一種真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>金屬材料;冶金;鑄造;磨削;拋光設(shè)備的制造及處理,應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及一種真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金，屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

羅茨真空泵廣泛用于真空冶金中的冶煉、脫氣、軋制，以及化工、食品、醫(yī)藥工業(yè)中的真空蒸餾、真空濃縮和真空干燥等方面。真空泵配件為用于真空泵噪聲治理的，真空泵消音器。更大更先進(jìn)的真空泵的研制代表著該行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。但是，現(xiàn)在的真空泵轉(zhuǎn)子多采用鑄鐵材料，密度太大(鑄鐵密度為7.86g/cm³)，大尺寸的鑄鐵轉(zhuǎn)子將會(huì)因?yàn)橹亓窟^大嚴(yán)重阻礙真空泵的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)消耗更多能源，從而嚴(yán)重阻礙了新型真空泵的開發(fā)。

另一方面，真空泵工作時(shí)，轉(zhuǎn)子零件溫度升高，從而會(huì)引起金屬零件尺寸的膨脹，零件尺寸變化多少和材料的熱膨脹系數(shù)有關(guān)。在20℃-300℃時(shí)，鐵的熱膨脹系數(shù)為12.2×10^-6K^-1，而鋁的熱膨脹系數(shù)為23.2×10^-6K^-1。假如真空泵轉(zhuǎn)子采用普通鋁合金材料，工作溫度升高，轉(zhuǎn)子尺寸變化太大，必將嚴(yán)重影響真空泵的結(jié)構(gòu)和工作效率。所以，新型真空泵必須采用具有低膨脹系數(shù)的鋁合金材料。

而現(xiàn)有的過共晶鋁硅合金具有高耐磨性、輕質(zhì)、高強(qiáng)度及低的熱膨脹性等一系列優(yōu)點(diǎn)，是制造真空泵轉(zhuǎn)子較理想的材料。但是，由于硅含量越高，鋁硅合金的鑄造性能越差、合金抗拉強(qiáng)度越低。要提高過共晶鋁硅合金的強(qiáng)度、降低熱膨脹系數(shù)，除了適度提高硅含量；對(duì)共晶硅、初晶硅進(jìn)行變質(zhì)細(xì)化，還要獲得具有強(qiáng)化的彌散分布第二相，同時(shí)考慮對(duì)鋁基體的強(qiáng)度及膨脹系數(shù)進(jìn)行改變，目前這方面的研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金，解決的問題是如何使鋁合金兼具低膨脹系數(shù)和高抗拉強(qiáng)度的性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的，一種真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金，其特征在于，該鋁合金包括以下成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：

Si：23wt％～28wt％；Cu：0.5wt％～2.5wt％；Mn：0.3wt％～0.7wt％；Ag：2.0wt％～3.5wt％；Y：1.0wt％～1.6wt％；Ni：0.8wt％～1.5wt％；為余量Al。

本發(fā)明通過加入Cu元素能夠?qū)︿X硅合金有顯著的固溶強(qiáng)化作用；而通過加入Mn元素和Ni元素能夠與體系中的Fe雜質(zhì)作用生成復(fù)雜相并減少β-Fe雜質(zhì)相的產(chǎn)生。同時(shí)，加入的Al、Si、Cu、Ni等元素在合金中能夠形成化合物強(qiáng)化相，起到綜合強(qiáng)化合金的作用。在本發(fā)明的合金中，最主要的是通過加入Ag和Y元素，使它們與合金中的元素形成協(xié)同作用，使Ag、Al、Y三種元素之間能夠形成金屬間化合物強(qiáng)化相Ag_0.66Al_2.34Y，其晶格常數(shù)與Si比較相近，兩者之間具有較好的界面共格對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠作為非均質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)而細(xì)化單晶硅，使有利于初晶硅的異質(zhì)形核，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化初晶硅的作用，且稀土Y的加入還能夠抑制初晶硅和共晶硅的形成。另一方面，組成合金的溶質(zhì)元素及含量對(duì)合金的熱膨脹的影響極為明顯。具體來說，溶質(zhì)元素的膨脹系數(shù)低于溶劑基體時(shí),能夠起到減小膨脹系數(shù)的作用，其含量越高,影響越大；金屬固溶體基體中加入一定組合低膨脹系數(shù)的過渡族元素，則固溶體的膨脹系數(shù)可能發(fā)生顯著下降。更進(jìn)一步的說，本發(fā)明加入的Ag元素在α(Al)固溶體中的固溶度高于其他合金元素，并且在0-100℃時(shí)的線膨脹系數(shù)為18.7×10^-6K^-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Al在0-100℃時(shí)的23.8×10^-6K^-1，同時(shí)，Ag還能夠起到顯著的固溶強(qiáng)化作用；同時(shí)，加入的Y元素的0-100℃線膨脹系數(shù)為10.6×10^-6K^-1，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋁本身的膨脹系數(shù)。因此，能夠使固溶有過渡組元素Ag、Y和Cu的α(Al)固溶體的熱膨脹系數(shù)明顯降低。從而使對(duì)整個(gè)合金膨脹系數(shù)大小起決定作用，達(dá)到低膨脹系數(shù)和高溫抗拉強(qiáng)度的效果。此外，稀土元素Y具有重熔性強(qiáng)、不腐蝕坩堝等優(yōu)點(diǎn)，且稀土元素對(duì)溶液中的氫元素的親和力大，能吸附和溶解合金熔體中的氫原子，從而減少鋁合金鑄件中出現(xiàn)針孔的缺陷，也能夠使整體上提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度性能。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，所述Y的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.2wt％～1.4wt％。通過調(diào)整Y元素的加入比例，還能夠使加入的Y元素能夠有效的抑制初晶硅和共晶硅的形成，使能夠更有效的使鋁合金具有低膨脹系數(shù)和高抗拉強(qiáng)度的性能。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，所述Ag的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.5wt％～3.0wt％。能夠起到降低膨脹系數(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)具有低膨脹系數(shù)的效果；還能夠增加鋁合金的高溫穩(wěn)定性，有效提高合金的高溫抗拉強(qiáng)度性能。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，還含有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5wt％～1.0wt％的Bi元素。通過加入Bi元素目的是為了對(duì)共晶硅起一定的變質(zhì)作用，另外它還能夠促進(jìn)強(qiáng)化相Ag_0.66Al_2.34Y的形成，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化合金中晶粒的作用，使合金具有較好抗拉強(qiáng)度性能。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，所述Y與Ag的質(zhì)量比為1：1.4～1.8。目的是為了更好的形成金屬間化合物強(qiáng)化相Ag_0.66Al_2.34Y，更好的兼具低膨脹系數(shù)和高抗拉強(qiáng)度的作用。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，所述Cu與Y的質(zhì)量比為1：0.5～1.0。能夠使鋁合金的金屬固溶體的膨脹系數(shù)進(jìn)一步的降低，從而使整體的鋁合金的膨脹系數(shù)達(dá)到較好的效果。

在上述的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金中，作為優(yōu)選，所述Bi與Ag的質(zhì)量比為1：2.6～2.8。通過調(diào)整Ag元素和Bi元素，更有利于提高初晶硅的異質(zhì)形核，從而實(shí)現(xiàn)降低膨脹系數(shù)和提高抗拉強(qiáng)度的性能。

綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金，通過加入Ag元素和Y元素并結(jié)合Cu元素，使Ag、Al、Y三種元素之間能夠形成金屬間化合物強(qiáng)化相Ag_0.66Al_2.34Y的效果；且能夠使固溶有過渡組元素Ag、Y和Cu的α(Al)固溶體熱膨脹系數(shù)明顯降低，從而實(shí)現(xiàn)兼具高抗拉強(qiáng)度和低膨脹系數(shù)的作用效果。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金包括以下成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：

Si：23wt％；Cu：2.5wt％；Mn：0.3wt％；Ag：2.0wt％；Y：1.0wt％；Ni：0.8wt％；為余量Al。

以上真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金的具體制備方法如下：

按照以下各原料的質(zhì)量配比選取材料，將純鋁、純Si、純銅、純銀、純Ni，Al-Y中間合金、Al-Mn中間合金進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為130℃～150℃，經(jīng)過預(yù)熱處理后，將純硅打碎成10mm左右的小塊，然后用鋁箔包起來在200℃左右預(yù)熱；

然后，將經(jīng)過預(yù)熱后的純鋁錠放入熔煉爐中，再繼續(xù)進(jìn)行升溫，待爐溫達(dá)到750℃時(shí)，進(jìn)行保溫至金屬呈熔融態(tài)；然后，將預(yù)熱后的純Si、純Ni再加入到熔體中，再充分?jǐn)嚢柚疗淙刍耆?，再升溫?50℃,并保溫20-25min左右，然后，降溫至850℃,再將預(yù)熱后的純銅和Al-Mn中間合金加入到熔體中，充分?jǐn)嚢柚疗淙刍耆?，并保?min左右；待合金熔體溫度降到740℃時(shí)，使用0.5％-0.8％六氯乙烷(C₂Cl₆)進(jìn)行精煉，去除表面浮渣，保溫10min左右后，扒渣；然后，重新加熱到830℃，加入Al-P中間合金，P元素加入量為合金總重的0.1％左右，攪拌,保溫15-20min，使Al-P中間合金充分熔化完全；接著加入Al-Y中間合金，攪拌10-15min，使Al-Y中間合金充分熔化完全，使充分均勻分散在熔體中，將預(yù)熱后的純銀加入到熔體中，攪拌，保溫5min；然后，將熔體由830℃升溫至1050℃，保溫5分鐘，然后冷卻至830℃；反復(fù)三次，進(jìn)行熔體過熱處理，通過進(jìn)行過熱處理目的是為了調(diào)整合金熔體組織結(jié)構(gòu)，最后保溫在830℃，進(jìn)行扒渣，大約保溫5分鐘左右澆鑄，金屬型模具澆注前需預(yù)熱到150℃-220℃，得到相應(yīng)的鑄態(tài)鋁合金；

再將得到的鑄態(tài)鋁合金在495℃～565℃的溫度條件下，保溫8小時(shí)進(jìn)行固溶化處理，而后放入50℃～80℃水中冷卻；再放入溫度為180℃-200℃的溫度條件下進(jìn)行時(shí)效處理保溫10小時(shí)。

將得到的鋁合金進(jìn)行性能測試，即分別測試室溫T6狀態(tài)的過共晶鋁硅合金試棒的拉伸強(qiáng)度和20℃-300℃的熱膨脹系數(shù)，分別得到室溫抗拉強(qiáng)度(σ_b)為296MPa；300℃抗拉強(qiáng)度(σ_b)為201MPa；20℃～300℃的熱膨脹系數(shù)為16.2×10^-6K^-1。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的真空泵轉(zhuǎn)子用含Y鋁合金包括以下成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：

Si：28wt％；Cu：0.5wt％；Mn：0.7wt％；Ag：3.5wt％；Y：1.6wt％；Ni：1.5wt％；為余量Al。