[发明专利]用于冲压模具的锌基合金及其制备方法

权利要求书

1.一种用于冲压模具的锌基合金，其特征在于：是一种元素组成的质量百分比为：Al：9.5％或10.28％、Cu：1.5％～3.5％、Sn：3.5～5.5％、Li：0.5～2.5％、Mg：0.01％～0.03％、La：0.05～0.15％、Ce：0.15～0.30％和其余为Zn的用于冲压模具的Zn-Al-Cu-Sn-Li-Mg-La-Ce锌基合金，其布氏硬度179～192HB、抗拉强度344～591MPa，抗压强度897～1296MPa，在M-2000型摩擦磨损试验机上进行锌基合金耐磨性测试，锌基合金上试样尺寸为6mm×7mm×30mm，下侧对磨环材料为Cr12淬火钢，对磨环直径为40mm，对磨环转速为214r/min，载荷为200N，磨损时间为20min，测得锌基合金的磨损率为0.0084～0.0097mg/m。

2.一种制备权利要求1所述的一种用于冲压模具的锌基合金的方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，原材料的配制：

把纯锌锭加工成每块重量40～60g的块体，将铜的质量百分含量为50％的铝铜中间合金加工成每块重量5～15g的块体，将纯锡锭加工成每块重量1～10g的块体，将纯铝锭加工成每块重量2～3g的块体，将镁的质量百分含量为10％的铝镁中间合金加工成每块重量2～3g的块体，分别把上述加工的纯锌块体、铝铜中间合金块体、纯锡块体、纯铝块体和铝镁中间合金块体放在体积百分浓度为5％的稀硝酸酒精溶液中并置于超声清洗仪中超声清洗5～10min去除各个块体表面的氧化皮和杂质，再用无水乙醇清洗各种块体3～4次后用高纯氩气吹干，将上述处理后的纯锌块体、铝铜中间合金块体、纯锡块体、纯铝块体、铝镁中间合金块体和另准备的加工成每块重量0.1～0.3g的纯锂块体、分析纯的LaBr₃粉体和分析纯的CeBr₃粉体均放入处于30～50℃，真空度为-0.05～-0.1MPa的真空干燥箱中备用；

第二步锌基合金的制备：

将石墨黏土坩埚放入处于流量为500～1000mL/min氩气保护的井式熔炼炉中，将井式熔炼炉加热到450～490℃后，称取上述第一步中备用的纯锂块体10g～50g放入到石墨黏土坩埚中，再把称取的上述第一步中备用的纯锌块体1020.27g～1130.53g放入到该石墨黏土坩埚中，在450～490℃保温15～20min形成锌锂金属液，然后将称取的上述第一步中备用的纯锡块体70～110g加入该石墨黏土坩埚中的锌锂金属液中，在450～490℃保温10～15min形成锌锂锡金属液，然后将超声振动棒插入该锌锂锡金属液中，并以20～30kHz的频率对该锌锂锡金属液持续超声振动搅拌5～10min，而后停止超声振动搅拌并将井式炉温度升高到650～700℃，然后把称取的上述第一步中备用的纯铝块体114.6～198.2g、铝镁中间合金块体2～6g和铝铜中间合金块体60～140g加入到石墨黏土坩埚中的锌锂锡金属液中，在650～700℃保温20～30min至全部金属和合金块体熔化成金属液，再后以30～40kHz的频率对该金属液持续超声振动搅拌15～20min，而后停止超声振动搅拌并将井式炉温度升高到760～800℃，随后把称取的上述第一步中备用的分析纯的LaBr₃粉体2.72～8.17g和备用的分析纯的CeBr₃粉体8.13～16.26g同时加入到该石墨黏土坩埚中的金属液底部，在760～800℃保温10～15min后将井式炉温度降至630～670℃，再将称取的上述第一步中备用的纯锌块体510.13～565.27g加入到上述石墨黏土坩埚中的金属液中，待所加入的纯锌块体完全熔化后，以20～30kHz的频率对整个金属液持续超声振动搅拌20～30min，而后停止超声振动搅拌并加入质量为总的金属和合金原料重量百分比0.3～0.5％的AlCl₃精炼剂进行8～10min整个金属液的精炼，扒渣，而后以20～30kHz的频率对精炼处理后的整个金属液持续超声振动搅拌10～15min，而后停止超声振动搅拌并把井式炉降至540～560℃，静置10～15min，再次扒渣后把该石墨黏土坩埚中3/4～4/5的精炼处理后的金属液浇注到保温温度为400～450℃的金属型模具中，并以20～30kHz的频率对金属型模具中的精炼处理后的金属液持续超声振动搅拌5～10min，而后把石墨黏土坩埚中余下的精炼处理后的金属液浇注到该金属型模具中并静置30～40min，然后自然冷却到室温，即得到元素组成式为Zn-Al-Cu-Sn-Li-Mg-La-Ce的锌基合金，该锌基合金的元素组成的质量百分比为：Al：9.5％或10.28％、Cu：1.5％～3.5％、Sn：3.5～5.5％、Li：0.5～2.5％、Mg：0.01％～0.03％、La：0.05～0.15％、Ce：0.15～0.30％和其余为Zn；

第三步锌基合金的热处理：

把上述第二步制得的锌基合金放入温度为80～90℃的热处理炉中进行稳定化热处理450～500min，之后将该锌基合金从热处理炉中取出并在空气中自然冷却至室温，随后对其进行强化热处理，即把该锌基合金放入温度为150～180℃的热处理炉中保温30～50min，然后把炉温以10～20℃/min升高到360～380℃并保温70～90min，将该锌基合金从热处理炉中取出并放入处于室温的水中进行淬火处理，直至该锌基合金在水中冷却至室温，再将该锌基合金置于温度为340～360℃的热处理炉中进行均匀化热处理110～130min，从该热处理炉中取出该锌基合金并自然冷却至室温，最后，将该锌基合金在温度为50～70℃的热处理炉中保温1000～1200min，从该热处理炉中取出该锌基合金并在空气中自然冷却至室温，即得到高强耐磨的元素组成的质量百分比为：Al：9.5％或10.28％、Cu：1.5％～3.5％、Sn：3.5～5.5％、Li：0.5～2.5％、Mg：0.01％～0.03％、La：0.05～0.15％、Ce：0.15～0.30％和其余为Zn的用于冲压模具的Zn-Al-Cu-Sn-Li-Mg-La-Ce锌基合金，其性能达到布氏硬度179～192HB，抗拉强度344～591MPa，抗压强度897～1296MPa，在M-2000型摩擦磨损试验机上进行锌基合金耐磨性测试，锌基合金上试样尺寸为6mm×7mm×30mm，下侧对磨环材料为Cr12淬火钢，对磨环直径为40mm，对磨环转速为214r/min，载荷为200N，磨损时间为20min，测得锌基合金的磨损率为0.0084～0.0097mg/m。