本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。
背景技术：
随着铜应用的普及，从二十世纪三十年代以来，就开始出现世界范围内铜资源紧张，致使现在铜原料价格越来越昂贵。中国铜资源先天不足，目前约50%的铜依靠进口。针对我国的铜资源缺乏和当今铜价格的爆涨，中国材料工作者很早就致力于加速开发铜及铜合金的新型代替材料，以满足现代工业发展的需求。在中国，锌是非铁金属工业中重点发展的主要金属之一。我国的锌资源储量十分丰富，约占世界总储量的46%，在满足国内需求的同时还可大量出口，且用锌合金取代铜合金和铝合金，在节约能源、降低材料成本和合理配置本国资源等方面皆有重要意义。
锌合金的优点很多，首先，熔点低，熔炼时不易氧化，保温较方便，压室和压铸模壁受热少，延长了铸型的使用寿命;其次，铸造性能好，熔融状态下流动性好，不吸铁，不易粘模击塑性变形能;另外，在机械性能方面，锌合金具有较高的强度和耐磨损能力，以及抗冲力和易加工的性质，都是其它材料无法替代的，品以及对表面光洁度要求高、需电镀的压铸产品。锌基合金材料广泛应用于电梯曳引机、锻压设备、纺织机械、机床制造、建材机械、冶金矿山机械、食品机械、印刷机械、工程机械等行业，且特别适用于中低速的涡轮、轴套、轴承、滑块、螺母等零件。随着我国经济的飞速发展，能源，交通，电力等行业对锌基合金材料的要求越来越高。
人们不断追求合金成本，材料性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对锌合金材料进行了多方位的创新。我国所需要的高端锌合金也多从德国，瑞典等发达国家进口。国外己经开发的新型锌合金材料的力学性能和阻尼性能还不能令人满意，不能完全满足现代工业的要求。开发具备特殊性能锌合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成锌基复合材料。钾和铼作为合金化元素加入锌合金中可以大大提高锌合金的耐磨性能和阻尼性能。随着我国工业的快速发展，开发新型高阻尼和高耐磨的锌合金已成为必然。
锌钾合金最大的特点是在冶炼过程中熔体容易氧化烧，生成疏松的氧化膜和氮化膜。这种不致密的熔体表面化合物膜不能阻止氧气和氮气向熔体表面的扩散，导致了钾在合金熔体在熔炼过程中的不断氧化和消耗。因此，锌钾合金的冶炼中一般采用氩气保护的方法来进行合金制备。该方法不同程度地存在着成本偏高，铸件易产生熔剂夹杂、设备复杂等缺点。因此使锌钾合金的研制、开发与应用受到了限制。因而在急需大规模使用锌钾合金的工业和国防领域，一直存在着现有产量少，工艺繁琐，成本高等急需克服的现状。
通过合金化的方法达到防止在冶炼过程中锌钾合金熔体的氧化，是解决该合金冶炼问题的发展方向之一。合金化阻燃和防止钾在熔炼过程中挥发的机理是在合金中添加合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程，在合金表面形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化的目的。与氩气保护相比，合金化阻燃可以消除熔剂夹杂，提高合金的力学性能。此外，在锌钾合金中平衡各种合金元素的含量还可以使得最终锌合金产品还要同时拥有令人满意的阻尼性能和耐磨性能。冶炼加工方法简单，生产成本比较低，降低了对设备要求。使得合金使用寿命有了进一步提高，便于工业化大规模应用。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在450-500度大气条件下进行熔炼的具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有锌基合金材料所需要具备的高阻尼和优异的耐磨性能。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：k:0.8-1.5wt.%,re:0.5-0.9wt.%,al:8.5-12.6wt.%,ge:1.2-1.5wt.%,mg:1.2-2.8wt.%,in:0.3-0.5wt.%,s:0.1-0.3wt.%,th:0.1-0.2wt.%,er:0.2-0.3wt.%，余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。
上述锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护下的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到450-500度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在450-500度保温10分钟浇到热顶同水平设备内进行半连续铸造，铸锭下移速度为10-12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为8-10%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：160度，2.4个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理260度，3.1小时；真空时效处理150度，2.8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利针对目前锌合金的阻尼性能和耐磨性能还不能完全满足现有需求的现状提供了一种新颖的材料学解决方案。通过新颖的材料学方法来优选合金中的元素种类和含量，所得产品不仅可以大大降低合金元素使用量的缺点，还可以获得非常好的阻尼性能和耐磨性能，并能获得优异的合金收得率。
（2）合金熔炼时，熔体具有静态(熔体的保温和静置)和动态（熔体的搅拌）两种形式。本专利提出的具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金在静态下具有极其优异的阻燃性能，可以达到在450-500温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在动态过程中，例如对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，仍能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。所得合金表面氧化膜和氮化膜都有非常好的塑性和粘度，能够完整地铺展和覆盖住合金表面，有效阻挡大气侵入合金液内。且该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。
（3）该锌合金在加入钾后，使晶粒得到细化。此外，该合金具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低，降低了对设备要求。使得合金使用寿命有了进一步提高，便于工业化大规模应用。
（4）该材料具有高于传统锌基合金的室温力学性能：抗拉强度为600-720mpa；传统材料抗拉强度为400-420mpa。具有优异的阻尼性能，阻尼系数sdc维持在34-42%，传统锌合金sdc小于25%。可以在较大的振幅和频率范围内实现减振降噪的效果。具备优异的耐摩擦性能。在充分润滑条件下，摩擦系数为0.024-0.035，不润滑条件下为0.054-0.062。耐磨性大幅度提高，比普通锌合金增加60-70%。具有更高的抗咬合能力，可承受更高的载荷。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。
具体实施方式
实施例1
一种450度熔炼具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：k:1.2wt.%,re:0.6wt.%,al:10.5wt.%,ge:1.3wt.%,mg:1.8wt.%,in:0.4wt.%,s:0.2wt.%,th:0.1wt.%,er:0.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气环境下的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到450度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在450度保温10分钟浇到热顶同水平设备内进行半连续铸造，铸锭下移速度为10m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为9%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：160度，2.4个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理260度，3.1小时；真空时效处理150度，2.8小时。该合金可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低。该材料具有高于传统锌基合金的室温力学性能：抗拉强度为642mpa；传统材料抗拉强度为400-420mpa。具有优异的阻尼性能，阻尼系数sdc维持在38%，传统锌合金sdc小于25%。可以在较大的振幅和频率范围内实现减振降噪的效果。具备优异的耐摩擦性能。在充分润滑条件下，摩擦系数为0.026，不润滑条件下为0.058。耐磨性大幅度提高，比普通锌合金增加64%。具有更高的抗咬合能力，可承受更高的载荷。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.3%左右。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.6wt.%左右。
实施例2
一种480度熔炼具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：k:1.3wt.%,re:0.6wt.%,al:11.5wt.%,ge:1.3wt.%,mg:1.8wt.%,in:0.4wt.%,s:0.2wt.%,th:0.1wt.%,er:0.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气环境下的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到480度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在480度保温10分钟浇到热顶同水平设备内进行半连续铸造，铸锭下移速度为12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为9%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：160度，2.4个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理260度，3.1小时；真空时效处理150度，2.8小时。该合金可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低。该材料具有高于传统锌基合金的室温力学性能：抗拉强度为658mpa；传统材料抗拉强度为400-420mpa。具有优异的阻尼性能，阻尼系数sdc维持在36%，传统锌合金sdc小于25%。可以在较大的振幅和频率范围内实现减振降噪的效果。具备优异的耐摩擦性能。在充分润滑条件下，摩擦系数为0.029，不润滑条件下为0.058。耐磨性大幅度提高，比普通锌合金增加61%。具有更高的抗咬合能力，可承受更高的载荷。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.6%左右。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在2.7wt.%左右。
实施例3
一种490度熔炼具有高阻尼高耐磨性能的zn-k-re锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：k:0.9wt.%,re:0.8wt.%,al:9.6wt.%,ge:1.4wt.%,mg:1.9wt.%,in:0.4wt.%,s:0.1wt.%,th:0.1wt.%,er:0.2wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气环境下的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到490度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在490度保温10分钟浇到热顶同水平设备内进行半连续铸造，铸锭下移速度为12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为9%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：160度，2.4个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理260度，3.1小时；真空时效处理150度，2.8小时。该合金可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低。该材料具有高于传统锌基合金的室温力学性能：抗拉强度为703mpa；传统材料抗拉强度为400-420mpa。具有优异的阻尼性能，阻尼系数sdc维持在36%，传统锌合金sdc小于25%。可以在较大的振幅和频率范围内实现减振降噪的效果。具备优异的耐摩擦性能。在充分润滑条件下，摩擦系数为0.031，不润滑条件下为0.055。耐磨性大幅度提高，比普通锌合金增加62%。具有更高的抗咬合能力，可承受更高的载荷。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.6%左右。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.8wt.%左右。