一種真空泵轉子用含Y鋁合金的制作方法

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本發明涉及一種真空泵轉子用含Y鋁合金，屬于合金材料技術領域。

背景技術：

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、醫藥工業中的真空蒸餾、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。更大更先進的真空泵的研制代表著該行業的一個重要發展方向。但是，現在的真空泵轉子多采用鑄鐵材料，密度太大(鑄鐵密度為7.86g/cm³)，大尺寸的鑄鐵轉子將會因為重量過大嚴重阻礙真空泵的運行穩定性，同時消耗更多能源，從而嚴重阻礙了新型真空泵的開發。

另一方面，真空泵工作時，轉子零件溫度升高，從而會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有關。在20℃-300℃時，鐵的熱膨脹系數為12.2×10^-6K^-1，而鋁的熱膨脹系數為23.2×10^-6K^-1。假如真空泵轉子采用普通鋁合金材料，工作溫度升高，轉子尺寸變化太大，必將嚴重影響真空泵的結構和工作效率。所以，新型真空泵必須采用具有低膨脹系數的鋁合金材料。

而現有的過共晶鋁硅合金具有高耐磨性、輕質、高強度及低的熱膨脹性等一系列優點，是制造真空泵轉子較理想的材料。但是，由于硅含量越高，鋁硅合金的鑄造性能越差、合金抗拉強度越低。要提高過共晶鋁硅合金的強度、降低熱膨脹系數，除了適度提高硅含量；對共晶硅、初晶硅進行變質細化，還要獲得具有強化的彌散分布第二相，同時考慮對鋁基體的強度及膨脹系數進行改變，目前這方面的研究較少。

技術實現要素：

本發明針對以上現有技術中存在的缺陷，提供一種真空泵轉子用含Y鋁合金，解決的問題是如何使鋁合金兼具低膨脹系數和高抗拉強度的性能。

本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的，一種真空泵轉子用含Y鋁合金，其特征在于，該鋁合金包括以下成分的質量百分數：

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。

本發明通過加入Cu元素能夠對鋁硅合金有顯著的固溶強化作用；而通過加入Mn元素和Ni元素能夠與體系中的Fe雜質作用生成復雜相并減少β-Fe雜質相的產生。同時，加入的Al、Si、Cu、Ni等元素在合金中能夠形成化合物強化相，起到綜合強化合金的作用。在本發明的合金中，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同作用，使Ag、Al、Y三種元素之間能夠形成金屬間化合物強化相Ag_0.66Al_2.34Y，其晶格常數與Si比較相近，兩者之間具有較好的界面共格對應關系，能夠作為非均質形核質點而細化單晶硅，使有利于初晶硅的異質形核，進而達到細化初晶硅的作用，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，組成合金的溶質元素及含量對合金的熱膨脹的影響極為明顯。具體來說，溶質元素的膨脹系數低于溶劑基體時,能夠起到減小膨脹系數的作用，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的過渡族元素，則固溶體的膨脹系數可能發生顯著下降。更進一步的說，本發明加入的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℃時的線膨脹系數為18.7×10^-6K^-1，遠遠低于Al在0-100℃時的23.8×10^-6K^-1，同時，Ag還能夠起到顯著的固溶強化作用；同時，加入的Y元素的0-100℃線膨脹系數為10.6×10^-6K^-1，也遠遠低于鋁本身的膨脹系數。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明顯降低。從而使對整個合金膨脹系數大小起決定作用，達到低膨脹系數和高溫抗拉強度的效果。此外，稀土元素Y具有重熔性強、不腐蝕坩堝等優點，且稀土元素對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針孔的缺陷，也能夠使整體上提高鋁合金的抗拉強度性能。

在上述的真空泵轉子用含Y鋁合金中，作為優選，所述Y的質量百分數為1.2wt％～1.4wt％。通過調整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和高抗拉強度的性能。

在上述的真空泵轉子用含Y鋁合金中，作為優選，所述Ag的質量百分數為2.5wt％～3.0wt％。能夠起到降低膨脹系數的作用，實現具有低膨脹系數的效果；還能夠增加鋁合金的高溫穩定性，有效提高合金的高溫抗拉強度性能。

在上述的真空泵轉子用含Y鋁合金中，作為優選，還含有質量百分數為0.5wt％～1.0wt％的Bi元素。通過加入Bi元素目的是為了對共晶硅起一定的變質作用，另外它還能夠促進強化相Ag_0.66Al_2.34Y的形成，進而達到細化合金中晶粒的作用，使合金具有較好抗拉強度性能。

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

在上述的真空泵轉子用含Y鋁合金中，作為優選，所述Cu與Y的質量比為1：0.5～1.0。能夠使鋁合金的金屬固溶體的膨脹系數進一步的降低，從而使整體的鋁合金的膨脹系數達到較好的效果。

在上述的真空泵轉子用含Y鋁合金中，作為優選，所述Bi與Ag的質量比為1：2.6～2.8。通過調整Ag元素和Bi元素，更有利于提高初晶硅的異質形核，從而實現降低膨脹系數和提高抗拉強度的性能。

綜上所述，本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本真空泵轉子用含Y鋁合金，通過加入Ag元素和Y元素并結合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)固溶體熱膨脹系數明顯降低，從而實現兼具高抗拉強度和低膨脹系數的作用效果。

具體實施方式

下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明，但是本發明并不限于這些實施例。

實施例1

本實施例的真空泵轉子用含Y鋁合金包括以下成分的質量百分數：

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中間合金進行預熱，預熱溫度為130℃～150℃，經過預熱處理后，將純硅打碎成10mm左右的小塊，然后用鋁箔包起來在200℃左右預熱；

然后，將經過預熱后的純鋁錠放入熔煉爐中，再繼續進行升溫，待爐溫達到750℃時，進行保溫至金屬呈熔融態；然后，將預熱后的純Si、純Ni再加入到熔體中，再充分攪拌至其熔化完全，再升溫到950℃,并保溫20-25min左右，然后，降溫至850℃,再將預熱后的純銅和Al-Mn中間合金加入到熔體中，充分攪拌至其熔化完全，并保溫5min左右；待合金熔體溫度降到740℃時，使用0.5％-0.8％六氯乙烷(C₂Cl₆)進行精煉，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℃；反復三次，進行熔體過熱處理，通過進行過熱處理目的是為了調整合金熔體組織結構，最后保溫在830℃，進行扒渣，大約保溫5分鐘左右澆鑄，金屬型模具澆注前需預熱到150℃-220℃，得到相應的鑄態鋁合金；

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

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

實施例2

本實施例的真空泵轉子用含Y鋁合金包括以下成分的質量百分數：

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