[发明专利]一种含Ce高强度铸造锌铝合金及其制备和热处理方法

说明书

本发明公开一种含Ce高强度铸造锌铝合金及其制备和热处理方法。合金成分包括:Al28～30wt.％、Cu2.6～2.8wt.％、Mg0.015～0.02wt.％、Ce0.08～0.12wt.％，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质含量小于0.03wt.％。其制备和热处理方法为根据合金组分配比称取各组分；加入高纯Zn锭升温至500℃熔化；依次加入高纯Al锭、Al‑Ce中间合金锭，升温至700℃熔化；加入高纯Cu锭搅拌至再次全部熔化；高纯Mg锭用铝箔包好压入合金液熔化；搅拌合金液后加入硼盐变质、扒渣后保温10分钟浇锭得到锌铝合金；然后对锌铝合金进行热处理。该合金有较高的强度，通过热处理工艺有效提高了综合力学性能。

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，具体涉及一种含Ce高强度铸造锌铝合金及其制备和热处理方法。

背景技术

锌铝合金是新型的铸造合金，具有优异的力学性能、阻尼性能、铸造工艺性能和耐磨性能；同时，锌铝合金熔点较低，熔化能耗小，原材料成本低，能够实施广泛的表面处理。在作为耐磨方面，取代价格昂贵、资源稀缺的铜合金和巴氏合金等，锌铝合金展现出广阔的应用前景，如使用ZA27合金代替铜合金制造轴瓦、轴套、涡轮等耐磨件。

微合金化是改善铸造合金组织与性能的有效途径之一，通常添加合金元素可达到有效细化组织、净化杂质，提高合金综合力学性能的目的。有研究表明微量Ce元素的添加能细化Al-Cu-Mg-Al合金中的Ω和θ′相，从而提高合金的力学性能。另外，Ce元素添加到2519A铝合金中可以细化基体，减少并细化铸态组织中共晶区的非平衡凝固组织，元素Ce元素可以抑制2519A合金的GP区的形成，促进θ′相的析出。Ce元素的添加对净化熔炼过程杂质也起到很大作用。

铝含量大于17.2wt.％锌基合金存在包晶反应和共析反应，这两种相变均需要溶质原子在固相中扩散完成，而原子的固相扩散极为缓慢，在实际生产中凝固太快。因此，实际铸造条件下的锌基合金组织都是非平衡结晶组织，存在微观偏析，将导致合金力学性能下降以及铸件尺寸不稳定。以上问题均可通过热处理予以改善或消除。

至今尚未有在铸造锌合金中添加微量Ce元素并热处理来改善合金组织以及提高力学性能的公开报道。

发明内容

本发明提供一种含Ce高强度铸造锌铝合金及其制备和热处理方法，目的是通过加入微量合金元素Ce以及热处理工艺，提供一种综合力学性能较好的锌铝合金的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种含Ce高强度铸造锌铝合金，所述锌铝合金成分包括:Al28～30wt.％、Cu2.6～2.8wt.％、Mg0.015～0.02wt.％、Ce0.08～0.12wt.％，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质含量小于0.03wt.％。

上述的一种含Ce高强度铸造锌铝合金，其抗拉强度为420MPa以上，延伸率为15％以上。

一种上述的含Ce高强度铸造锌铝合金的制备和热处理方法，包括如下步骤：

步骤一：根据含Ce高强铸造锌铝合金的组分配比称取各组分，其中：Ce以Al-Ce中间合金的形式加入，Zn、Cu和Mg以高纯锭的形式加入；

步骤二：将高纯Zn锭放入熔炼炉中，升温至500℃熔化；依次加入高纯Al锭、Al-Ce中间合金锭，升温至700℃；金属全部熔化后，加入高纯Cu锭搅拌至再次全部熔化；将高纯Mg锭用铝箔包好，并利用钟罩压入合金液中，熔化后取出钟罩；搅拌合金液后加入硼盐变质、扒渣后保温10分钟浇锭得到锌铝合金；

步骤三：在浇锭得到锌铝合金后，对锌铝合金进行热处理，即在370～390℃条件下保温3～4小时后水淬，并于90～110℃保温1～2小时进行时效处理。

上述的一种含Ce高强度铸造锌铝合金的制备和热处理方法，步骤一所述高纯锭是指各原料锭的纯度为99.99％以上。