[发明专利]一种真空泵转子用含Y铝合金

说明书

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Ag_0.66Al_2.34Y，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。