[发明专利]一种易切削高强度锌合金

说明书

技术领域

本发明涉及合金新材料领域，具体地说是一种易切削高强度锌合金，用于替代铅黄铜制作电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。

背景技术

20世纪二十年代以来，随着铜资源的大量开采与消耗，在全世界出现了铜资源紧张的局势，面对日益高涨的铜价，铜资源先天匮乏的我国，寻找铜合金替代材料的研究迫在眉睫。铅黄铜具有优异的切削性能和耐磨性能，被广泛应用于电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。但是，由于其中含有铅，铅易溶出，造成环境污染，危害人们的身体健康，已经引起世界各国的重视，各大国也出台相关标准及法令，严格控制制品铅含量。我国缺铜但富锌，为此，研究开发绿色环保新型锌合金，以廉价的锌替代昂贵的铜，具有显著的经济效益和社会效益，也是缓解国内铜资源紧张的最有前途的解决方法。

目前研究最多、应用最广泛的锌基合金是Zn-Al系合金，锌铝合金具有高的强度和硬度、良好的耐磨减摩性能、原材料与制造成本低廉等优点，以及其他一些独特的性能(如碰撞时不产生火花，无磁性等)，用其替代铝合金甚至铜合金具有明显的经济性，同时，该合金熔点低，耗能少，成本低廉，成型方便，适用于多种铸造方法，因此具有很强的市场竞争力。目前，锌铝合金在美、加、德、英、日、俄等工业发达国家均得到广泛应用，我国的开发应用也在迅速推广。

但Zn-Al系合金存在切削性能较差、晶间腐蚀倾向、尺寸稳定性低、工作温度低、抗蠕变能力差、耐蚀性差等缺点。多年来，人们为克服这些缺点以便提高锌铝合金的综合性能，扩大其应用范围进行不懈努力。专利号200710035063.0的中国专利公开了一种高强度易切削的锌基合金及其制备工艺，其关键技术是采用挤压法制备铝含量很低(0.20-0.35％)的锌铝镁铜系锌基合金，并添加适量的稀土元素，提高合金的切削性能。该发明本质是在锌合金中添加微量的铜、铝、镁及稀土镧、铈，其中铜、镁及稀土含量较高，因此成本较高。锌铝合金中铝能大幅度提高锌合金的强度，且铝密度小，材料用料少，若能保证合金在高铝含量依然有良好的切削性能，将大幅降低锌合金成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种切削性能好、强度高、性价比优、不含铅的易切削高强度锌基合金，用于替代较昂贵的铅黄铜和部分不锈钢零部件。

为此，本发明采用的技术方案为：一种易切削高强度锌合金，其特征在于各组分组成按重量百分比计分别为：铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.005％～0.3％，锰0.01％～0.1％，以及铋0.005％～0.15％或/和锑0.01％～0.1％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

本发明合金的组成包括铝元素，在纯锌中添加质量百分数为1～25％的铝，能明显提高锌合金的强度，但铝含量的增加会显著降低切削性能。为了保证较高的强度与较好的切削性能，铝的含量优选为5～15％。

铜能起固溶强化作用，提高合金抗拉强度。当铜含量超过1.25％时，其形成Cu-Zn-Al等多种金属间化合物，该化合物硬而脆，能提高材料强度，但降低材料塑性，因此铜的含量优选为1～2％。

在锌铝合金中添加镁，可起强化作用，并能防止晶间腐蚀，添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响，因此镁的含量优选为0.01～0.05％。

研究表明，Mn可以提高锌合金的强度，但损害金属的塑性。其强化机理是形成弥散分布的硬质点，对改善切削性能有利。锰的含量优选为0.03～0.07％。

在锌铝合金中添加铋，铋的熔点较低，不固溶于锌铝合金基体，可明显提高本发明的切削性能，添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响，也会使制品在电镀其他装饰性金属时，表面易产生微小气泡等缺陷，影响外观和使用性能，因此铋的含量优选为0.02～0.12％。

有人将锑作为锌铝合金的有害元素，认为其大幅降低合金的冲击韧性，本发明研究表明，Mg和Sb两种元素都部分固溶于基体，只要Mg和Sb比例控制得当并采取一定措施，能得到弥散分布于基体的颗粒状金属间化合物，其组合效果可改善切削性能，研究表明锑的含量优选为0.02～0.08％。

上述的易切削高强度锌合金，还包括硼0.005％～0.2％。研究表明，在本发明合金中添加硼元素，对切削性能也有一定的改善作用。经研究硼的优选含量为0.03％～0.1％。