[发明专利]含钇亚共晶锌‑铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，尤其涉及一种含钇亚共晶锌-铝合金及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明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，本发明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：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YAl_y-xZn_x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：Y 0.025-0.3 %，Mg 0.02-0.05 %，Al 3-4%。

优选地，各成分的百分含量为：Y 0.3%，Mg 0.045 %，Al 4%。

第二方面，本发明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。

本发明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YAl_y-xZn_x（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，YAl_y-xZn_x（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YAl_y-xZn_x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，本发明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，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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为本发明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发明做进一步的阐述，需要说明的是，下述实施例仅是为了解释本发明，并不对发明内容进行限定。

实施例一