[发明专利]一种高硬度的锌铜铝合金

说明书

本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种高硬度锌铜铝合金。本发明以Al‑50Cu中间合金、工业纯铜、工业纯铝和工业纯锌为原料，采用熔炼铸造、自然冷却的方法制备高硬度的耐磨锌铜铝合金，合金的成分为30～38％Zn、30～38％Cu和30～38％Al，不可避免的杂质含量小于0.8％，优选的合金成分为铜铝锌金属组分为等质量百分比，其硬度、耐磨效果最佳。本发明得到的具有高硬度的锌铜铝合金，可应用于机械、矿山等工业领域。

技术领域

本发明涉及一种高硬度的锌铜铝合金，更具体是涉及一种等质量比高硬度锌铜铝合金。

背景技术

铸造方法广泛应用于各个领域，如电子零件、光学仪器、汽车、纺织、建筑、测量仪器等，特别是汽车零部件的生产。

纯铜较柔软，表面呈红橙色金属光泽，具有良好的延展性、导热性及导电性，因此被广泛应用于制冷、电力等行业，其在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。自20世纪30年代以来，由于铜使用量的增大及矿产资源的消耗，在全世界范围内开始出现铜资源紧张的局势，导致铜原料及铜合金的价格越来越昂贵。我国富锌缺铜，年耗铜量中50％～60％依赖进口，而我国锌矿藏量占世界总锌藏量的31％，居世界首位。因为世界性的铜锡资源紧张，以锌代铜是我国的资源政策的重点，也是世界性的趋势。

我国对锌铝合金的研究是从20世纪90年代开始的，与铜合金相比锌铝合金成本低廉。锌铝合金在我国的发展时间较短，与其他发达国家比较还存在着很大的差距，主要体现在塑韧性较低、耐蚀性较差及杂质含量较高等。就目前而言，我国的锌铝合金很难达到自给自足的局面，还需要大量进口锌铝合金。

随着我国科学技术手段的不停提高，我国对锌铜铝合金的研究也越来越深入。目前我国主要研究方式还是以锌铝为主要成分，再加入少量的铜元素，关于铜含量对锌合金性能的影响的报道不尽一致。如河南科技大学杨涤心教授研究发现当铜含量为2.5％～3.5％铝锌铜合金的综合性能最佳，最佳性能为布氏硬度为120～121HB，抗拉强度为400～410Mpa，伸长率为7％～8％。该合金的硬度仍然较低，难以满足工业生产需要。江苏大学徐桂芳教授研究了热处理工艺对铜锌铝形状记忆合金组织和磨损性能的影响，确定了100℃分级淬火处理后耐磨性最佳。韩国机械研究院韩承传等人确定了18％-50％重量的锌，0.05％-5％重量的铜，其余为铝的铝锌铜合金具有改善的铸造性能、强度和伸长率。目前传统合金制备以一种元素为主要组元、再添加少量其他元素作为合金元素。而在“Al-Cu-Zn系非晶合金的制备及热力学性质，宋博等”中制备得到Al₆₃Cu₂₇Zn₁₀合金，在制备过程中，由于铜原子百分含量较高，还需要采用快速冷却方法冷却到约-50℃，在得到部分非晶相同时、进一步细化合金的晶粒度才能起到显著提高合金的硬度的效果。并且其采用Al、Zn、Cu为原料直接熔炼，而Al、Zn、Cu组分之间的熔点相差较大，该熔融方法会造成原料烧损较大，影响合金性能。在其中也未研究合金的室温冲击韧性，因为硬度提高的同时往往会导致室温冲击韧性大幅度降低。

针对上述现有技术，本申请实际所解决的技术问题是，如何得到一种锌铜铝合金，不仅能取代铜合金以节约铜资源、大幅度降低合金成本，而且不需要采用快速冷却方法得到非晶就能进一步提高合金硬度和耐磨性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是采用普通熔铸方法制备高硬度锌铜铝合金。

本发明采用的技术方案为：

一种高硬度锌铜铝合金，合金中的铜含量为30～38wt.％、铝含量为30～38wt.％、锌含量为30～38wt.％，不可避免的杂质含量小于0.8％。以铝铜中间合金和工业纯铝、工业纯铜及工业纯锌为原料，采用熔炼铸造方法制备锌铜铝合金。

进一步，优化后高硬度锌铜铝合金成分为等质量百分比的锌、铜和铝(优选：Cu：33.33wt.％，Al：33.33wt.％，Zn：33.33wt.％)本发明发现当各组元元素的质量比相等时，能显著提高合金硬度和耐磨性，并且对室温冲击韧性变化的影响不大。