[发明专利]一种锌基合金及其制备方法

权利要求书

1.一种锌基合金，其特征在于：是一种元素组成的质量百分比为：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和其余为Zn的Zn-Al-Cu-Ba-Mg-La-Ce锌基合金，该锌基合金材料的布氏硬度达到160HB～180HB，抗拉强度达到308MPa～572MPa；在M-2000型摩擦磨损试验机上进行锌基合金耐磨性测试，所用锌基合金材料的试样尺寸为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0.0102～0.0129mg/m。

2.一种制备权利要求1的一种锌基合金的方法，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，将纯钡锭块体加工成每块重量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，分别把上述加工成块体的纯锌锭块体、铝铜中间合金块体、纯铝锭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，去除各块体表面的氧化皮和杂质，再用无水乙醇分别清洗每种块体3～4次后用高纯氩气吹干，将上述处理后的纯锌锭块体、铝铜中间合金块体、纯铝锭块体、铝镁中间合金块体和另准备的纯钡锭块体、分析纯的粉体LaBr₃和分析纯的粉体CeBr₃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锌锭块体1093.65g～1175.19g放入到石墨黏土坩埚中，保温15～20min，待纯锌锭块体全部熔化成纯锌金属液后将井式炉温度升高到650～700℃，再把称取的上述第一步中备用的纯铝锭块体17.12～98.02g、备用的铝镁中间合金块体2.2～3.2g和备用的铝铜中间合金块体100～180g加入该纯锌金属液中，在650～700℃保温20～30min，至全部金属块体熔化成金属液，然后使用石墨搅拌棒对石墨黏土坩埚中的金属液持续搅拌3～5min，而后抽出搅拌棒并将井式炉温度升高到760～800℃，随后将称取的上述第一步中备用的纯钡锭块体70～110g加入到石墨黏土坩埚中的金属液中，在760～800℃保温5～10min，至纯钡锭块体也熔化成金属液，再把称取的上述第一步中备用的分析纯的粉体LaBr₃7.08～9.26g和备用的分析纯的粉体CeBr₃11.92～15.72g同时加入到该石墨黏土坩埚中的金属液底部进行变质处理，在760～800℃保温10～15min，然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锭块体546.83～587.59g加入金属液中，待加入的纯锌完全熔化后，使用石墨搅拌棒对坩埚中的金属液持续搅拌3～5min，而后抽出搅拌棒并向该石墨黏土坩埚中加入质量为上述所用总的金属和合金原料重量百分比0.3～0.5％的AlCl₃精炼剂，在630～670℃进行8～10min金属液的精炼处理，精炼处理的同时使用石墨搅拌棒对坩埚中的金属液持续搅拌，而后抽出搅拌棒并把井式炉降至540～560℃，扒渣后将金属液浇注到金属型模具中并冷却到室温，即得到元素组成式为Zn-Al-Cu-Ba-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：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和其余为Zn；

第三步锌基合金的热处理：

首先，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，其次，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，然后，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，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，取出该锌基合金并在空气中自然冷却至室温，即得到高强和耐磨的一种元素组成的质量百分比为：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和其余为Zn的Zn-Al-Cu-Ba-Mg-La-Ce锌基合金。