CN102888534A - 一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法。该方法是先将ZZnAl4Y锌合金在500℃-520℃进行熔炼，加入占合金重量0.3~3wt.%的纯铝粉并进行均匀搅拌，待熔体温度降到410℃-430℃时浇铸。本发明的用途是采用铝粉和ZZnAl4Y锌合金液进行固液混合铸造，得到α-铝异相强化的高性能锌合金。加入的纯铝粉在ZZnAl4Y锌合金熔体中大部分或全部熔化，随着纯铝粉加入量的不同，凝固过程中形成的η-Zn相、α-铝相和共晶组织的体积百分数得到改变。部分没有熔化的小颗粒纯铝粉均匀分布在锌合金基体中，起到异相增强作用。

Description

一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，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

锌是重要的有色金属原材料，目前，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝。金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制成物理与化学性能更加优良的合金。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。

国内对压铸锌合金性能的研究取得了一定的成果，如湘潭大学的王先德等研究了元素Mn对ZZnAl4Y锌合金显微组织和力学性能的影响，指出Mn加入量在某个范围内时，可明显提高锌合金的综合力学性能；沈阳航空工业学院的李秀华等人在压铸锌合金中加入适量的富Ce稀土，能优化压铸件的微观组织、细化晶粒和清除晶粒边界杂质，使压铸锌合金的伸长率提高4.8%以上；申请人在ZZnAl4Y锌合金中加入0.05wt.%镧元素，使锌铝合金具有较好的综合力学性能。

但是国内生产的压铸锌合金的质量与欧洲国家相比仍存在着很大的差距，比如锌合金中的杂质含量过高，而且成分和品质很不稳定，尤其是合金的抗拉强度明显低于国外同类产品。目前我国需求的高质量锌合金还需大量进口，因此有必要开发提高压铸锌合金力学性能的生产技术，以便在国内能生产处高质量的锌合金产品，以便减少优质锌合金的进口。

发明内容

本发明的目的是，提出了一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金及其制备方法，将它用于ZZnAl4Y压铸锌合金铸造过程中，能显著改善其力学性能。该方法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，一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法：

（1）预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至500℃-520℃熔化ZZnAl4Y锌合金；

（2）往熔体中加入ZZnAl4Y锌合金总重量0.3wt.%-3wt.% 的铝粉，然后进行搅拌；

（3）待温度降至410℃-430℃时，静置1-3分钟后浇铸。

本发明还公开了由上述方法制得的异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金。

本发明的原理是在ZZnAl4Y锌合金熔体中加入纯铝粉，其中铝粉部分熔化，随着铝粉加入量的不同，使锌合金凝固组织中的η-Zn相、α-铝相和共晶组织的数量发生改变；部分没有熔化的小颗粒铝粉均匀分布在锌合金基体中，对锌合金起到异相增强的作用。

纯铝粉的加入量控制在锌合金总重量的0.3wt.%-3wt.%，压铸锌合金的硬度随着铝粉加入量的增加而增加；当铝粉加入量超过1wt.%时，压铸锌合金的硬度增加缓慢。

本发明的优点是：采用固液混合铸造方法制备的ZZnAl4Y压铸锌合金力学性能显著提高，如表1所示，锌合金的抗拉强度、硬度和延伸率可分别最高提高19.9%、32.4%和10%。

该发明能生产出力学性能较高的压铸锌合金产品，满足用户的需求。

附图说明

图1是采用不同数量的纯铝粉与ZZnAl4Y压铸锌合金液进行固液混合铸造后的试样显微组织。(a) 0 wt.%; (b) 0.3 wt.%; (c) 0.6 wt.%; (d) 1.0 wt.%; (e) 2.0 wt.%; (f) 3.0 wt.% ；(g) 1.0 wt.%。当铝粉加入量在0.3wt%-1wt%范围时，随着铝粉加入量的增加，ZZnAl4Y锌合金中初生η-Zn相呈逐渐减少的趋势。从图1（a）可以看出，原始组织由灰白色的初生树枝晶η-Zn和共晶组织组成；当加入量为0.3%时，合金组织中的η-Zn相数量减少、共晶组织得到数量增加，如图1（b）所示；当铝粉加入量为0.6%时，η-Zn相数量进1步减少，如图1（c）所示；当铝粉加入量达到1%时，η-Zn相零星分布在共晶组织中，同时出现极少量的灰黑色的铝相，如图1（d）所示；当铝粉加入量达到2%时，合金组织中出现较多的树枝晶η-Zn相，初晶η-Zn相消失，如图1（e）所示；当铝粉加入量为3%时，锌合金组织中出现大量的粗大颗粒状铝相，如图1（f）所示。图1（g）是520℃熔化ZZnAl4Y锌合金，铝粉加入量为1%时，最终温度降至410℃时静置1min后浇铸的锌合金显微组织图，对比同样铝粉加入量的图1（c），其中的η-Zn相数量增多，而出现的灰黑色的铝相也稍多。

图2是采用不同数量的铝粉与ZZnAl4Y锌合金液进行固液混合铸造后合金试样的拉伸断口形貌，(a) 0 wt.%; (b) 0.3 wt.%; (c) 0.6 wt.%; (d) 1.0 wt.%; (e) 2.0 wt.%; (f) 3.0 wt.%。从图2（a）中可以看出，未加铝粉和铝粉加入量较少的ZZnAl4Y锌合金的拉伸断口中存在粗大的解理面，这些粗大的解理面是由粗大的初生η-Zn相断裂形成的。当铝粉加入量达到1.0~2.0wt.%时，断口上出现的解理面尺寸明显减小，大量的小韧窝及撕裂脊出现在断口上，如图2（d）、（e）所示，证明此时初生η-Zn相或α-铝数量较少且比较细小，共晶组织的数量较多；当铝粉加入量达到3wt.%时，断口上又出现一些尺寸较大的解理面，如图2（f）所示，这与图1（f）中出现大量的粗大颗粒状铝相相对应。

表1是不同数量铝粉与ZZnAl4Y压铸锌合金进行固液混合铸造后合金的力学性能，从表中可知，经过固液混合铸造后的锌合金与1号锌合金相比，合金力学性能有显著的提高。当铝粉加入量达到2wt.%时，ZZnAl4Y压铸锌合金具有最佳的综合机械性能。

具体实施方案

实施例1：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的0.3%在500℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430℃静置1分钟后浇注试棒。经过处理后的合金组织如图1（b）所示，经过处理后的机械性能见表1中的2号合金，抗拉强度提高8.6%，硬度提高7%，，延伸率提高4.7%。拉伸试棒断口扫描电镜照片如图2（b）所示。

实施例2：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的0.6%在500℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430℃静置1分钟后浇注试棒。经过处理后的机械性能见表1中的3号合金，抗拉强度提高11.6%，硬度提高19.7%，延伸率提高10.0%。拉伸试棒断口扫描电镜照片如图2（c）所示。

实施例3：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的1%在500℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430℃静置1分钟后浇注试棒。经过处理后的合金组织如图1（d）所示，经过处理后的机械性能见表1中的4号合金，抗拉强度提高16.3%，硬度提高26.8%，延伸率提高3.5%。拉伸试棒断口扫描电镜照片如图2（d）所示。

实施例4：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的2%在500℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430℃静置1分钟后浇注试棒和铸件。经过处理后的合金组织如图1（e）所示，经过处理后的机械性能见表1中的5号合金，抗拉强度提高19.9%，硬度提高29.6%，延伸率提高1.8%。拉伸试棒断口扫描电镜照片如图2（e）所示。

实施例5：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的3%在500℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430℃静置1分钟后浇注试棒和铸件。经过处理后的合金组织如图1（f）所示，经过处理后的机械性能见表1中的6号合金，抗拉强度提高6.6%，硬度提高32.4%，延伸率提高5.9%。拉伸试棒断口扫描电镜照片如图2（f）所示。

实施例6：将铝粉按ZZnAl4Y锌合金总重量的1%在520℃加入到完全熔化的ZZnAl4Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在410℃静置1分钟后浇注试棒。经过处理后的合金组织如图1（g）所示，经过处理后的机械性能见表1中的7号合金，抗拉强度提高13.3%，硬度提高22.5%，延伸率提高1.1%。

Claims (3)

1. 一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征包括以下步骤具体如下：

（1）预热石墨坩埚至暗红色，然后加入金属铝、锌和镁，在500℃-520℃熔化ZZnAl4Y压铸锌合金；

（2）往熔体中加入占合金重量0.3~3wt.%的纯铝粉，并进行搅拌；

（3）待温度降至410℃-430℃时，静置1-3分钟后浇铸，得到异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金。

2.根据权利要求1所述的异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金的制备方法，其特征在于步骤（2）中纯铝粉的加入量为合金重量的0.3~1wt.%。

3.一种异相增强ZZnAl4Y压铸锌合金，其特征在于通过以下方法制得：（1）预热石墨坩埚至暗红色，然后加入金属铝、锌和镁，在500℃-520℃熔化ZZnAl4Y压铸锌合金；

（2）往熔体中加入占合金重量0.3~3wt.%的纯铝粉，并进行搅拌；

（3）待温度降至410℃-430℃时，静置1-3分钟后浇铸，得产品。

Images