導(dǎo)電性能。銅合金易于機(jī)加工的重要原因在于銅合金中往往添加有Pb、Bi、Sb等改善加工性能的元素，這些元素在銅合金的晶界處形成游離的質(zhì)點(diǎn)或金屬間化合物，在切削過程中起到斷屑的作用，從而使銅合金具有較好的切削性，在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但隨著銅資源的不斷開采和消耗，我國(guó)當(dāng)前面臨銅資源嚴(yán)重短缺的問題，國(guó)內(nèi)資源供給率已不足25％，尋找新的合金材料替代銅合金，已是行業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)所在。

鋅合金的原料成本比銅合金要低20-30％，并且鉛、鎘等有害重金屬元素不是鋅合金中的必加元素，因此鋅合金是一種低原料成本、綠色環(huán)保的合金。傳統(tǒng)的鋅合金以鑄造鋅合金為主，其微觀組織中含有較脆的金屬間化合物相，其固溶度比較低，導(dǎo)致鋅合金的強(qiáng)度較低，特別是存在難以進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工的弊端。為滿足鋅合金的機(jī)加工性能要求，目前已有少數(shù)變形鋅合金得到開發(fā)，但一般的變形鋅合金存在生產(chǎn)成本高、成品率低、尺寸穩(wěn)定性差及力學(xué)性能較差等缺陷和不足，并且在銅合金中對(duì)提高切削性有利的Pb、Bi、Sb等元素，對(duì)鋅合金反而有害，在鋅合金中一般作為雜質(zhì)元素進(jìn)行控制。雖然現(xiàn)有的變形鋅合金的機(jī)加工性能得到一定的改善，但是沒有從根本上解決變形鋅合金的后續(xù)加工問題，在實(shí)際應(yīng)用中，仍不能滿足現(xiàn)代機(jī)床對(duì)鋅合金切削性能的要求。因此，如何使鋅合金在強(qiáng)度滿足要求的同時(shí)易加工，甚至達(dá)到銅合金所具有的切削性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易機(jī)加工的變形鋅基合金材料及其制備方法和應(yīng)用，該合金材料具有中等強(qiáng)度、高塑性、高導(dǎo)電率，可作為傳統(tǒng)黃銅合金的替代品。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種變形鋅基合金材料，該鋅基合金材料的重量百分比組成包括：3％≤Al≤15％，0.1％≤Cu≤4.8％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，該鋅基合金材料的微觀組織包含α相和η相，所述的α相為以Al為基體的Zn置換Al固溶體，所述的η相為以Zn為基體的Cu、Al置換Zn的固溶體。

本發(fā)明變形鋅基合金材料以Zn為基體，除了添加Al作為強(qiáng)化元素之外，還添加一定量的Cu。本發(fā)明合金的微觀組織中包含兩種固溶體相，即FCC結(jié)構(gòu)的α相和HCP結(jié)構(gòu)的η相。其中α相是以Al為基體的Zn置換Al固溶體，相比η相，α相的固溶度較高，因此α相具有更高的強(qiáng)度、硬度，但α相同時(shí)也是置換固溶體，因此具有良好的塑性、導(dǎo)電率。Cu與Al相比固溶度較低，Cu通過置換Zn固溶于Zn基體中，起到提高合金強(qiáng)度和改善合金塑性的作用。本發(fā)明合金的η相為以Zn為基體的Cu、Al置換Zn的固溶體，與α相一樣作為固溶體，η相具有良好的塑性、導(dǎo)電率，能夠?qū)崿F(xiàn)易機(jī)加工和較高的導(dǎo)電率。本發(fā)明合金通過合理控制其元素配比，并在其微觀組織中獲得上述α相和η相，最終實(shí)現(xiàn)了變形鋅基合金材料的易機(jī)加工和中等強(qiáng)度，其導(dǎo)電率能夠與鉛黃銅相媲美。本發(fā)明合金中由于溶質(zhì)原子在α相、η相中的溶解度不同，導(dǎo)致合金材料的微觀組織中形成具有不同硬度的區(qū)域，使合金的內(nèi)部組織產(chǎn)生更多的界面結(jié)構(gòu)，有利于切削加工過程中的斷屑，改善合金的機(jī)加工性能。此外，由于不同固溶體的層次交錯(cuò)，使得合金整體上的變形協(xié)調(diào)能力更強(qiáng)，這樣也促使合金后續(xù)的塑性加工變得更容易實(shí)現(xiàn)。

由于α相、η相兩種合金相都保持了原有的端際固溶體結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明合金的導(dǎo)電率可以達(dá)到傳統(tǒng)黃銅的標(biāo)準(zhǔn)。作為插頭等使用的電氣產(chǎn)品，除了應(yīng)該具備較好的導(dǎo)電性以外，還應(yīng)具備良好的機(jī)械性能、機(jī)加工性能及耐環(huán)境腐蝕性能。

本發(fā)明的Al含量大于15％時(shí)，將導(dǎo)致合金的機(jī)加工性能惡化，使材料變脆；當(dāng)Al含量小于3％時(shí)，α相、η相的相比例將降低，導(dǎo)致合金強(qiáng)度和塑性不夠，因此Al的添加量范圍應(yīng)控制在3％≤Al≤15％。本發(fā)明合金中，Cu是以置換Zn原子的方式存在于鋅基體中，起到提高強(qiáng)度、改善塑性，同時(shí)不影響導(dǎo)電率的作用，但Cu含量大于4.8％時(shí)，多余的Cu元素將從鋅基體中析出，不利于機(jī)加工，對(duì)導(dǎo)電率也有一定的不利影響，當(dāng)Cu含量小于0.1％時(shí)，不能起到強(qiáng)化作用，因此在本發(fā)明中，將Cu含量控制在0.1％≤Cu≤4.8％。