CN110747375B - 一种锌合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌合金及其制造方法，该锌合金各元素含量为：Al4%‑7%，Cu0.5%‑1.5%，Ti0.4%‑0.7%，B0.07%‑0.1%，Mg0.02%‑0.025%、其它0.1%‑1%、Zn余量；该方法包括：①将纯铝加热至熔融状态后喷涂在坩埚内表面，将过滤结构固定在内表面侧面；②将锌合金原材料放入坩埚中，抽真空然后升温至原材料完全熔化，获得熔池；③开启石墨搅拌装置，持续加入精炼剂，获得纯化熔池；④将纯化熔池变质后采用降温挤压工艺浇铸成型，获得待处理锌合金锭；⑤将待处理锌合金锭球化退火处理，即获得所需锌合金。本发明纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶。

Description

一种锌合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及锌合金冶炼技术领域，尤其涉及一种锌合金及其制造方法。
背景技术
锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。
除了上述本质性能缺陷外，现有技术中的锌合金还有以下技术问题：1、由于大多锌合金都是由于熔炼成本较低(主要是熔炼温度低耗能低和原料成本低)开始制造，因此杂质较多，只能用作装饰性应用，而不能作为结构性和功能性的应用；2、现有技术中，哪怕是高端功能性锌合金，其铸造组织枝晶一般尺寸大且偏析明显；3、锌合金熔点低，现有技术一般采用60℃-80℃过热度熔化，虽然降低了熔炼成本、提升了熔炼效率，但也导致原始铸锭晶粒度过粗且晶粒尺寸不均匀，限制了锌合金的精密加工、热处理及最终应用；4、现有技术中的锌合金母锭，均为多根枝晶(柱状单晶)交错互嵌，晶间掺有少量共晶的组织结构，而根据现有技术可知，共晶组织比例越大，获得的流动性越高、铸造充型性能越好。
因此，市面上急需一种纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶的锌合金及其制造方法。
发明内容
本发明旨在提供一种纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶的锌合金及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锌合金，该锌合金各元素含量为：Al4％-7％，Cu0.5％-1.5％，Ti0.4％-0.7％，B0.07％-0.1％，Mg0.02％-0.025％、其它0.1％-1％、Zn余量；
该锌合金的制造方法，包括以下阶段；
1)生产前准备
①原料准备：按重量份准备Zn-Al4合金99份-99.35份，AlTi5B中间合金0.55份-0.9份，ZnCl2精炼剂0.05份-0.15份，足量纯铝，变质剂0.7份-0.8份；
②设备及工装准备：准备设置有石墨材质机械搅拌装置的石墨坩埚，内置有气道和石墨坩埚的真空熔炼设备，保护气氛炉，由氧化铝陶瓷结构件、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网、后衬在一次粗筛网外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网组成的过滤结构；
2)原材料冶炼
①将纯铝加热至熔融状态后，将熔融液喷涂在真空熔炼设备内坩埚的内表面至厚度1.5mm-2mm，将过滤结构固定在石墨坩埚的内表面侧面，获得待用坩埚；
②将准备的Zn-Al4合金放入步骤①准备的待用坩埚中，抽真空至真空度1×10- 3Pa-1×10-4Pa，然后升温至550℃-560℃，保持至原材料完全熔化，依次加入准备的AlTi5B中间合金和ZnCl2，待全部添加物熔化后，搅拌至混合均匀，保温静置10min-20min，获得熔池；
③开启石墨搅拌装置，以50rpm-60rpm的速率对步骤②获得的熔池进行搅拌，然后在熔池中加入准备的变质剂，再持续搅拌15min-20min，获得纯化熔池；
④将步骤③获得的纯化熔池采用降温挤压工艺浇铸成型，获得待处理锌合金锭；
⑤采用保护气氛炉加热步骤④获得的待处理锌合金锭至305℃-310℃，保温时间2h-2.5h,保温结束后随炉冷却至120℃然后出炉空冷，即获得所需低偏析高充型性能锌基合金母锭。
上述的一种锌合金的制造方法中，所述变质剂具体为质量比为4∶1的K2TiF6和KBF4组成的复合盐类变质剂。
上述的一种锌合金的制造方法中，所述过滤结构具体有两个，对称固定在石墨坩埚的内表面侧面，两个过滤结构上集成的在线过滤筛网开口端面法线朝向同一方向且两法线平行。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明的中间合金、精炼剂及变质剂的添加，辅以本发明特制的在线过滤结构，使本发明最终获得了晶粒4-5级，枝晶减少，枝晶网胞层片间距减小，层片组织厚度减小，非均质晶核增多，η-Zn相细化的铸造用高纯净高流动性锌合金。(2)本发明改进了结晶器结构，增加了在线过滤结构，因此本发明无需人工打渣及添加除渣剂，且除渣效率、除气效率及清理程度均高于现有技术，因此本发明的纯净度高于现有技术。(3)通过低炼复合较高速搅拌、优质的复合有变质功能的精炼剂及较短熔炼时间，保证本发明原始铸锭的晶粒度不粗于4级，为所续应用打好了基础。(4)通过完全不同于现有技术的冶炼工艺参数、设备、除气工艺、冷却方式及后续热处理，使本发明获得了不同于现有技术的原始晶相组织，即以共晶组织为主要表现的组织结构。(5)浇铸为锭时采用降温挤压成型人工施入二次应力，再采用配合高铝锌基合金的球化退火工艺使析出相球化(在应力刺激下形核容易，强化相析出多而弥散且细小)并进一步消除本就因速冷不严重的偏析。(6)优选的设置两个对称固定在石墨坩埚的内表面侧面的过滤装置，可以适应现有技术中常用用双向循环搅拌机制，进一步加快搅拌、均匀、除气、滤渣的效率。因而本发明具有纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶的特性。
附图说明
图1为本发明最终金相组织状态；
图2为本发明铸态组织图；
图3为原Zn-Al4铸态组织图；
图4为本发明变质后组织图；
图5为原Zn-Al4变质后组织图
图6为本发明AlTi-5B中间合金添加下限0.55％时变质后组织图；
图7为本发明AlTi-5B中间合金添加上限0.9％时变质后组织图；
图8为不添加AlTi-5B中间合金变质后组织图；
图9为固定有过滤结构的石墨坩埚结构示意图；
图10为固定两个过滤结构的双向搅拌石墨坩埚结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种锌合金，该锌合金各元素含量为：Al4％-7％，Cu0.5％-1.5％，Ti0.4％-0.7％，B0.07％-0.1％，Mg0.02％-0.025％、其它0.1％-1％、Zn余量；
该锌合金的制造方法，包括以下阶段；
1)生产前准备
①原料准备：按重量份准备Zn-Al4合金99kg-99.35kg，AlTi5B中间合金0.55kg-0.9kg，ZnCl2精炼剂0.05kg-0.15kg，足量纯铝，质量比为4∶1的K2TiF6和KBF4组成的复合盐类变质剂0.7kg-0.8kg；
②设备及工装准备：准备设置有石墨材质机械搅拌装置的石墨坩埚，内置有气道和石墨坩埚的真空熔炼设备，保护气氛炉，由氧化铝陶瓷结构件、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网、后衬在一次粗筛网外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网组成的过滤结构；
2)原材料冶炼
①将纯铝加热至熔融状态后，将熔融液喷涂在真空熔炼设备内坩埚的内表面至厚度1.5mm-2mm，按波轮洗衣机设置滤污网的结构将在线过滤筛网固定在坩埚的内表面侧面中部至顶部的区域，获得待用坩埚；
②将准备的Zn-Al4合金放入步骤①准备的待用坩埚中，抽真空至真空度1×10- 3Pa-1×10-4Pa，然后升温至550℃-560℃，保持至原材料完全熔化，依次加入准备的AlTi5B中间合金和ZnCl2，待全部添加物熔化后，搅拌至混合均匀，保温静置10min-20min，获得熔池；
③开启石墨搅拌装置，以50rpm-60rpm的速率对步骤②获得的熔池进行搅拌，然后在熔池中加入准备的变质剂，持续15min-20min，获得纯化熔池；
④将步骤③获得的纯化熔池采用降温挤压工艺浇铸成型，获得待处理锌合金锭；
⑤采用保护气氛炉加热步骤④获得的待处理锌合金锭至305℃-310℃，保温时间2h-2.5h,保温结束后随炉冷却至120℃然后出炉空冷，即获得所需低偏析高充型性能锌基合金母锭。
本发明的抗拉强度390MPa-400MPa，屈服强度460MPa-480MPa，延伸率6％-8％，抗压强度950MPa-1050MPa，冲击韧性20J/cm2-22J/cm2,表面硬度72HB-85HB，晶粒度4级-5级，下同。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
所述变质剂为TiCl4。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种锌合金，其特征在于：该锌合金各元素含量为：Al4％-7％，Cu0.5％-1.5％，Ti0.4％-0.7％，B0.07％-0.1％，Mg0.02％-0.025％、其它0.1％-1％、Zn余量；
该锌合金的制造方法，包括以下阶段；
1)生产前准备
①原料准备：按重量份准备Zn-Al4合金99份-99.35份，AlTi5B中间合金0.55份-0.9份，ZnCl2精炼剂0.05份-0.15份，足量纯铝，变质剂0.7份-0.8份；
②设备及工装准备：准备设置有石墨材质机械搅拌装置的石墨坩埚，内置有气道和石墨坩埚的真空熔炼设备，保护气氛炉，由氧化铝陶瓷结构件、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网、后衬在一次粗筛网外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网组成的过滤结构；
2)原材料冶炼
①将纯铝加热至熔融状态后，将熔融液喷涂在真空熔炼设备内坩埚的内表面至厚度1.5mm-2mm，将过滤结构固定在石墨坩埚的内表面侧面，获得待用坩埚；
②将准备的Zn-Al4合金放入步骤①准备的待用坩埚中，抽真空至真空度1×10-3Pa-1×10-4Pa，然后升温至550℃-560℃，保持至原材料完全熔化，依次加入准备的AlTi5B中间合金和ZnCl2，待全部添加物熔化后，搅拌至混合均匀，保温静置10min-20min，获得熔池；
③开启石墨搅拌装置，以50rpm-60rpm的速率对步骤②获得的熔池进行搅拌，然后在熔池中加入准备的变质剂，再持续搅拌15min-20min，获得纯化熔池；
④将步骤③获得的纯化熔池采用降温挤压工艺浇铸成型，获得待处理锌合金锭；
⑤采用保护气氛炉加热步骤④获得的待处理锌合金锭至305℃-310℃，保温时间2h-2.5h,保温结束后随炉冷却至120℃然后出炉空冷，即获得所需低偏析高充型性能锌基合金母锭。
2.根据权利要求1所述的一种锌合金，其特征在于：所述变质剂具体为质量比为4∶1的K2TiF6和KBF4组成的复合盐类变质剂。
3.根据权利要求1所述的一种锌合金，其特征在于：所述过滤结构具体有两个，对称固定在石墨坩埚的内表面侧面，两个过滤结构上集成的在线过滤筛网开口端面法线朝向同一方向且两法线平行。
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