CN103643081A - 锌－锡－磷中间合金及其制备方法 - Google Patents

锌－锡－磷中间合金及其制备方法 Download PDF

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邱克强
杨成亮
尤俊华
任英磊
热焱
曲迎东
李荣德
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Abstract

本发明属于金属材料应用领域，特别涉及一种用于细化变质含Si镁合金系中Mg2Si相的锌-锡-磷中间合金及其制备方法。本发明包含锌、锡、磷三种元素，其特征是各元素的质量百分比：锡50%~70%，锌20%~40%，磷5%~20%，杂质＜1.0%。其制备方法是：将锌、锡粉及赤磷粉按适当比例采用湿法混料混匀并压制成块，将压块体置于经高纯惰性气体多次洗气后的高真空加热设备中，升温至400℃~500℃，保温30min~60min停止加热，随炉或空冷即得到块状锌-锡-磷中间合金。磷元素以Sn4P3及Zn3P2形式存在于合金中，该中间合金对含Si耐热镁合金具有较好的细化及变质作用，且能显著提高合金性能。

Description

锌-锡-磷中间合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种用于细化、变质含Si耐热镁合金中Mg2Si的锌-锡-磷中间合金及其制备方法。
背景技术
镁及其合金是目前广泛应用的最轻的金属材料。镁合金因其具有强度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机械加工性能优越、易于回收等特点在航空航天、机械电子、汽车、电子通讯等领域具有广泛的应用前景，镁合金由于具有上述特点的优越性，因此也被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
在镁合金中加入适量的Si元素后可以弥散析出具有高熔点高硬度和低的热扩散系数等特性的金属间化合物Mg2Si，相同时在基体中形成硬的硅质点，是镁合金理想的高温增强相，能显著提高高温抗蠕变性能。但所生成的Mg2Si常呈粗大的汉字状和树枝状，容易成为裂纹源，恶化合金性能；因此细化Mg2Si相是改善含Si镁合金室温和高温抗拉强度、屈服强度和抗蠕变性能的关键。
在工业生产中一般用加入磷元素的办法来细化初晶硅（也称为变质处理），磷主要以赤磷、磷－铜等中间合金的形式加入，但这些方法都存在着许多缺点：赤磷由于其燃点过低(240℃)，如采用直接加入法加入，在变质处理时反应剧烈，放出大量的有毒气体P2O5，对环境及实验操作者均易造成严重的伤害，因此采用直接加入法难以把磷引入熔体内；磷－铜中间合金由于密度大、熔点高，在静置炉内熔炼时加入到合金熔体中易沉淀、难以熔化等缺点，变质效果不稳定，而且增加了合金中的铜含量，合金由于铜含量的增加，降低了合金的耐蚀性。专利申请号为201110264218.4的专利报道了一种铝－镁－磷中间合金及其制备方法，该种制备方法较好的解决了上述问题但其磷含量较低，仅为1%~6%；专利申请号为201110355477.8的专利报道了铝－磷中间合金及其制备方法，但其所用磷粉为黑磷粉，由于黑磷粉的制备工艺复杂，是将白磷在高压或者常压下采用汞做催化剂，以少量黑磷作为晶种的情况下，在493~643K下加热八天才能得到，这急剧的增加了制备中间合金所需的成本，且汞对人体具有相当大的危害，因此，目前急需开发出一种高效、环保的适用于含Si镁合金的有效变质剂。
发明内容
本发明在于克服现有含磷中间合金的不足，提供一种对含硅镁合金中Mg2Si相起高效变质作用，适用于细化/变质含Si耐热镁合金中Mg2Si相的锌-锡-磷中间合金及其制备方法。
实现上述目的的技术方案是：采用锌粉、锡粉及赤磷粉作为原料，将原材料按照一定比例采用湿法混料法混合均匀并挤压制成块，然后将压块置于经高纯惰性气体多次洗气后的高真空加热设备中，加热至预定温度并保温，随炉冷却或空冷后制得锌-锡-磷中间合金。
上述锌-锡-磷中间合金的制备方法，是通过以下具体步骤实现的：
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：50%~70%的锡粉，20%~40%的锌粉，5%~20%的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加入适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压坯置于经高纯惰性气体(纯度为99.999%的氩气)多次洗气后的高真空加热设备中，升温至400℃~500℃，并保温30min~60min后，停止加热，随炉冷却或空冷即得到锌-锡-磷中间合金。
上述为锌-锡-磷中间合金的制备方法，其步骤(1)中，锌粉的粒度为100~500目，锡粉的粒度为100~500目，赤磷粉的粒度为200~700目。
采用此种方法制备的锌-锡-磷中中间合金与目前已有的制备技术相比较，该中间合金含磷量较高，磷元素以Sn4P3、Zn3P2的形式存在于合金中。当中间合金加入到金属熔体中时，合金中存在的富磷颗粒会首先分散溶解并根据周围合金环境与熔体发生化学反应，原位生成细小的有效的形核粒子，为Mg2Si相提供异质形核衬底，从而达到变质细化的效果。
采用此工艺制备锌-锡-磷中间合金，该工艺过程绿色无污染，中间合金加入量少，变质细化效果稳定长效，可显著改善合金的性能，是一种高效环保型中间合金，具有重要的推广应用价值。
具体实施方式
下面给出本发明的几个实施例。
实施例一
 (1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中中间合金所需的原料：50%的100目的锡粉，30%的400目的锌粉，20%的700目的赤磷粉；
(2) 将上述两种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压块置于真空度为5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至400℃保温60min后，随炉冷却即得到锌30锡50磷20的中间合金。
实施例二
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中中间合金所需的原料：50%的100目的锡粉，40%的400目的锌粉，10%的600目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水酒精后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块后烘干；
(4) 将压块置于真空度为4.5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至415℃保温55min后，空冷即得到锌40锡50磷10的中间合金。
实施例三
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：55%的300目的锡粉，27.5%的300目的锌粉，17.5%的400目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块后烘干；
(4) 将压块置于真空度为4.2×10-3Pa的高真空加热设备中升温至430℃保温50min后，随空冷即得到锌27.5锡55磷17.5中间合金。
实施例四
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：58%的400目的锡粉，27%的200目的锌粉，15%的300目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4)将压块置于真空度为4.6×10-3Pa的高真空加热设备中升温至445℃保温45min后，空冷即得到锌27锡58磷15中间合金。
实施例五
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：63%的500目的锡粉，26%的100目的锌粉，11%的200目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压块置于真空度为3.5×10-3Pa的高真空加热设备中升温至460℃保温40min后，随炉冷却即得到锌26锡63磷11中间合金。
实施例六
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：67%的400目的锡粉，28%的200目的锌粉，5%的300目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压块置于真空度为4.2×10-3Pa的高真空加热设备中升温至475℃保温35min后，空冷即得到锌28锡67磷5的中间合金。
实施例七
(1) 按以下质量百分比准备好制取锌-锡-磷中间合金所需的原料：70%的500目的锡粉，20%的200目的锌粉，10%的400目的赤磷粉；
(2) 将上述三种粉料加适量无水乙醇后用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压块置于真空度为4.0×10-3Pa的高真空加热设备中升温至500℃保温30min后，随炉冷却即得到锌20锡70磷10中间合金。
以上所述仅为本发明的较佳的实施实例而已，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.锌-锡-磷中间合金，包括锌、锡、磷三种元素，其特征是各组分的化学成分质量百分比为：锡50%~70%，锌20%~40%，磷5%~20%，杂质含量＜1.0%。
2.根据权利要求1所述的锌-锡-磷中间合金的制备方法，其特征包括以下几个步骤：
(1) 按照以下质量百分比准备好制备锌-锡-磷中间合金的原材料：50%~70%的锡粉，20%~40%的锌粉，5%~20%的赤磷粉；
(2) 采用湿法混料，将上述三种粉料按照一定的比例混合后加适量无水乙醇并用混料机混合均匀；
(3) 将混合均匀的粉料放入模具中，在室温下将粉料挤压制成块并烘干；
(4) 将压块置于经惰性气体多次洗气后的高真空加热设备中，将炉温升温至400℃~500℃后，保温30min~60min，随炉冷却或空冷即得到锌-锡-磷中间合金。
3.根据权利要求2所述锌-锡-磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(1)中所用原材料的锌粉的粒度为100~500目，锡粉的粒度为100~500目，赤磷粉的粒度为200~700目。
4.根据权利要求2所述锌-锡-磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(3)挤压力为60kN~75kN。
5.根据权利要求2所述锌-锡-磷中间合金的制备方法，其特征是：步骤(4)高真空度为5×10-3Pa及以下，洗气所用惰性气体为高纯氩气(99.999%)。
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