CN102925752A

CN102925752A - 一种高耐蚀性喷射成形锌铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102925752A
Application number: CN2011102274820A
Authority: CN
Inventors: 王�锋; 熊柏青; 张永安; 朱宝宏; 刘红伟; 李志辉; 李锡武
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明提供了一种制备高耐蚀性喷射成形锌铝合金及其方法，适用于材料制备技术领域，涉及喷射成形锌铝合金的制备工艺。特征在于：采用喷射成形技术制备Zn-(25～35％)Al-(0.8～1.5％)Cu合金时，喷射成形技术能使Cu元素完全固溶于Al和Zn中，降低了Zn，Al两相的电位差，合金的耐蚀性能得以改善。其中，在摘要附图中，(a)为普通铸造Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线；(b)为喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线。

Description

一种高耐蚀性喷射成形锌铝合金及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种利用喷射成形技术改善锌铝合金耐蚀性的新方法，适用于材料制备技术领域。

背景技术

Zn-Al合金的力学和耐磨减摩性能良好，近几十年来广泛应用于制备轴瓦、轴套、轴承等耐磨构件，同时该合金熔点低、消耗能量少、成本低廉、成型方便适合于多种铸造方法，用其代替铜合金甚至铝合金具有明显经济性。随着工业技术的发展，对Zn-Al合金性能的要求也越来越高，然而合金的高硬度、高强度、高耐腐蚀能力以及足够的韧性之间往往相互矛盾，如何满足苛刻的使用条件，为当今Zn-Al合金材料研究提出了更大挑战。

在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法”专利申请并授予专利权(专利号为03119605.5)。在该专利中，详细记载了关于喷射成形方法和所使用的设备的问题。喷射成形方法为：(1)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以1～5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5～1.0MPa；(3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有：感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成形技术是一个很成熟的技术。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种利用喷射成形技术制备高性能锌铝合金及其制备方法，实现合金耐蚀性能的改善。

为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案。

一种高耐蚀性喷射成形锌铝合金，该锌铝合金的组成及重量百分比的含量为：Al 25～35wt％，Cu0.8～1.5wt％，余量为Zn；该锌铝合金是采用喷射成形方法制成的；其中，采用喷射成形方法制备过共晶Zn-(25～35wt％)Al-(0.8～1.5wt％)Cu合金时，使用非限制式雾化喷嘴，通过气流雾化喷嘴喷射出的雾化气体对导流管流出的合金熔体进行喷射成形，并沉积到接收装置的接收盘上，喷射成形的工艺参数为：雾化气体为氮气；雾化压力为0.6～0.8MPa，合金熔体温度为973～1073K，由导流管的出口到接收盘的沉积距离为400～500mm。

一种制备高耐蚀性喷射成形锌铝合金的方法，该方法包括下述步骤：

(1)按合金的组成及重量百分比的含量：Al 25～35wt％，Cu0.8～1.5wt％，余量为Zn，进行配料，配制预制合金锭；

(2)升温将合金预制锭熔化后，合金熔体温度为973～1073K；使用非限制式雾化喷嘴，通过气流雾化喷嘴喷射出的雾化气体对导流管流出的合金熔体进行喷射成形，并沉积到接收装置的接收盘上，雾化喷嘴以1～5HZ的频率扫描，雾化气体为氮气，雾化压力为0.6～0.8MPa，由导流管的出口到接收盘的沉积距离为400～500mm；

(3)在气雾化的同时，接收装置在变频电机的牵引下高速旋转，并以30～40°的角度和20～40mm/min的速度下拉，在接收装置的接收盘上制成锌铝合金锭。

本发明的构成：采用喷射成形技术制备Zn-(25～35wt％)Al-(0.8～1.5wt％)Cu合金时，快速凝固技术可以有效地提高Cu在Al，Zn中的固溶度，降低了Al，Zn两相的电位差，显著改善了合金的耐蚀性能。

采用喷射成形技术制备Zn-(25～35wt％)Al-(0.8～1.5wt％)Cu合金能够提高溶质原子的固溶度，(0.8～1.5wt％)Cu可以全部固溶于Al或Zn中，Cu的溶入改变了Al和Zn的电极电位，降低了两相的电位差，显著改善了合金的耐蚀性能。喷射沉积是一种新型的快速凝固技术，它是将金属液流雾化成液态微滴，在高速惰性气体的作用下，液滴迅速冷却，随后沉积在接收基板上，形成了一定形状的沉积坯件。申请人在Zn-Al合金中添加了其他的许多种合金元素采用喷射成形技术进行实验，可是其他元素对Zn-Al合金的耐蚀性能的影响不明显，也只有加入(0.8～1.5％)Cu后Zn-Al合金的耐蚀性能显著改善，这也说明其他元素降低Al和Zn电位差的效果不好，只有采用喷射成形技术制备Zn-(25～35wt％)Al-(0.8～1.5wt％)Cu合金才能显著改善合金的耐蚀性能。

喷射成形工艺参数如下：

雾化气体	氮气
		雾化压力	(0.6～0.8)MPa
熔体温度	(973～1073)K
		沉积距离	(400～500)mm
导流管温度	(1073～1173)K
		雾化器扫描的频率	(1～5)Hz
接收系统下降的速度	20mm/min
		接收系统下降的角度	30°

本发明的优点在于：在保证Zn-(25～35％)Al-(0.8～1.5％)Cu合金具有高的耐磨减摩性能和良好的力学性能的同时，采用喷射成形快速凝固技术，提高Cu在Al，Zn中的固溶度，降低了Al，Zn两相的电位差，改善了合金的耐蚀性能。

附图说明

图1为普通铸造和喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线。其中，图1(a)为普通铸造Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线；图1(b)为喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线。

具体实施方式

实施例1

利用喷射成形快速凝固技术制备Zn-30Al-1Cu(其中，Al为30wt％，Cu为1wt％，余量为Zn，下同)合金时，合金融化到1000K时，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.6～0.8MPa，沉积距离为400mm，制备的合金和普通铸造Zn-30Al-1Cu合金进行腐蚀对比试验。两种合金试样在25℃，3.5％NaCl水溶液中测定极化曲线。图1是利用普通铸造和喷射成形技术制备的Zn-30Al-1Cu合金的极化曲线。在合金极化曲线的强极化区找到塔菲尔直线段，两线相交，测得合金的电化学参数，表征合金的腐蚀速率。表1是普通铸造和喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的腐蚀速率对比，可以看出，喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的腐蚀电流明显降低。关于喷射成形方法和所使用的设备与专利03119605.5中描述的相同。

表1合金在3.5％NaCl水溶液中的腐蚀电位和腐蚀电流

实施例2

利用喷射成形快速凝固技术制备Zn-32Al-1.2Cu合金(其中，Al为32wt％，Cu为1.2wt％，余量为Zn，下同)时，合金融化到973K后，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.6～0.8MPa，沉积距离为500mm，制备了Zn-32Al-1.2Cu合金。将普通铸造和上述喷射成形技术制备的Zn-32Al-1.2Cu合金进行盐雾腐蚀实验，盐雾质量分数为3.5％，温度为(35士1)℃，合金腐蚀周期为32h，根据合金失重量判别合金的腐蚀情况，如表2所示。在适量范围内Cu元素能改善合金耐蚀性主要原因是Cu原子电极电位(+0.342V)相对于Al和Zn原子较高，当Cu元素固溶于基体相中能提高基体相的电极电位，结果表明，和普通铸造合金相比，利用喷射成形技术制备的Zn-32Al-1.2Cu合金具有相对较低的腐蚀速率。由此可见，喷射成形技术改善了合金的耐蚀性能。关于喷射成形方法和所使用的设备与专利03119605.5中描述的相同。

表2普通铸造和喷射成形Zn-30Al-1Cu合金的腐蚀速率

Claims

1.一种高耐蚀性喷射成形锌铝合金，其特征在于：该锌铝合金的组成及重量百分比的含量为：Al 25～35wt％，Cu0.8～1.5wt％，余量为Zn；该锌铝合金是采用喷射成形方法制成的；其中，采用喷射成形方法制备过共晶Zn-(25～35wt％)Al-(0.8～1.5wt％)Cu合金时，使用非限制式雾化喷嘴，通过气流雾化喷嘴喷射出的雾化气体对导流管流出的合金熔体进行喷射成形，并沉积到接收装置的接收盘上，喷射成形的工艺参数为：雾化气体为氮气；雾化压力为0.6～0.8MPa，合金熔体温度为973～1073K，由导流管的出口到接收盘的沉积距离为400～500mm。

2.一种制备高耐蚀性喷射成形锌铝合金的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：