CN106756304A - 一种真空泵转子用含y铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空泵转子用含Y铝合金，属于合金材料技术领域。为了解决现有的不能同时兼具低膨胀系数和高抗拉强度的问题，提供一种真空泵转子用含Y铝合金，该铝合金包括以下成分的质量百分数：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％；为余量Al。本发明的含Y铝合金形成金属间化合物强化相Ag0.66Al2.34Y的效果；且能够使固溶有过渡组元素Ag、Y和Cu的α(Al)固溶体热膨胀系数明显降低，从而实现兼具高抗拉强度和低膨胀系数的作用效果。

Description

一种真空泵转子用含Y铝合金
技术领域
本发明涉及一种真空泵转子用含Y铝合金，属于合金材料技术领域。
背景技术
罗茨真空泵广泛用于真空冶金中的冶炼、脱气、轧制，以及化工、食品、医药工业中的真空蒸馏、真空浓缩和真空干燥等方面。真空泵配件为用于真空泵噪声治理的，真空泵消音器。更大更先进的真空泵的研制代表着该行业的一个重要发展方向。但是，现在的真空泵转子多采用铸铁材料，密度太大(铸铁密度为7.86g/cm3)，大尺寸的铸铁转子将会因为重量过大严重阻碍真空泵的运行稳定性，同时消耗更多能源，从而严重阻碍了新型真空泵的开发。
另一方面，真空泵工作时，转子零件温度升高，从而会引起金属零件尺寸的膨胀，零件尺寸变化多少和材料的热膨胀系数有关。在20℃-300℃时，铁的热膨胀系数为12.2×10-6K-1，而铝的热膨胀系数为23.2×10-6K-1。假如真空泵转子采用普通铝合金材料，工作温度升高，转子尺寸变化太大，必将严重影响真空泵的结构和工作效率。所以，新型真空泵必须采用具有低膨胀系数的铝合金材料。
而现有的过共晶铝硅合金具有高耐磨性、轻质、高强度及低的热膨胀性等一系列优点，是制造真空泵转子较理想的材料。但是，由于硅含量越高，铝硅合金的铸造性能越差、合金抗拉强度越低。要提高过共晶铝硅合金的强度、降低热膨胀系数，除了适度提高硅含量；对共晶硅、初晶硅进行变质细化，还要获得具有强化的弥散分布第二相，同时考虑对铝基体的强度及膨胀系数进行改变，目前这方面的研究较少。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种真空泵转子用含Y铝合金，解决的问题是如何使铝合金兼具低膨胀系数和高抗拉强度的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，该铝合金包括以下成分的质量百分数：
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％；为余量Al。
本发明通过加入Cu元素能够对铝硅合金有显著的固溶强化作用；而通过加入Mn元素和Ni元素能够与体系中的Fe杂质作用生成复杂相并减少β-Fe杂质相的产生。同时，加入的Al、Si、Cu、Ni等元素在合金中能够形成化合物强化相，起到综合强化合金的作用。在本发明的合金中，最主要的是通过加入Ag和Y元素，使它们与合金中的元素形成协同作用，使Ag、Al、Y三种元素之间能够形成金属间化合物强化相Ag0.66Al2.34Y，其晶格常数与Si比较相近，两者之间具有较好的界面共格对应关系，能够作为非均质形核质点而细化单晶硅，使有利于初晶硅的异质形核，进而达到细化初晶硅的作用，且稀土Y的加入还能够抑制初晶硅和共晶硅的形成。另一方面，组成合金的溶质元素及含量对合金的热膨胀的影响极为明显。具体来说，溶质元素的膨胀系数低于溶剂基体时,能够起到减小膨胀系数的作用，其含量越高,影响越大；金属固溶体基体中加入一定组合低膨胀系数的过渡族元素，则固溶体的膨胀系数可能发生显著下降。更进一步的说，本发明加入的Ag元素在α(Al)固溶体中的固溶度高于其他合金元素，并且在0-100℃时的线膨胀系数为18.7×10-6K-1，远远低于Al在0-100℃时的23.8×10-6K-1，同时，Ag还能够起到显著的固溶强化作用；同时，加入的Y元素的0-100℃线膨胀系数为10.6×10-6K-1，也远远低于铝本身的膨胀系数。因此，能够使固溶有过渡组元素Ag、Y和Cu的α(Al)固溶体的热膨胀系数明显降低。从而使对整个合金膨胀系数大小起决定作用，达到低膨胀系数和高温抗拉强度的效果。此外，稀土元素Y具有重熔性强、不腐蚀坩埚等优点，且稀土元素对溶液中的氢元素的亲和力大，能吸附和溶解合金熔体中的氢原子，从而减少铝合金铸件中出现针孔的缺陷，也能够使整体上提高铝合金的抗拉强度性能。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，所述Y的质量百分数为1.2wt％～1.4wt％。通过调整Y元素的加入比例，还能够使加入的Y元素能够有效的抑制初晶硅和共晶硅的形成，使能够更有效的使铝合金具有低膨胀系数和高抗拉强度的性能。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，所述Ag的质量百分数为2.5wt％～3.0wt％。能够起到降低膨胀系数的作用，实现具有低膨胀系数的效果；还能够增加铝合金的高温稳定性，有效提高合金的高温抗拉强度性能。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，还含有质量百分数为0.5wt％～1.0wt％的Bi元素。通过加入Bi元素目的是为了对共晶硅起一定的变质作用，另外它还能够促进强化相Ag0.66Al2.34Y的形成，进而达到细化合金中晶粒的作用，使合金具有较好抗拉强度性能。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，所述Y与Ag的质量比为1：1.4～1.8。目的是为了更好的形成金属间化合物强化相Ag0.66Al2.34Y，更好的兼具低膨胀系数和高抗拉强度的作用。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，所述Cu与Y的质量比为1：0.5～1.0。能够使铝合金的金属固溶体的膨胀系数进一步的降低，从而使整体的铝合金的膨胀系数达到较好的效果。
在上述的真空泵转子用含Y铝合金中，作为优选，所述Bi与Ag的质量比为1：2.6～2.8。通过调整Ag元素和Bi元素，更有利于提高初晶硅的异质形核，从而实现降低膨胀系数和提高抗拉强度的性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本真空泵转子用含Y铝合金，通过加入Ag元素和Y元素并结合Cu元素，使Ag、Al、Y三种元素之间能够形成金属间化合物强化相Ag0.66Al2.34Y的效果；且能够使固溶有过渡组元素Ag、Y和Cu的α(Al)固溶体热膨胀系数明显降低，从而实现兼具高抗拉强度和低膨胀系数的作用效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：23wt％；Cu：2.5wt％；Mn：0.3wt％；Ag：2.0wt％；Y：1.0wt％；Ni：0.8wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法如下：
按照以下各原料的质量配比选取材料，将纯铝、纯Si、纯铜、纯银、纯Ni，Al-Y中间合金、Al-Mn中间合金进行预热，预热温度为130℃～150℃，经过预热处理后，将纯硅打碎成10mm左右的小块，然后用铝箔包起来在200℃左右预热；
然后，将经过预热后的纯铝锭放入熔炼炉中，再继续进行升温，待炉温达到750℃时，进行保温至金属呈熔融态；然后，将预热后的纯Si、纯Ni再加入到熔体中，再充分搅拌至其熔化完全，再升温到950℃,并保温20-25min左右，然后，降温至850℃,再将预热后的纯铜和Al-Mn中间合金加入到熔体中，充分搅拌至其熔化完全，并保温5min左右；待合金熔体温度降到740℃时，使用0.5％-0.8％六氯乙烷(C2Cl6)进行精炼，去除表面浮渣，保温10min左右后，扒渣；然后，重新加热到830℃，加入Al-P中间合金，P元素加入量为合金总重的0.1％左右，搅拌,保温15-20min，使Al-P中间合金充分熔化完全；接着加入Al-Y中间合金，搅拌10-15min，使Al-Y中间合金充分熔化完全，使充分均匀分散在熔体中，将预热后的纯银加入到熔体中，搅拌，保温5min；然后，将熔体由830℃升温至1050℃，保温5分钟，然后冷却至830℃；反复三次，进行熔体过热处理，通过进行过热处理目的是为了调整合金熔体组织结构，最后保温在830℃，进行扒渣，大约保温5分钟左右浇铸，金属型模具浇注前需预热到150℃-220℃，得到相应的铸态铝合金；
再将得到的铸态铝合金在495℃～565℃的温度条件下，保温8小时进行固溶化处理，而后放入50℃～80℃水中冷却；再放入温度为180℃-200℃的温度条件下进行时效处理保温10小时。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为296MPa；300℃抗拉强度(σb)为201MPa；20℃～300℃的热膨胀系数为16.2×10-6K-1。
实施例2
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：28wt％；Cu：0.5wt％；Mn：0.7wt％；Ag：3.5wt％；Y：1.6wt％；Ni：1.5wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为304MPa；300℃高抗拉强度(σb)为196MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为16.4×10-6K-1。
实施例3
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：25wt％；Cu：2.0wt％；Mn：0.5wt％；Ag：2.5wt％；Y：1.5wt％；Ni：1.0wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为310MPa；300℃高抗拉强度(σb)为195MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.8×10-6K-1。
实施例4
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：26wt％；Cu：1.5wt％；Mn：0.4wt％；Ag：3.0％；Y：1.2wt％；Ni：1.0wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为298MPa；300℃高抗拉强度(σb)为197MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为16.1×10-6K-1。
实施例5
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：24wt％；Cu：1.0wt％；Mn：0.6wt％；Ag：2.0wt％；Y：1.4wt％；Ni：1.2wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为307MPa；300℃高抗拉强度(σb)为194MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.8×10-6K-1。
实施例6
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：24wt％；Cu：1.0wt％；Mn：0.6wt％；Ag：2.2wt％；Y：1.2wt％；Ni：1.2wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为310MPa；300℃高抗拉强度(σb)为188MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.4×10-6K-1。
实施例7
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：24wt％；Cu：1.0wt％；Mn：0.6wt％；Ag：2.5wt％；Y：1.4wt％；Ni：1.2wt％；Bi：0.5wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为324MPa；300℃高抗拉强度(σb)为209MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.8×10-6K-1。
实施例8
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：28wt％；Cu：0.5wt％；Mn：0.7wt％；Ag：2.0wt％；Y：1.4wt％；Ni：1.2wt％；Bi：1.0wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为321MPa；300℃高抗拉强度(σb)为207MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.5×10-6K-1。
实施例9
本实施例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：23wt％；Cu：0.5wt％；Mn：0.7wt％；Ag：2.4wt％；Y：1.6wt％；Ni：1.1wt％；Bi：0.8wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为318MPa；300℃高抗拉强度(σb)为205MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为15.7×10-6K-1。
比较例1
为了说明本发明的铝合金中加入的Ag和Y之间能够起到很好的协同作用，通过不添加入Ag元素进行具体的比较实施例予以说明。
本比较例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：24wt％；Cu：1.0wt％；Mn：0.6wt％；Y：1.2wt％；Ni：1.2wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为280MPa；300℃高抗拉强度(σb)为172MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为19.2×10-6K-1。
比较例2
为了说明本发明的铝合金中加入的Ag和Y之间能够起到很好的协同作用，通过不添加入Y元素进行具体的比较实施例予以说明。
本比较例的真空泵转子用含Y铝合金包括以下成分的质量百分数：
Si：24wt％；Cu：1.0wt％；Mn：0.6wt％；Ag：2.0wt％；Ni：1.2wt％；为余量Al。
以上真空泵转子用含Y铝合金的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。
将得到的铝合金进行性能测试，即分别测试室温T6状态的过共晶铝硅合金试棒的拉伸强度和20℃-300℃的热膨胀系数，分别得到室温抗拉强度(σb)为259MPa；300℃高抗拉强度(σb)为160MPa；20℃-300℃的热膨胀系数为19.5×10-6K-1。
从上述实施例和比较例中可以明显看出本发明加入的Ag和Y之间确实能够起到很好的协同作用，从而使铝合金能够同时达到高抗拉强度和低膨胀系数的效果，而Bi的加入能够很好的提高本发明的铝合金的抗拉强度性能。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (7)

1.一种真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，该铝合金包括以下成分的质量百分数：
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％；为余量Al。
2.根据权利要求1所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，所述Y的质量百分数为1.2wt％～1.4wt％。
3.根据权利要求1所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，所述Ag的质量百分数为2.5wt％～3.0wt％。
4.根据权利要求1或2或3所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，还含有质量百分数为0.5wt％～1.0wt％的Bi元素。
5.根据权利要求1或2或3所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，所述Y与Ag的质量比为1：1.4～1.8。
6.根据权利要求1或2所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，所述Cu与Y的质量比为1：0.5～1.0。
7.根据权利要求4所述真空泵转子用含Y铝合金，其特征在于，所述Bi与Ag的质量比为1：2.0～5.0。
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