CN105229179B - 锌合金的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够制得具有均匀成分的Zn‑Si合金的锌合金的制造方法。对配设在加热炉(1)内的坩埚(2)中的金属Zn进行熔融，获得熔融锌液(4)。通过上浮抑制部件(5)抑制添加在熔融洗液(4)中的金属Si粉(6)的上浮。用碳质材料(9)覆盖熔融锌液(4)的液面，并通过加热熔融金属Si粉(6)。然后，解除对金属Si粉(6)的上浮抑制，使熔融后的Si在熔融锌液(4)中分散，从而制得Zn‑Si合金熔融液(11)。并将Zn‑Si合金熔融液(11)填充到铜制铸模(12)中进行骤冷，获得坯锭。

Description

锌合金的制造方法
技术领域
本发明涉及用于对铁基金属部件和铝基金属部件实施接合时所使用的钎焊材料中的锌合金的制造方法。
背景技术
在现有技术中，已知有使锌或锌合金介于钢等铁基金属部件和铝合金等铝基金属部件之间对该铁基金属部件和铝基金属部件进行加热，从而对该两部件实施接合的方法(例如，参照专利文献2)。
另外，被建议使用由Zn-Si合金构成的钎焊材料作为所述锌合金(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4962907号公报
专利文献2：日本特开2010-99739号公报
发明内容
然而，在想要制造所述Zn-Si合金时，由于Si的熔点是1414℃，Zn的沸点是907℃，当加热金属Si粉使其熔融时，会产生因该热量导致熔融锌液气化从而损失Zn的问题。
另一方面，只要调整金属Si相对熔融锌液的添加量，就能够在抑制熔融锌液的气化的同时对金属Si粉进行熔融。然而，即使在该情况下，由于Si的比重比Zn小，在将金属Si粉添加到Z熔融锌液时，产生金属Si粉上浮到熔融锌液的液面附近而产生不均匀分布，导致难以均匀地进行混合的问题。
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够制得具有均匀的成分的Zn-Si合金的锌合金的制造方法。
用于解决课题的方式
为了达到上述目的，本发明具有下述内容。本发明是一种在Zn中含有Si的锌合金的制造方法，该锌合金的制造方法的特征在于，该方法具备：对配设在加热炉中的坩埚内的金属Zn加热从而将其熔融获得熔融锌液的步骤；该熔融锌液中添加在Zn的沸点以下的温度下能够熔融的量的金属Si粉，通过配设在该坩埚内的上浮抑制部件抑制该金属Si粉上浮的同时，在用碳质材料覆盖该熔融锌液的液面的状态下进行加热，使得该金属Si粉熔融的步骤；解除该上浮抑制部件对该金属Si粉的上浮抑制，使熔融后的Si分散到该熔融锌液中，获得Zn-Si合金的熔融液的步骤；以及，将该Zn-Si合金的熔融液填充到铸模中进行骤冷，从而获得坯锭的步骤。
在本发明的制造方法中，首先，在配设在加热炉中的坩埚内熔融金属Zn。这时，所述坩埚内存在的物质为Zn和不可避免的杂质，由于实际上能够视为仅Zn存在。因此，通过加热炉对坩埚内进行加热，加热到Zn的熔点420℃以上的温度，由此能够熔融金属Zn，制得熔融锌(Zn)液。
接着，在所述熔融锌液中添加金属Si粉，使该金属Si粉熔融。这里，Si单独时的熔点为1414℃，是超过Zn的沸点907℃的温度。然而，通过制成Zn-Si合金，能够使Si的熔点成为低于Zn沸点的温度。
因此，在本发明的制造方法中，通过形成Si与Zn的合金，在所述熔融锌液中添加在Zn的沸点以下的温度下能够熔融的量的Si。
这时，Si的比重为2.33，相比Zn的比重7.14相对较小。所以，由于金属Si粉比Zn轻，存在金属Si粉在所述熔融锌液中会上浮到液面附近从而导致不均匀分布的担忧。但是，在本发明的制造方法中，在所述坩埚内自由配设了上浮抑制部件，通过该上浮抑制部件抑制了所述金属Si粉的上浮。所以，能够对所述金属Si粉进行熔融而不会使该金属Si粉不均匀分布在熔融锌液的液面附近。
另外，这时，所述熔融锌液一部分过度受热时，该熔融锌液的温度超过Zn的沸点。所以，存在所述熔融锌液会变成气体挥发，从而损失Zn的担忧。但是，在本发明的制造方法中，在通过碳质材料覆盖熔融锌液的液面的状态下，对熔融锌液进行加热。因此能够通过该碳质材料防止Zn的挥发。
接着，当所述金属Si粉熔融后，解除所述上浮抑制部件对该金属Si粉的上浮抑制，使熔融后的Si分散到所述熔融锌液中。其结果，能够获得Zn-Si合金的熔融液。
然后，通过将所述Zn-Si合金的熔融液填充到铸模中来获得坯锭。这时，如上所述，Si的比重为2.33，相比Zn的比重7.14较小，因此存在Si发生偏析(segregation)的可能性。所以，在本发明的制造方法中，通过对被填充在铸模中的所述Zn-Si合金的熔融液进行骤冷，能够阻止Si的偏析，获得具有均匀成分的Zn-Si合金。
另外，在本发明的制造方法中，优选是将所述Zn-Si合金的熔融液投入到铜制铸模中，并对该铜制铸模的外周面进行水冷从而实施骤冷。
另外，在本方法的制造方法中，优选在所述熔融锌液中添加相对于制得的Zn-Si合金的总量为0.1质量％～4.0质量％的范围的所述金属Si粉。通过在所述熔融锌液中添加所述范围的所述金属Si粉，能够制成作为钎焊材料具有合适的物理性质的所述Zn-Si合金。
所述金属Si粉相对于获得的Zn-Si合金的总量的添加量不足0.1质量％时，有可能不能获得作为钎焊材料具有合适的物理性质的所述Zn-Si合金。同时，所述金属Si粉相对于获得的Zn-Si合金的总量的添加量超过4.0质量％时，有可能无法在不足Zn沸点的温度下使该金属Si粉熔解。
此外，在本发明的制造方法中，更优选在所述熔融锌液中添加相对于制得的Zn-Si合金的总量为0.1质量％以上且不足2.0质量％的范围的所述金属Si粉。所述金属Si粉的添加量相对于制得的Zn-Si合金的总量超过2.0质量％时，有可能出现Si的偏析。因此，通过将所述金属Si粉的添加量设定成相对于制得的Zn-Si合金的总量不足2.0质量％，能够可靠地防止Si的偏析，获得具有均匀成分的所述Zn-Si合金。
另外，在本发明的制造方法中，所述上浮抑制部件优选是通过不与所述熔融锌液发生反应的材料构成，该上浮抑制部件具备沿所述坩埚的内周面滑动自如的内盖和支承该内盖使该内盖上下活动的杆件。所述上浮抑制部件通过具备上述构成，能够可靠地抑制所述金属Si粉的上浮。
这时，所述内盖优选是形成为不使金属Si粉透过而只使熔融锌液透过的构成。作为具有上述构成的所述内盖，例如可以采用具备孔径比所述金属Si粉的颗粒直径小的网孔的网状体构成的构件或是具备孔径比所述金属Si粉的颗粒直径小的多个贯穿孔的构件。
另外，在本发明的制造方法中，例如可以采用木炭作为所述碳质材料。
附图说明
图1是表示本发明的制造方法所使用的加热炉的构成的典型的剖面图。
图2是表示Zn-Si合金的成分与相之间关系的图表。
图3是表示本发明的制造方法所使用的铸模的构成的典型的剖面图。
图4是表示通过本发明的制造方法制得的Zn-Si合金构成的钎焊载材料中Si浓度分布的图表。
具体实施方式
接着，参照附图进一步详细说明本发明的实施例。
在本实施例的制造方法中，首先使配设在图1所示的加热炉1中的坩埚2内的金属锌(Zn)熔融。加热炉1具备被配置成圆筒状的感应加热线圈3。在感应加热线圈3的内周一侧，以保持规定间隔的形式配设有底圆筒状的坩埚2。例如可以采用石墨制的坩埚作为坩埚2。
作为金属锌(Zn)，例如可以采用纯度99.98％、残余部分是由不可避免的杂质构成的金属物质构成。所述熔融通过下述方式进行：由感应加热线圈3将投入到坩埚2内的金属Zn加热到Zn的熔点温度(420℃)以上且低于沸点(907℃)的温度、例如是840℃。其结果，熔融坩埚2内的金属Zn，从而获得熔融锌(Zn)液4。
接着，在熔融锌液4中，添加金属Si粉并对其进行熔融。作为金属硅(Si)，例如可以采用纯度99.98％、残余部分是由不可避免的杂质构成的金属物质构成。
这里，Si在单独时的熔点为1414℃。如图2所示，通过设置成Zn-Si合金，能够使该合金熔点低于1414℃。另外，通过将金属Si粉的添加量设置成相对于制得的Zn-Si合金的总量低于4.0质量％，能够使制得的Zn-Si合金的熔点变成低于Zn的沸点907℃，从而能够使得该合金的熔融温度降低到Zn的沸点以下的温度。
因此，在本实施例中，以金属Si粉成为相对于制成的Zn-Si合金的总量为0.1质量％～4.0质量％的范围的量的方式，添加金属Si粉。当金属Si粉的添加量相对于Zn-Si合金的总量超过4.0质量％时，熔融温度有可能超过Zn的沸点，使得Zn发生气化而挥发。而当金属Si粉的添加量相对于Zn-Si合金的总量不足0.1质量％时，通过获得的Zn-Si合金制成钎焊材料时，有可能不能够获得作为钎焊材料的合适的物理性质。
另外，即使金属Si粉的添加量相对于Zn-Si合金的总量为0.1质量％～4.0质量％的范围，当金属Si粉的添加量超过2.0质量％时，Si有可能会发生偏析，因而无法获得具有均匀成分的Zn-Si合金。
在熔融锌液4中添加金属Si粉时，Si的比重为2.33，相对Zn的比重7.14较小。因此，存在所述金属硅(Si)粉上浮到熔融锌液4的液面并不均匀分布于熔融锌液4的液面附近的担忧。所以，如图1所示，在坩埚2内配设上浮抑制部件5，用于防止添加到熔融锌液4的金属Si粉6的上浮。
上浮抑制部件5具备沿坩埚2的内周面滑动自如的内盖7和支承内盖7并使内盖7上下活动自如的杆件8,。杆件8连接于未图示的驱动机构。内盖7及杆件8通过不会与熔融锌液4发生反应的材料构成。另外，内盖7只要形成为不使金属Si粉6透过而只使熔融锌液4透过的构成即可，例如能够采用网状体或是具备孔径比金属Si粉6小的多个贯穿孔的构件。
根据上浮抑制部件5，在将金属Si粉6添加到熔融锌液4后，把内盖7浸渍到坩埚2内并通过杆件8将内盖7往下压，防止金属Si粉6的上浮，从而能够使金属Si粉6位于熔融锌液4的下方。其结果，能够熔融金属Si粉，而不会出现金属Si粉不均匀分布在熔融锌液4的液面附近的情况。
另外，这时，熔融锌液4的液面受木炭等碳质材料9覆盖。通过这种方式，即使在熔融锌液4的一部分过度受热而使得熔融锌液4的温度超过锌的沸点时，也能够防止熔融锌液4变成气体而使得Zn产生挥发。
然后，如果金属Si粉6熔融，通过杆件8上拉内盖7，解除对金属Si粉6的上浮抑制，使熔融后的Si分散到熔融锌液4中。其结果，能够获得Zn-Si合金熔融液。
接着，如图3所示，例如将温度750℃的Zn-Si合金熔融液11填充到铜制铸模12中，从而制成坯锭(billet)。铜制铸模12为有底圆筒状，利用沿铜制铸件12外周配设的淋浴装置13对铜制铸件12喷射的水，能够对铜制铸件12的外周面进行水冷。
因此，在向铜制铸件12填充Zn-Si合金熔融液11的同时，利用淋浴装置13喷射的水，对铜制铸件12的外周面进行水冷，能够对Zn-Si合金熔融液11实施骤冷。通过这种方式，能够防止Si从Zn-Si合金熔融液11中析出，从而获得各部分的Si的浓度均匀的Zn-Si合金制坯锭。通过具有规定的孔径的模具(die)对所述Zn-Si合金制坯锭实施热挤压(hotextrusion)，能够制成钎焊材料。
然后，在本实施例的制造方法中，在熔融锌液4中添加金属Si粉6，使得金属Si粉6相对于制成的Zn-Si合金的总量为1.0质量％，从而制成所述Zn-Si合金制坯锭。接着，利用具有直径3.2mm的孔径的模具，在温度100℃下实施热挤压，制成直径3.2mm、长度2.0m的多根钎焊材料。
从通过上述方式制成的多根钎焊材料中随机抽取三根钎焊材料，针对各钎焊材料的顶端部、中央部、后端部三个位置测定Si浓度。图4中，三根钎焊材料的Si浓度分别表示为Δ、○、●。
从图4明显可知，所述各钎焊材料的顶端部、中央部、后端部这三个位置的Si浓度均分布在1.0±0.3质量％的范围内。所以，明显可知，根据本实施例的制造方法，能够获得一种具有均匀的成分以及作为钎焊材料的合适的物理性质的Zn-Si合金。
符号说明
1 加热炉
2 坩埚
4 Zn熔液锌(Zn)液
5 上浮抑制部件
6 金属硅(Si)粉
9 碳质材料
11 熔融Zn-Si合金液
12 铜质铸模
13 淋浴装置

Claims (6)

1.一种锌合金的制造方法，该锌合金的Zn中含有Si，该制造方法的特征在于，该方法具备：
对配设在加热炉中的坩埚内的金属Zn加热将其熔融从而获得熔融锌液的步骤；
所述熔融锌液中添加在Zn的沸点以下的温度下能够熔融的量的金属Si粉，通过自由配设在所述坩埚内的上浮抑制部件抑制所述金属Si粉上浮的同时，在用碳质材料覆盖所述熔融锌液的液面的状态下进行加热，使得所述金属Si粉熔融的步骤；
解除所述上浮抑制部件对所述金属Si粉的上浮抑制，使熔融后的Si分散到所述熔融锌液中，从而获得Zn-Si合金的熔融液的步骤；以及，
将所述Zn-Si合金的熔融液填充到铸模中进行骤冷，从而获得坯锭的步骤；
所述上浮抑制部件通过不与所述熔融锌液发生反应的材料构成，所述上浮抑制部件具备沿所述坩埚的内周面滑动自如的板状的内盖和支承该内盖使该内盖上下活动的杆件，
所述内盖由具备孔径比所述金属Si粉的颗粒直径小的网孔的网状体构成。
2.一种锌合金的制造方法，该锌合金的Zn中含有Si，该制造方法的特征在于，该方法具备：
对配设在加热炉中的坩埚内的金属Zn加热将其熔融从而获得熔融锌液的步骤；
所述熔融锌液中添加在Zn的沸点以下的温度下能够熔融的量的金属Si粉，通过自由配设在所述坩埚内的上浮抑制部件抑制所述金属Si粉上浮的同时，在用碳质材料覆盖所述熔融锌液的液面的状态下进行加热，使得所述金属Si粉熔融的步骤；
解除所述上浮抑制部件对所述金属Si粉的上浮抑制，使熔融后的Si分散到所述熔融锌液中，从而获得Zn-Si合金的熔融液的步骤；以及，
将所述Zn-Si合金的熔融液填充到铸模中进行骤冷，从而获得坯锭的步骤；
所述上浮抑制部件通过不与所述熔融锌液发生反应的材料构成，所述上浮抑制部件具备沿所述坩埚的内周面滑动自如的板状的内盖和支承该内盖使该内盖上下活动的杆件，
所述内盖具有孔径比所述金属Si粉的颗粒直径小的多个贯穿孔。
3.根据权利要求1或2所述的锌合金的制造方法，其特征在于,
将所述Zn-Si合金的熔融液投入到铜制铸模中，并对所述铜制铸模的外周面进行水冷从而实施骤冷。
4.根据权利要求1或2所述的锌合金的制造方法，其特征在于，
在所述熔融锌液中添加相对于制得的Zn-Si合金的总量为0.1质量％～4.0质量％的范围的所述金属Si粉。
5.根据权利要求4所述的锌合金的制造方法，其特征在于，
在所述熔融锌液中添加相对于制得的Zn-Si合金的总量为0.1质量％以上且不足2.0质量％的范围的所述金属Si粉。
6.根据权利要求1或2所述的锌合金的制造方法，其特征在于，
所述碳质材料为木炭。
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