CN101591737B

CN101591737B - 一种锌-铝-钛-碳中间合金细化剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN101591737B
Application number: CN2009100165677A
Authority: CN
Inventors: 王振卿; 韩昌旭; 陈亚明; 杨中喜; 耿浩然
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: CN101591737A

Abstract

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化锌铝合金晶粒组织的锌-铝-钛-碳中间合金细化剂及其制备方法。本发明的技术方案为：一种锌-铝-钛-碳中间合金细化剂，该中间合金细化剂包含锌、铝、钛、碳四种组份，质量百分含量分别为：锌35-73％；铝20-53％；钛1-16％；碳0.1-3％。本发明还提供了锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的制备方法及用途，有益效果：由于该中间合金细化剂与待细化的锌铝合金基体相同，不会改变待细化锌铝合金的基体成分，且可在待细化锌铝合金的正常熔炼温度加入并在短时间内熔化，以低的加入量起到高效细化的目的，因而使用非常简便，将会大大降低锌铝合金的生产成本。

Description

一种锌-铝-钛-碳中间合金细化剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明属金属材料领域，特别涉及一种用于细化锌铝合金晶粒组织的锌-铝-钛-碳中间合金细化剂及其制备方法。

背景技术

锌铝合金具有优良的铸造性能、力学性能及加工性能，存在广阔的市场应用前景。但是，由于锌铝合金有较宽的结晶温度范围，容易生成粗大的初生α-Al树枝晶，导致缩孔、缩松及晶内成分偏析缺陷，带来力学性能的下降和产品潜在的老化危险。为了克服以上问题，实际生产中需要向锌铝合金中添加晶粒细化剂以细化晶粒。

目前，锌铝合金所用晶粒细化剂含有锑、硼、钛、锆、锰、硅或稀土等元素。这些细化剂大多以盐类、稀土及铝基中间合金的方式加入到待细化的锌铝熔体中，如：将氟盐K₂TiF₆或K₂ZrF₆加入到锌铝合金液中，氟盐会分解释放出钛或锆元素，起到晶粒细化的作用(见文献“热加工工艺，2001(4)：6-8”)。用盐类、稀土或铝基中间合金细化剂的方式进行细化存在如下诸多问题：盐类在锌铝熔体中分解带来其它元素污染或夹杂物(如KF)，恶化合金的力学性能；盐类在熔炼过程中会腐蚀设奋，释放出有毒气体和烟雾，带来工作条件恶化和环境污染问题；受生产条件和操作过程影响，用盐类和稀土细化时，锌铝合金能够吸收的有效细化元素数量难以控制，导致细化效果的不可预期性；而铝基中间合金细化剂的熔化温度大大高于锌铝合金的熔炼温度，在细化时需要大幅度提高锌铝合金的熔炼温度或大大延长保温时间以保证细化剂熔化并充分进入锌铝液中，这会导致锌铝合金的氧化、烧损、产品夹杂、而且使生产周期增长、生产成本提高。此外，以上大多数细化剂所需要的加入量较高，如钛、锆氟盐的添加量达0.7％，有些元素(如Ce)要达到1％才能产生明显的作用(见文献“金属热处理，2007，32(9)：81-82”)。这样高的添加量不仅成本高，还会改变锌铝合金基体的化学成分，并可能在锌铝合金的凝固过程中生成不必要的异相组织，进而对力学等其它性能带来不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述细化剂的缺点和问题，提供锌-铝-钛-碳中间合金细化剂，该中间合金细化剂对锌铝合金具有较好的细化效果，同时本发明还提供了该中间合金细化剂的制备方法及用途。

这解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种锌-铝-钛-碳中间合金细化剂，该中间合金细化剂包含锌、铝、钛、碳四种组份，质量百分含量分别为：锌，35-73％；铝，20-53％；钛，1-16％；碳，0.1-3％。

本发明还提供了锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按下列质量比例称取原料：纯锌，35-73％；纯铝，20-53％；纯钛，1-16％；石墨粉，0.1-3％；

(2)将步骤(1)中的纯钛和石墨粉按质量比例混合，分成若干份，每份的总质量为0.1-2公斤，将每份用铝箔包裹成一体，备用；

(3)用中频感应电炉熔化纯铝，使其温度达到1000-1300℃，然后用钟罩将步骤(2)中的备用纯钛和石墨粉包裹体压入到铝液中，反应3-15分钟后停止加热，得到铝-钛-碳合金液，静置，使其温度降至800-950℃；

(4)将纯锌加入到步骤(3)所得的铝-钛-碳合金液中，继续加热，纯锌完全熔化后将温度控制在550-900℃之间，并搅拌5-20分钟，使合金液中各组元均匀混合，然后将合金液浇入铸模中，凝固后即得锌-铝-钛-碳中间合金细化剂。

本发明所述的纯钛为纯钛粉或海绵钛。

本发明所述的纯钛和石墨粉的质量比大于或等于4∶1。

本发明所述的锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的用途：用于锌铝合金的晶粒细化，具体细化方法为常规方法。

本发明的有益效果：通过以上制备方法所得锌-铝-钛-碳中间合金细化剂中含有直径0.1-2微米的TiC粒子，以及Al₃Ti、Al_0.66Ti_0.25Zn_0.09化合物。由于该中间合金细化剂与待细化的锌铝合金基体相同，不会改变待细化锌铝合金的基体成分，且可在待细化锌铝合金的正常熔炼温度加入并在短时间内熔化，不需要提高待细化锌铝合金的熔炼温度或延长保温时间，以低的加入量起到高效细化的目的，因而使用非常简便，将会大大降低锌铝合金的生产成本。

本发明中制备锌-铝-钛-碳中间合金细化剂所需的钛原料可以使用价格便宜的海绵钛，在普通熔炼条件下就可实现，不需要复杂的设备，操作工艺简单，生产周期短，是一种环境友好型生产方法，适合于规模化工业生产和应用。

附图说明

图1(a)为未细化Zn-50wt.％Al合金的光学显镜组织，

图1(b)为添加0.5％Zn-47.2％Al-5％Ti-0.6％C中间合金进行细化后Zn-50wt.％Al合金的光学显微镜组织，

图2(a)为未细化Zn-25wt.％Al合金的光学显镜组织，

图2(b)为添加0.6％的Zn-24％Al-4％Ti-0.4％C中间合金进行细化后Zn-25wt.％Al合金的光学显微镜组织。

图1和图2中发亮的区域为α-Al相

具体实施方式

下面给出本发明的两个最佳实施例：

实施例一

按下列质量比例配料：47.2％纯锌，47.2％纯铝，5％海绵钛，0.6％石墨粉；将海绵钛与石墨粉混合，分成若干份，每份质量为0.1-2公斤并以铝箔包裹，备用；用中频感应电炉将工业纯铝熔化至1000-1300℃之间，然后将奋用海绵钛与石墨粉混合物包裹体分批全部加入到铝液中，再反应5分钟，停止加热。上述熔体温度降到920℃左右后再将纯锌加入，然后继续加热，温度控制在750-900℃之间。加热过程中利用中频感应电炉的电磁搅拌作用使熔体中各组元混合均匀，然后将熔体浇入铸模中，即得锌-铝-钛-碳中间合金细化剂。所得细化剂的成分为：Zn，47.2％；Al，47.2％；Ti，5％；C，0.6％。

上述所得中间合金细化剂适于细化含铝50wt.％的锌铝合金，也可细化其它成分的锌铝合金。在650℃以0.5wt.％的量加入到Zn-50wt.％Al合金中保温10分钟，搅拌后浇注入铁模中冷却，可将其α-Al相由包含大量二次(甚至三次)枝晶、总长度可达600微米以上的发达树枝晶(见附图1(a))细化为大小均匀、直径60微米以下的等轴晶粒和不含二次枝晶的花瓣状晶粒(见附图1(b))。

实施例二

按下列质量比例配料：71.6％纯锌，24％纯铝，4％海绵钛，0.4％石墨粉；将海绵钛与石墨粉混合，分成若干份，每份质量为0.1-2公斤并以铝箔包裹，奋用；用中频感应电炉将纯铝熔化至1200℃，将奋用海绵钛与石墨粉混合物包裹体分批全部加入到铝液中，继续反应10分钟，停止加热。上述熔体温度降到950℃左右后再将纯锌加入，继续加热，温度控制在700-850℃之间。加热过程中利用中频感应电炉的电磁搅拌作用使熔体中各组元混合均匀，然后将熔体浇入铸模中，凝固后即得锌-铝-钛-碳中间合金细化剂，其化学成分为：Zn，71.6％；Al，24％；Ti，4％；C，0.4％。

上述所得细化剂适于细化含铝25wt.％的锌铝合金，也可细化其它成分的锌铝合金。以0.6wt.％的量加入到570℃的Zn-25wt.％Al合金中保温10分钟，然后浇注入铁模中冷却，可将Zn-25wt.％Al的α-Al相由包含大量二次(甚至三次)枝晶、总长度可达200微米以上的发达树枝晶(见图2(a))细化为尺寸均匀、直径50微米以下的等轴晶粒和不含二次枝晶的花瓣状晶粒(见图2(b))。

Claims

1.锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的制备方法，其特征是：制备方法包括以下步骤：

(1)按下列质量比例称取原料：纯锌35-73％、纯铝20-53％、纯钛1-16％、石墨粉0.1-3％；

2.根据权利要求1所述的锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的制备方法，其特征是：所述的纯钛为纯钛粉或海绵钛。

3.根据权利要求1所述的锌-铝-钛-碳中间合金细化剂的制备方法，其特征是：所述的纯钛和石墨粉的质量比大于或等于4∶1。