[發明專利]一種鋅基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201710785184.0
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107447132B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 李海鵬;李袁軍;孫熙雯;范佳薇;劉斐然;曹航暢;劉雯
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;天津金力研汽車工程技術有限公司
• 主分類號: C22C18/04
• 分類號: C22C18/04;C22C1/03;C22F1/16
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

1.一種鋅基合金，其特征在于：是一種元素組成的質量百分比為：5.5～7.5％Al、2.5～4.5％Cu、3.5～5.5％Ba、0.011～0.016％Mg、0.13～0.17％La、0.22～0.29％Ce和其余為Zn的Zn-Al-Cu-Ba-Mg-La-Ce鋅基合金，該鋅基合金材料的布氏硬度達到160HB～180HB，抗拉強度達到308MPa～572MPa；在M-2000型摩擦磨損試驗機上進行鋅基合金耐磨性測試，所用鋅基合金材料的試樣尺寸為6mm×7mm×30mm，下側對磨環材料為Cr12淬火鋼，對磨環直徑為40mm，對磨環轉速為214r/min，載荷為200N，磨損時間為20min，測得鋅基合金的磨損率為0.0102～0.0129mg/m。

2.一種制備權利要求1的一種鋅基合金的方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步，原材料的配制：

把純鋅錠加工成每塊重量40～60g的塊體，將銅的質量百分含量為50％的鋁銅中間合金加工成每塊重量5～15g的塊體，將純鋇錠塊體加工成每塊重量1～10g的塊體，將純鋁錠加工成每塊重量2～3g的塊體，將鎂的質量百分含量為10％的鋁鎂中間合金加工成每塊重量2～3g的塊體，分別把上述加工成塊體的純鋅錠塊體、鋁銅中間合金塊體、純鋁錠塊體和鋁鎂中間合金塊體放在體積百分濃度為5％的稀硝酸酒精溶液中并置于超聲清洗儀中超聲清洗5～10min，去除各塊體表面的氧化皮和雜質，再用無水乙醇分別清洗每種塊體3～4次后用高純氬氣吹干，將上述處理后的純鋅錠塊體、鋁銅中間合金塊體、純鋁錠塊體、鋁鎂中間合金塊體和另準備的純鋇錠塊體、分析純的粉體LaBr₃和分析純的粉體CeBr₃均放入處于30～50℃、真空度為-0.05～-0.1MPa的真空干燥箱中備用；

第二步鋅基合金的制備：

將石墨黏土坩堝放入處于流量為500～1000mL/min氬氣保護的井式熔煉爐中，將井式熔煉爐加熱到450～490℃后，稱取上述第一步中備用的純鋅錠塊體1093.65g～1175.19g放入到石墨黏土坩堝中，保溫15～20min，待純鋅錠塊體全部熔化成純鋅金屬液后將井式爐溫度升高到650～700℃，再把稱取的上述第一步中備用的純鋁錠塊體17.12～98.02g、備用的鋁鎂中間合金塊體2.2～3.2g和備用的鋁銅中間合金塊體100～180g加入該純鋅金屬液中，在650～700℃保溫20～30min，至全部金屬塊體熔化成金屬液，然后使用石墨攪拌棒對石墨黏土坩堝中的金屬液持續攪拌3～5min，而后抽出攪拌棒并將井式爐溫度升高到760～800℃，隨后將稱取的上述第一步中備用的純鋇錠塊體70～110g加入到石墨黏土坩堝中的金屬液中，在760～800℃保溫5～10min，至純鋇錠塊體也熔化成金屬液，再把稱取的上述第一步中備用的分析純的粉體LaBr₃7.08～9.26g和備用的分析純的粉體CeBr₃11.92～15.72g同時加入到該石墨黏土坩堝中的金屬液底部進行變質處理，在760～800℃保溫10～15min，然后將井式爐溫度降至630～670℃，再將稱取的上述第一步中備用的純鋅錠塊體546.83～587.59g加入金屬液中，待加入的純鋅完全熔化后，使用石墨攪拌棒對坩堝中的金屬液持續攪拌3～5min，而后抽出攪拌棒并向該石墨黏土坩堝中加入質量為上述所用總的金屬和合金原料重量百分比0.3～0.5％的AlCl₃精煉劑，在630～670℃進行8～10min金屬液的精煉處理，精煉處理的同時使用石墨攪拌棒對坩堝中的金屬液持續攪拌，而后抽出攪拌棒并把井式爐降至540～560℃，扒渣后將金屬液澆注到金屬型模具中并冷卻到室溫，即得到元素組成式為Zn-Al-Cu-Ba-Mg-La-Ce的鋅基合金，該鋅基合金的元素組成的質量百分比為：5.5～7.5％Al、2.5～4.5％Cu、3.5～5.5％Ba、0.011～0.016％Mg、0.13～0.17％La、0.22～0.29％Ce和其余為Zn；

第三步鋅基合金的熱處理：

首先，把上述第二步制得的鋅基合金放入溫度為80～90℃的熱處理爐中進行穩定化熱處理450～500min，之后將該鋅基合金從熱處理爐中取出并在空氣中自然冷卻至室溫，其次，對其進行強化熱處理，即把該鋅基合金放入溫度為150～180℃的熱處理爐中保溫30～50min，然后把爐溫以10～20℃/min升高到360～380℃并保溫70～90min，將該鋅基合金取出并放入處于室溫的水中進行淬火處理，直至該鋅基合金在水中冷卻至室溫，然后，將該鋅基合金置于溫度為340～360℃的熱處理爐中進行均勻化熱處理110～130min，取出該鋅基合金并自然冷卻至室溫，最后，將該鋅基合金在溫度為50～70℃的熱處理爐中保溫1000～1200min，取出該鋅基合金并在空氣中自然冷卻至室溫，即得到高強和耐磨的一種元素組成的質量百分比為：5.5～7.5％Al、2.5～4.5％Cu、3.5～5.5％Ba、0.011～0.016％Mg、0.13～0.17％La、0.22～0.29％Ce和其余為Zn的Zn-Al-Cu-Ba-Mg-La-Ce鋅基合金。