CN102392145A

CN102392145A - 一种用于压铸锌合金的变质剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102392145A
Application number: CN2011104177685A
Authority: CN
Inventors: 苏旭平; 黄剑锋; 王建华; 吴长军; 涂浩; 刘亚
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明涉及压铸锌合金，特指一种用于压铸锌合金的变质剂。所述变质剂的组分按质量分数为：Al25-70%，Zn25-70%，Zr2-6%，B0.5-1.5%，Re0.5-1.5%。本发明的变质剂，含有能使α-Al相优先成核的高熔点质点，促使α-Al相和共晶组织快速、均匀生长，从而抑制了大块状η-Zn相的生长，其中η-Zn相是一种密排六方结构相且其塑性较差，α-Al相是一种面心立方结构相属于锌合金中的强化相且塑性较好，共晶组织和α-Al相数量的增加能显著提高锌合金的抗拉强度和韧性，从而使产品的使用性能指标得到显著提高。

Description

一种用于压铸锌合金的变质剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及压铸锌合金，特指一种用于压铸锌合金的变质剂，使压铸锌合金的力学性能得到大幅度提高，属于合金生产技术（C22C合金）。

背景技术

自二十世纪八十年代以来我国锌产量一直稳步上升，其中锌合金，尤其是热镀锌、压铸锌及电池锌的应用越来越广泛。

压铸锌合金和其他有色金属合金相比有明显的优势：材料价廉、熔点低、耗能少、流动性及成型性好、具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、减振降噪性能，具有极限抗拉强度高、承载性好和熔化与压铸时不吸铁的特点，适宜制造优质压铸产品，因此压铸锌合金正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。

国内对压铸锌合金的变质研究取得过一定的成果，如贵州科学院兴科合金研究开发中心的薛涛和古文全等人在压铸锌舍金中加入适量的稀土，能有效地阻止η-Zn相树枝状晶的长大、优化组织结构、细化晶粒和清除晶粒边界杂质，使压铸锌合金的抗拉强度和硬度提高10％以上；湘潭大学的王先德等研究了元素B对ZZnAl4Y锌合金显微组织和力学性能的影响，指出元素B可以与锌合金中的铝生成片状的AlB₂，此化合物可以作为α-Al相有效的异质核心、增加α-Al相的形核率，使初生α-Al相得到明显的细化，从而使锌合金的综合力学性能得到提高等；常州大学王建华等在ZZnAl4Y锌合金中加入稀土0.05wt%镧元素，使锌铝合金具有较好的综合力学性能。

但是国内的压铸锌合金与其他发达国家相比存在着很大的差距，比如尺寸不够稳定，各项力学性能指标不高，目前我国的优质锌合金还需大量进口，因此，很有必要开发几种适合于国产压铸锌合金的高效变质剂，以获得更好和更稳定的机械性能，以便减少优质锌合金的进口。

发明内容

本发明的目的是，提供一种生产压铸锌合金的变质剂，将它用于对锌及锌合金熔体变质处理，能显著改善其各项力学性能指标，该变质剂可普遍应用于优质锌合金的工业生产，制造出高品质的锌合金产品。

本发明的技术方案之一是，所述变质剂的原料重量百分比组成为：

Al 25-70%

Zn 25-70%

Zr 2-6%

B 0.5-1.5%

Re 0.5-1.5%

上述组份中，各组份杂质总量应控制在小于0.85%，Re由70%Ce和30%La组成。

该变质剂的制备方法如下：

A、将石墨坩埚在600℃下预热成暗红色，接着升温到850℃加入Al-10Zr (Al-10wt%Zr)和Al-8B (Al-8wt%B) 合金后表层撒上覆盖剂；

B、待合金完全熔化后扒掉表层覆盖剂，降温至720℃加入Al-20Re (Al-20wt%Re) 合金和Zn后至完全熔化；

C、合金完全熔化后搅拌、保温5-10分钟、720℃浇注即得；

D、Al-10Zr 合金、Al-8B合金和Al-20Re合金加入后仍不足量的Al应在步骤A中或步骤B中加入熔化。

所用覆盖剂为分析纯化学试剂KCl和NaCl的均匀混合物，其中KCl和NaCl的质量百分比各为50%，将KCl和NaCl分别在300℃下烘烤5小时去除结晶水，然后按质量比1:1均匀混合。

本发明的原理是变质剂中生成的微细高温相质点在锌合金熔炼温度下不熔化或不完全溶解，同时存在的几种高温相质点分别与铝和锌相具有良好的共格关系；因此，锌合金经过该变质剂变质处理后，能在锌合金中得到细小的初晶锌相，更为重要的是为锌合金中的Al相提供了许多成核基点，在抑制锌相的生长的同时，促进初生铝相的形核和生长。随着变质剂加入量的增加，锌合金中的初晶锌相减少且得到细化，初晶铝相逐渐增多，不但提高锌合金的硬度和强度，还提高合金的塑性和韧性，益于延长压铸锌合金的使用寿命。

本发明的优点是：变质后的压铸锌合金力学性能显著提高，其中抗拉强度最大可提高23%、硬度提高17.6%，同时延伸率提高78.8%。特别是经变质处理后的锌合金冲击韧性最大可以提高793%，能为用户生产出满足性能要求的高品质压铸锌合金产品。

附图说明

图1是不同变质剂量变质后的ZZnAl4Y压铸锌合金显微组织：(a) 0%; (b) 0.5

wt.%; (c) 1.0wt.%; (d) 1.3 wt.%；(d) 1.5 wt.%；从图1(a)可以明显看出原始组织由灰白色的初生树枝晶η-Zn相和共晶组织组成；加入锌合金总重量0.5%的变质剂后合金组织由枝针状的η-Zn相变成了细小的菊花状，并有明显的减少现象，如图1(b)所示；随着变质剂加入量增加到1.0%时，平衡的共晶组织数目增多，而初生η-Zn相急剧减少，并分布在共晶组织团的边界，如图1(c)所示；当变质剂的量达到1.3%的时候，有较多的黑色圆形状初生α-Al相析出且均匀分布在合金中；当变质剂继续增加时，圆形状的α-Al相变成枝针状，实验测试表明，当变质剂加入量为1.0%时，锌合金具有最好的综合力学性能；

图2是图二：不同变质剂量变质后的ZZnAl4Y压铸锌合金拉伸断面形貌：(a) 0%; (b) 0.5 wt.%; (c) 1.0wt.%; (d) 1.3 wt.%; (e) 1.5 wt.%；当加入1.0%变质剂的时候，锌合金断口拥有最多且最细小的韧窝，表明此时合金具有最佳的韧性和延伸率。

具体实施方式

实施例1：按重量百分比取原料组分：Al 60.5%、Zr 5%、B 1 %、Re 1 %、Zn32.5%，各组份杂质总量应控制在小于0.85%，Re由70%Ce和30%La组成。

变质剂的制作工艺制备方法如下：首先将石墨坩埚在600℃下预热成暗红色，接着升温到850℃加入500克Al-10Zr合金和125克Al-8B合金后表层撒上覆盖剂；待完全熔化后扒掉表层覆盖剂，降温至720℃加入50克Al-20Re合金和325克Zn后至完全熔化，搅拌并保温5-10分钟，然后在720℃浇注即得该变质剂。

实施例2：将实施例1所述的变质剂按锌合金总重量的0.5%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件。

经变质处理后的合金组织如图1（b）所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的2号合金，抗拉强度提高13.6%，延伸率提高28%，硬度有所下降，冲击韧性提高259%，试棒断口扫描电镜照片如图2（b）所示。

实施例3：将实施例1所述的变质剂按合金总重量的1.0%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件，经变质处理后的合金组织如图1（c）所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的3号合金，抗拉强度提高10.9%，延伸率提高78.8%，硬度提高8.4%，冲击韧性提高793%。试棒断口扫描电镜照片如图二（c）所示。

实施例4：将实施例1所述的变质剂按合金总重量的1.3%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图一（d）所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的4号合金，抗拉强度提高22.3%，延伸率提高31.1%，硬度提高17.6%，冲击韧性提高273%。试棒断口扫描电镜照片如图二（d）所示。

实施例5：将实施例1所述的变质剂按合金总重量的1.5%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件。经变质处理后的合金组织如图一（e）所示，经过变质处理后的机械性能见表一中的5号合金，抗拉强度提高17.3%，硬度提高4.5%，延伸率有所下降，冲击韧性提高220%。试棒断口扫描电镜照片如图二（e）所示。

实施例6：按重量百分比取原料组分：Al 65.75%、Zr 6%、B 0.5 %、Re 1.5 %、Zn26.25%，各组份杂质总量应控制在小于0.85%，Re由70%Ce和30%La组成。

变质剂的制作工艺制备方法如下：首先将石墨坩埚在600℃下预热成暗红色，接着升温到850℃加入600克Al-10Zr合金和62.5克Al-8B合金后表层撒上覆盖剂；待完全熔化后扒掉表层覆盖剂，降温至720℃加入75克Al-20Re合金和262.5克Zn后至完全熔化，搅拌并保温5-10分钟，然后在720℃浇注即得该变质剂。

实施例7：将实施例6所述的变质剂按锌合金总重量的0.2%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件。经变质处理后的机械性能见表一中的6号合金，抗拉强度提高4.5%，延伸率提高8.41%，硬度有所下降，冲击韧性提高36.1%。

实施例8：按重量百分比取原料组分：Al 50%、Zr 2%、B 1 %、Re 1 %、Zn46%，各组份杂质总量应控制在小于0.85%，Re由70%Ce和30%La组成。

变质剂的制作工艺制备方法如下：首先将石墨坩埚在600℃下预热成暗红色，接着升温到850℃熔化165克Al；随后加入200克Al-10Zr合金和125克Al-8B合金后表层撒上覆盖剂；待完全熔化后扒掉表层覆盖剂，降温至720℃加入50克Al-20Re合金和460克Zn后至完全熔化，搅拌并保温5-10分钟，然后在720℃浇注即得该变质剂。

实施例9：将实施例8所述的变质剂按锌合金总重量的0.5%在700℃-725℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌并保温5-15分钟，然后在550℃-600℃浇注试棒和铸件。经变质处理后的机械性能见表一中的7号合金，抗拉强度提高10%，延伸率提高45.2%，硬度有所下降，冲击韧性提高120%。

表一：不同变质剂量变质后的ZZnAl4Y压铸锌合金的力学性能

Claims

1.一种用于压铸锌合金的变质剂，所述变质剂的组分按质量分数为：Al 25-70%，Zn25-70%，Zr2-6%，B0.5-1.5%，Re0.5-1.5%。

2.如权利要求1所述的一种用于压铸锌合金的变质剂，Re由70wt%的Ce和30wt%的La组成。

3.如权利要求1所述的一种用于压铸锌合金的变质剂的制备方法，其特征在于：

C、合金完全熔化后搅拌、保温5-10分钟、720℃浇注即得；

4.如权利要求3所述的一种用于压铸锌合金的变质剂的制备方法，其特征在于：所用覆盖剂为分析纯化学试剂KCl和NaCl的均匀混合物，其中KCl和NaCl的质量百分比各为50%，将KCl和NaCl分别在300℃下烘烤5小时去除结晶水，然后按质量比1:1均匀混合。