CN109022917A - 一种锌合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种锌合金及其制备方法。该种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.1~8.5%，黄铜0.7~2.1%，镁0.02~0.07%，锆1.2~2.9%，钙1.5~4.7%，钒0.1~1.5%，锰0.2~0.8%，硼0.02~0.19%，余量为锌。该种锌合金成分均匀、组织细化、无宏观偏析、含氧量低，具有较高的强度、硬度，致密度高，耐磨性能、耐腐蚀性能优异，不易发生晶间腐蚀，原料成本低。该种锌合金的制备方法流程短、工艺简单，适于工业化生产。

Description

一种锌合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种锌合金及其制备方法。
背景技术
锌合金是以锌为基础加入其它元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、钛等。锌合金具有熔点低、流动性好、铸造性佳、易熔焊和塑性加工，残废料便于回收、重熔的特点。现有的锌合金多通过熔炼、压铸、退火等工艺制备，这种方法生产的锌合金往往由于在熔炼阶段气体侵入金属液，使得铸件表面或内部产生孔洞，严重影响锌合金的力学性能。现多采用锥形流道设计，即浇流应不断加速地由喷嘴向内浇口逐渐减少的方式减少混入铸件内的气体量，进而控制孔洞的产生。然而，该种方法可控性较差，需要随时监控金属流速率，对气孔产生的抑制效果并不完美，无法满足人们的使用需求。
发明内容
为了解决上述背景中提到的问题，本发明目的在于提供一种锌合金及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.1~8.5%，黄铜0.7~2.1%，镁0.02~0.07%，锆1.2~2.9%，钙1.5~4.7%，钒0.1~1.5%，锰0.2~0.8%，硼0.02~0.19%，余量为锌。
作为本发明进一步的方案：所述锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.9~7.8%，黄铜1.1~1.7%，镁0.03~0.06%，锆1.5~2.3%，钙2.8~3.5%，钒0.3~1.2%，锰0.3~0.6%，硼0.07~0.15%，余量为锌。
作为本发明进一步的方案：所述锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝6.4%，黄铜1.6%，镁0.05%，锆1.9%，钙3.2%，钒0.7%，锰0.4%，硼0.11%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照权利要求3的原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压18~24h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
作为本发明进一步的方案：所述锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
作为本发明进一步的方案：所述锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为15~30mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为350~400mm。
本发明的锌合金成分均匀、组织细化、无宏观偏析、含氧量低，具有较高的强度、硬度，致密度高，耐磨性能、耐腐蚀性能优异，不易发生晶间腐蚀，原料成本低。该种锌合金的制备方法流程短、工艺简单，适于工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝6.4%，黄铜1.6%，镁0.05%，锆1.9%，钙3.2%，钒0.7%，锰0.4%，硼0.11%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压18h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为25mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为370mm。
实施例2
本发明实施例中，一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.1%，黄铜0.7%，镁0.02%，锆1.2%，钙1.5%，钒0.1%，锰0.2%，硼0.02%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压20h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为15mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为350mm。
实施例3
本发明实施例中，一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝8.5%，黄铜2.1%，镁0.07%，锆2.9%，钙4.7%，钒1.5%，锰0.8%，硼0.19%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压20h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为30mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为400mm。
实施例4
本发明实施例中，一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.9%，黄铜1.1%，镁0.03%，锆1.5%，钙2.8%，钒0.3%，锰0.3%，硼0.07%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压22h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为29mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为380mm。
实施例5
本发明实施例中，一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝7.8%，黄铜1.7%，镁0.06%，锆2.3%，钙3.5%，钒1.2%，锰0.6%，硼0.15%，余量为锌。
一种锌合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）配料：按照上述原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压24h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
锌合金的制备方法，步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
锌合金的制备方法，步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为25mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为350mm。
将按照实施例1~5配方及制备方法制得的锌合金制成相应的测试件，按照国家标准测试，其主要性能如表1所示，由表中数据可以看出本发明的锌合金，具有较高的强度、硬度、断裂韧性及致密度。
表1 锌合金性能
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
抗拉强度MPa 330 300 290 315 296
硬度HV 127 110 116 104 96
断裂韧性MPa·m1/2 10.5 10.8 9.9 9.5 10.2
致密度% 99 97 97 98 96
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种锌合金，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.1~8.5%，黄铜0.7~2.1%，镁0.02~0.07%，锆1.2~2.9%，钙1.5~4.7%，钒0.1~1.5%，锰0.2~0.8%，硼0.02~0.19%，余量为锌。
2.根据权利要求1所述的锌合金，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：铝5.9~7.8%，黄铜1.1~1.7%，镁0.03~0.06%，锆1.5~2.3%，钙2.8~3.5%，钒0.3~1.2%，锰0.3~0.6%，硼0.07~0.15%，余量为锌。
3.根据权利要求1所述的锌合金，其特征在于，由以下按照质量百分比的原料组成：铝6.4%，黄铜1.6%，镁0.05%，锆1.9%，钙3.2%，钒0.7%，锰0.4%，硼0.11%，余量为锌。
4.一种锌合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：按照权利要求3的原料组成及质量百分比进行配料；
（2）熔融：将锌放入熔炼炉中加热至425℃熔炼3h，加入钙、硼，随炉冷却至400℃，保温1h，以每2min升温1℃的速率升温至620℃，加入镁、铝、锰，保温3h，以每5min升温1℃的速率升温至760℃，加入黄铜、锆、钒，保温6h，得到熔融合金；
（3）喷射成型：在喷射成型机中使用氮气将熔融合金雾化为细小液滴，进行喷射成型形成坯件；
（4）热加工：使用热等静压处理，将坯件进行320℃/130MPa热等静压18~24h，冷却至室温；
（5）热处理：将热加工后的坯件放入时效炉中在110℃下保温20min，取出水淬即得。
5.根据权利要求4所述的锌合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）熔融过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤（3）喷射成型前需将浮渣扒净。
6.根据权利要求4所述的锌合金的制备方法，其特征在于：步骤（3）喷射成型的工艺参数为接收盘下降速度为15~30mm/min，偏心距为40mm，雾化压力为0.7MPa，雾化距离为350~400mm。
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