[发明专利]一种高强度的变形锌基合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及锌基合金材料及其应用领域，具体涉及一种高强度的变形锌基合金材料，该合金材料可应用于电子、电气行业。

背景技术

一直以来，人们对锌基合金的研究与开发多集中在铸造领域，对变形锌合金特别是高强度的变形锌合金研究甚少，但包括铸造锌合金在内的锌合金普遍存在强度偏低的问题，不能满足当前电子、电气等领域对高强度(500MPa以上)的需求，且塑性较差，机加工性能难以满足要求。

传统的压铸锌合金以Zn-Cu或者Zn-Al二元合金以及Zn-Al-Cu系为主，但其强度普遍在200～400MPa、硬度普遍在60～100HV，存在强度和硬度偏低的问题，且采用铸造成型，不能满足当前机加工行业的切削加工要求。以ZA-12铸造锌合金为例，其砂型铸造产品的抗拉强度在276～317MPa之间，金属型铸造产品的抗拉强度在310～345MPa之间，压力铸造产品的抗拉强度虽有所提高，但也只能达到404MPa左右。

美国压铸锌合金牌号ZA-12：10.8～11.5％Al，0.5～1.2％Cu，0.020～0.030％Mg，Fe≤0.065％，Pb≤0.005％，Cd≤0.005％，Sn≤0.002％，其余为Zn。该合金的抗拉强度在400MPa左右，延伸率4～7％，HV：95～115。该牌号压铸锌合金与传统铸造锌合金(砂型铸造、金属铸造)相比，已经实现较高的强度，但抗拉强度仍然无法达到450MPa以上，且不能采用机加工，大大限制了在替代铜合金方面的应用。

美国压铸锌合金牌号ZA-27：25～28％Al，2.0～2.5％Cu，0.012～0.020％Mg，Fe≤0.072％，Pb≤0.005％，Cd≤0.005％，Sn≤0.002％，其余为Zn。该合金的抗拉强度为420MPa左右，延伸率在1～3％，HV：105～125。随着Al和Cu含量的提高，通过压铸方法生产的变形锌合金在提高抗拉强度方面并没有多大的提高。

近年来业内对变形锌合金也有所研发，通过适当的成分调整、挤压或者拉拔工艺改进，以满足机加工性能要求，但各种类型的变形锌合金仍然存在强度较低(一般＜450MPa)的问题，例如挤压态的变形锌合金ZnAl10-5的抗拉强度仅为343.4～441.5MPa，不能满足对高强度领域合金的需求，限制了锌合金对传统铜合金的替代。

变形锌合金牌号ZnAl10-2：9～11％Al，1.5～2.5％Cu，0.02～0.05％Mg，其余为Zn。该合金挤压态的抗拉强度为343.4～451.3MPa，延伸率15～20％，硬度HV95-100。该合金虽然也为变形锌合金，但抗拉强度仍然远低于500MPa。

变形锌合金牌号ZnAl10-5：9～11％Al，4.5～5.5％Cu，0.02～0.05％Mg，其余为Zn。该合金挤压态的抗拉强度为343.4～441.5MPa，延伸率12～18％，硬度HV90～100。该合金虽然对Cu含量进行了提高，但抗拉强度与ZnAl10-2相比并没有提高。

随着对家用电器环保性能要求的不断提高，对于材料中的铅、镉等有害元素也提出了更高的要求，而这些元素并不是锌合金的必加元素，因此锌合金具有环保优势。我国锌资源储量居世界第1位，而铜资源相对比较匮乏，因此开展高性能变形锌合金材料的研发，替代部分铜合金材料，对于节约我国紧缺的铜资源、综合高效利用锌资源，缓解我国铜资源越来越严重的瓶颈问题，迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有的锌基合金材料普遍存在的强度低、塑性差的问题，通过合金化的手段，实现锌合金组织的均匀与细化，提供一种强度高达500MPa以上、具有良好的塑性的高强度的变形锌基合金材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强度的变形锌基合金材料，该锌基合金材料的重量百分比组成包括：Cu：5～15wt％，Al：7～20wt％，Mg：0.01～1.5wt％，Cr：0.01～2.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质，该锌基合金材料的微观组织含有细小而均匀分布的初生相ε、富铝的Al-Zn-Cu三元组成的细小共析组织和富锌的Zn-Al-Cu三元共晶组织。