含钇亚共晶锌‑铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含钇亚共晶锌‑铝合金及其制备方法，其中，含钇亚共晶锌‑铝合金由以下质量百分含量的成分组成：Y 0.01‑0.5 %，Mg 0.015‑0.06%，Al 2‑4.3%，余量为Zn及其他不可避免的杂质元素。该合金中钇元素会形成细小的YAly‑xZnx（y=8.5、10或12，0＜x＜5）化合物粒子，产生显著的晶粒细化作用，提高合金强度，弥散分布于锌‑铝合金基体中产生粒子弥散强化作用，同时部分钇元素还以原子方式固溶于铝、锌晶粒中，起到固溶强化作用，本发明专利技术制备的含钇亚共晶锌‑铝合金的力学性能大幅度提升。

【技术实现步骤摘要】
含钇亚共晶锌-铝合金及其制备方法
本专利技术属于合金材料
，尤其涉及一种含钇亚共晶锌-铝合金及其制备方法。
技术介绍
含铝量小于5wt.%的亚共晶锌-铝合金基体由初生η-Zn晶粒和η-Zn+α-Al共晶组织构成，具有很好的铸造工艺和机械加工工艺性能，在一些领域应用较多。实际生产中，往往在亚共晶锌-铝合金中添加其他化学元素获得更好的力学性能。如目前已经发现在亚共晶锌-铝合金中加入微量镁元素可以进一步提高亚共晶锌-铝合金的力学性能，但是镁元素对于合金结构影响较小，亚共晶Zn-Al-Mg三元合金的抗拉强度为200MPa左右，无法满足对力学性能要求更高的应用情况。由于亚共晶锌-铝合金中难以避免地存在一些杂质元素，因此，某些元素的加入可能会与亚共晶锌-铝合金发生干涉作用产生不利效果。例如，当向含有硼元素的亚共晶锌-铝合金中添加锆元素时会因两者发生反应导致硼含量下降，导致合金化学成分变化和物理、力学性能的改变。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种含钇亚共晶锌-铝合金及其制备方法，在含有镁元素的亚共晶锌-铝合金中添加微量钇元素进行合金化，通过微量钇元素对锌-铝-镁合金组织结构的综合改善作用，提高其抗拉强度。第一方面，本专利技术提供的含钇亚共晶锌-铝合金，由以下质量百分含量的成分组成：Y0.01-0.5%，Mg0.015-0.06%，Al2-4.3%，余量为Zn及其他不可避免的杂质元素；部分Y元素以YAly-xZnx化合物粒子的形式镶嵌于锌-铝合金基体中，其中，y=8.5、10或12，0＜x＜5，其余Y元素以原子的形式固溶于的η-Zn和α-Al相中。优选地，各成分的百分含量为：Y0.025-0.3%，Mg0.02-0.05%，Al3-4%。优选地，各成分的百分含量为：Y0.3%，Mg0.045%，Al4%。第二方面，本专利技术提供了一种用以制备上述含钇亚共晶锌-铝合金的方法，包括以下步骤：（1）制备铝-钇中间合金；（2）将纯锌、纯铝和所述铝-钇中间合金三种原料加入电炉内熔化至680-750℃，保温20-40分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-钇合金熔体；（3）将纯镁加入所述锌-铝-钇合金熔体中，继续保温5-10分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-镁-钇合金熔体；（4）将所述锌-铝-镁-钇合金熔体进行精炼之后浇注至模具中，凝固后得到含钇亚共晶锌-铝合金。优选地，所有原料中所述铝-钇中间合金的质量百分含量为0.125-1.5%。优选地，所述铝-钇中间合金的含钇量为10-20wt.%。优选地，所述纯锌的纯度为99.99wt.%或以上，所述纯铝的纯度为99.7wt.%或以上，所述纯镁的纯度为99.9wt.%或以上。本专利技术制备的含钇亚共晶锌-铝合金中同时具有镁和钇。其中，钇元素的加入对于合金产生如下有益效果：第一，钇元素会形成细小的YAly-xZnx（y=8.5、10或12，0＜x＜5）化合物粒子，在合金凝固过程中形成大量晶核，使初生η-Zn晶粒及共晶组织的形貌、尺寸得到改善，产生显著的晶粒细化作用，提高合金强度；第二，YAly-xZnx（y=8.5、10或12，0＜x＜5）化合物粒子弥散分布于锌-铝合金基体中产生粒子弥散强化作用；第三，同时部分钇元素还以原子方式固溶于铝、锌晶粒中，起到固溶强化作用。镁元素的加入会改善YAly-xZnx粒子在亚共晶锌-铝合金熔体中的润湿性，提升其晶粒细化效果和弥散强化效果；因此，本专利技术制备的含钇亚共晶锌-铝合金的力学性能大幅度提升。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一制备的含钇亚共晶锌-铝合金的扫描电镜图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步的阐述，需要说明的是，下述实施例仅是为了解释本专利技术，并不对
技术实现思路
进行限定。实施例一一种含钇亚共晶锌-铝合金Zn-3Al-0.045Mg-0.025Y（该合金中Al的质量百分含量为3%，Mg的质量百分含量为0.045%，Y的质量百分含量为0.025%，其余为Zn及其他不可避免的杂质元素），制备过程如下。制备过程中所使用的纯锌的纯度为99.99wt.%或以上，纯铝的纯度为99.7wt.%或以上，纯镁的纯度为99.9wt.%或以上，纯钇的纯度为99.9wt.%或以上。以下实施例和对比例皆选用上述原料。（1）以纯铝和纯钇为原料，根据现有技术，制备Al-20Y中间合金。（2）称取质量百分含量为0.125%的Al-20Y中间合金、2.9%的纯铝、0.045%的纯镁以及96.93%的纯锌，将称好的纯锌、纯铝和Al-20Y中间合金三种原料加入至电炉内，熔化至700℃，保温20分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-钇合金熔体。（3）将称好的纯镁加入步骤（2）中得到的锌-铝-钇合金熔体中，继续保温5分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-镁-钇合金熔体。（4）将步骤（3）中得到的锌-铝-镁-钇合金熔体进行精炼之后浇注至模具中，凝固后得到Zn-3Al-0.045Mg-0.025Y合金。参见图1，为实施例一所制备的Zn-3Al-0.045Mg-0.025Y合金的扫描电镜（SEM）组织结构图。图中颜色较深的部分为η-Zn+α-Al共晶组织，颜色较浅的大块状物相为初生η-Zn晶粒。以扫描电镜能谱仪（EDX）对图中箭头所指的粒子进行分析表明，其分子式为YZny-xAlx（y=8.5、10或12，0＜x＜5）。部分YZny-xAlx化合物粒子位于初生η-Zn晶粒中心部位，在凝固过程中产生晶粒细化作用，部分位于基体中产生弥散强化作用，还有部分Y元素以原子的形式固溶于的η-Zn和α-Al相中。对比例一制备Zn-3Al-0.045Mg合金的过程如下：（1）称取质量百分含量为3%的纯铝、0.045%的纯镁以及96.955%的纯锌，将称好的纯锌和纯铝加入至电炉内，熔化至700℃，保温20分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝合金熔体。（2）将称好的纯镁加入步骤（1）得到的锌-铝合金熔体中，继续保温5分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-镁合金熔体。（3）将步骤（2）中得到的锌-铝-镁合金熔体进行精炼之后浇注至模具中，凝固后得到Zn-3Al-0.045Mg合金。实施例二一种含钇亚共晶锌-铝合金Zn-4Al-0.045Mg-0.3Y，制备过程如下。（1）以纯铝和纯钇为原料，根据现有技术，制备Al-20Y中间合金。（2）称取质量百分含量为1.5%的Al-20Y中间合金、2.8%的纯铝、0.045%的纯镁以及95.655%的纯锌，将称好的纯锌、纯铝和Al-20Y中间合金三种原料加入至电炉内，熔化至720℃，保温15分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-钇合金熔体。（3）将称好的纯镁加入步骤（2）中得到的锌-铝-钇合金熔体中，继续保温8分钟，保温过程中对合金熔体进行充分搅拌，得到锌-铝-镁-钇合金熔体。（4）将步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含钇亚共晶锌‑铝合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Y 0.01‑0.5 %，Mg 0.015‑0.06%，Al 2‑4.3%，余量为Zn及其他不可避免的杂质元素；部分Y元素以YAly‑xZnx化合物粒子的形式镶嵌于锌‑铝合金基体中，其中，y=8.5、10或12，0＜x＜5，其余Y元素以原子的形式固溶于η‑Zn和α‑Al相中。

【技术特征摘要】
1.一种含钇亚共晶锌-铝合金，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Y0.01-0.5%，Mg0.015-0.06%，Al2-4.3%，余量为Zn及其他不可避免的杂质元素；部分Y元素以YAly-xZnx化合物粒子的形式镶嵌于锌-铝合金基体中，其中，y=8.5、10或12，0＜x＜5，其余Y元素以原子的形式固溶于η-Zn和α-Al相中。2.根据权利要求1所述的含钇亚共晶锌-铝合金，其特征在于，各成分的百分含量为：Y0.025-0.3%，Mg0.02-0.05%，Al3-4%。3.根据权利要求2所述的含钇亚共晶锌-铝合金，其特征在于，各成分的百分含量为：Y0.3%，Mg0.045%，Al4%。4.一种如权利要求1至3任一项所述的含钇亚共晶锌-铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备铝-钇中间合金；（2）将纯锌、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕锦艳，国京元，姜坤，杜壮，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37