CN111020248B - 一种Ag-Zr-Zn中间合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Ag‑Zr‑Zn中间合金及其制备方法和应用，属于铸造有色合金技术领域，特别涉及一种高度合金化低熔点镁合金用含锆中间合金及其制备方法，所述高度合金化含锆中间合金是指含锆中间合金的锆质量含量不低于30％，低熔点是指含锆中间合金在镁熔体中熔点不高于790℃。采用本发明高度合金化低熔点含锆中间合金作为Zr添加来源加入镁合金中减少了Zr元素在熔炼过程中的烧损，同时Zr元素在基体中更为分散，从而起到更好的细化晶粒作用，有效改善了镁合金的强韧化水平。

Description

一种Ag-Zr-Zn中间合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种Ag-Zr-Zn中间合金及其制备方法和应用，属于铸造有色合金技术领域，特别涉及一种高度合金化低熔点镁合金用含锆中间合金及其制备方法，所述高度合金化含锆中间合金是指含锆中间合金的锆质量含量不低于30％，低熔点是指含锆中间合金在镁熔体中熔点不高于790℃。
背景技术
镁合金是密排六方的晶体结构，晶粒细化对于镁合金的强韧化的贡献作用要比体心立方的铝合金还明显。除Mg-Al系合金外，镁合金依靠锆元素进行晶粒细化。目前用于含锆镁合金晶粒细化的材料以镁-锆中间合金为主，其中锆绝大部分以单质的形式存在于中间合金中。单质锆的熔点高达1855℃，且在镁熔体中溶解度仅0.6％wt，因此，以镁-锆中间合金形式进行镁合金细化，存在损失率高、细化效果差的问题，大幅度限制镁合金强韧化水平，阻碍镁合金作为轻量化材料的应用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提出一种Ag-Zr-Zn中间合金及其制备方法和应用，改善了含锆中间合金的制备方法及含锆镁基合金中添加锆的方法，制备Ag-Zr-Zn中间合金作为中间合金添加在镁及镁合金的熔体内，该中间合金不仅具有较高的Zr合金化程度，且可在较低温度熔化，有利于Zr细化的开动。
Ag可以与Zr实现充分合金化，同时加入的Ag元素非但未使镁合金性能降低，还能改善材料塑性水平。加入Zn元素可显著降低中间合金熔点，减少熔体静置与搅拌次数，从而进一步减少镁合金熔炼过程中Zr元素的烧损，此外，Zn元素为镁合金中常见的合金化元素，有显著的时效强化作用，因此作为中间合金的配方不会产生有害作用。当把Ag-Zr-Zn合金作为中间合金添加在镁熔体中时，在较低的温度下可制备Mg-Zr系合金或在其他系镁合金中对Zr元素进行高质量添加，由于作为细化剂的Zr元素得以更均匀和有效的添加和溶解在镁及镁合金熔体中，晶粒细化效果明显增强，从而可制备出强韧化水平更高的镁合金。
本发明的技术解决方案是：
一种Ag-Zr-Zn中间合金，该中间合金的成分包括Ag元素、Zr元素和Zn元素，以该中间合金的总质量为100％计算，各成分的质量百分含量为：Zr元素的质量百分含量为30％-70％，Zn元素的质量百分含量为1％-10％，杂质含量不高于0.5％，余量为Ag元素，杂质包括Cu、Al、Ni、Fe或Si，杂质含量不高于0.5％是指Cu、Al、Ni、Fe、Si元素的总含量不高于0.5％。
一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，该方法的步骤包括：
步骤(1)，将原料在烘箱中烘干备用，烘箱温度为180-250℃，烘干时间为6-8h；
原料包括工业纯银、海绵锆和工业锌锭；
步骤(2)，将步骤(1)中烘干后的工业纯银和工业锌锭在坩埚中进行熔炼，熔炼条件为真空环境，熔炼温度为900-960℃，熔炼时间为20-30min，熔炼结束后得到Ag-Zn熔体；熔炼方法为真空感应熔炼或真空自耗电极电弧熔炼；
步骤(3)，在步骤(2)得到的Ag-ZN熔体中加入步骤(1)烘干后的海绵锆继续进行熔炼，熔炼温度为1150-1270℃，熔炼时间为2-3h，熔炼结束后得到Ag-Zr-Zn熔体；熔炼方法为真空感应熔炼或真空自耗电极电弧熔炼；
步骤(4)，将步骤(3)得到的Ag-Zr-Zn熔体倒入到金属模具中，冷却后得到Ag-Zr-Zn合金。
所述的步骤(1)中，工业纯银的纯度为99.99％；
所述的步骤(1)中，海绵锆的纯度为99.6％；
所述的步骤(1)中，工业锌锭的纯度为99.9％；
所述的步骤(1)中，烘箱温度优选200-215℃；
所述的步骤(2)中，优选混合温度为960℃；
所述的步骤(3)中，优选熔炼温度为1200℃，熔炼时间为2h；
所述的步骤(4)中，金属模具为铜模，得到的Ag-Zr-Zn合金中，Zr的质量含量不低于30％，显微组织中Zr单质比例低于3％。
一种Ag-Zr-Zn中间合金的应用，将Ag-Zr-Zn中间合金加入到镁熔体中，该Ag-Zr-ZN中间合金在镁熔体中的熔化温度为760-810℃。
有益效果
(1)本发明属于铸造有色合金技术领域，公开了一种高度合金化低熔点含锆中间合金及其制造方法，以工业纯银、海绵锆、工业锌锭为原料，所述中间合金中各组分及其重量百分比含量为：Zr 30-70％，Zn 1-10％，其他杂质含量不高于0.5％，余量为Ag。所述中间合金含Zr量不低于30％，显微组织中Zr单质比例低于3％，所述中间合金在镁熔体中的融化温度为760-810℃。本发明涉及的高度合金化低熔点含锆中间合金中Zr无明显团聚现象。与现有技术相比，本发明所述的含锆中间合金有效改善了使用ZrCl4添加Zr元素容易造成合金抗腐蚀性与抗拉强度下降现象，并克服了Mg-Zr中间合金添加法Zr元素损失率高、细化效果，应用于含锆镁合金时可大幅提升含锆镁合金晶粒细化水平和强韧化水平。
(2)与现有技术相比，采用本发明高度合金化低熔点含锆中间合金作为Zr添加来源加入镁合金中减少了Zr元素在熔炼过程中的烧损，同时Zr元素在基体中更为分散，从而起到更好的细化晶粒作用，有效改善了镁合金的强韧化水平。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例列举的合金成分。
实施例1
制备质量百分比为Ag 44％，Zr 55％，Zn 1％的Ag-Zr-Zn中间合金，包括以下步骤：
步骤1，预处理，以工业纯银、海绵锆、工业锌锭为原料按Ag 44％，Zr 55％，Zn 1％比例称料并经烘箱215℃，8h烘干备用；
步骤2，将步骤1所述工业纯银、工业锌锭放入石墨坩埚，并在真空自耗电极电弧熔炼炉中真空加热至930℃，获得Ag-Zn熔体，此时，在溶液中加入步骤1所述海绵锆，并升温至1230℃，保温2.5小时，获得均匀的Ag-Zr-Zn熔体。
步骤3，将所述步骤3所获得的Ag-Zr-Zn熔体倒入铜模具中，待冷却后获得Ag-Zr-Zn合金。
本实施例中间合金在镁熔体中融化温度为780℃，显微组织中Zr单质总量约为1.4％。
实施例2
制备质量百分比为Ag 65％，Zr 30％，Zn 5％的Ag-Zr-Zn中间合金，包括以下步骤：
步骤1：预处理，以工业纯银、海绵锆、工业锌锭为原料按Ag 65％，Zr 30％，Zn 5％比例称料并经烘箱235℃，6h烘干备用；
步骤2，将步骤1所述工业纯银、工业锌锭放入石墨坩埚，并在真空中频感应炉中真空加热至900℃，获得Ag-Zn熔体；此时，在溶液中加入步骤1所述海绵锆，并升温至1150℃，保温2小时，获得均匀的Ag-Zr-Zn熔体。
步骤3，将所述步骤3所获得的Ag-Zr-Zn熔体倒入金属模具中，并用冷水对金属模进行激冷。待冷却后获得Ag-Zr-Zn合金。
本实施例中间合金在镁熔体中融化温度为765℃，显微组织中Zr单质总量约为0.8％。
对比例1
与实施例1不同之处仅在于所述中间合金Zr含量为85％，Ag含量为14％。
对比例1得到的中间合金性能检测如下：
中间合金熔点高达1150℃，无法在镁合金中作为中间合金使用。显微组织中Zr单质总量超过15％。
对比例2
与实施例2不同之处仅在于所述中间合金Zr含量为15％，Ag含量为80％。
对比例2得到的中间合金性能检测如下：
中间合金熔点740℃，显微组织中Zr单质总量位0.2％.但配料时为了配足足够的Zr，需要添加超过Zr含量5倍的Ag进入镁合金熔体。极大增加了材料的成本的同时，Ag的过量加入降低了镁合金材料的耐腐蚀性，中间合金无法使用。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，该Ag-Zr-Zn中间合金的成分包括Ag元素、Zr元素和Zn元素，以该中间合金的总质量为100％计算，各成分的质量百分含量为：Zr元素的质量百分含量为30％-70％，Zn元素的质量百分含量为1％-10％，杂质含量不高于0.5％，余量为Ag元素；
杂质包括Cu、Al、Ni、Fe或Si，杂质含量不高于0.5％是指Cu、Al、Ni、Fe、Si元素的总含量不高于0.5％；
其特征在于该方法的步骤包括：
步骤(1)，将原料在烘箱中烘干备用，原料包括工业纯银、海绵锆和工业锌锭；
步骤(2)，将步骤(1)中烘干后的工业纯银和工业锌锭在坩埚中进行熔炼，熔炼条件为真空环境，熔炼温度为900-960℃，熔炼时间为20-30min，熔炼结束后得到Ag-Zn熔体；
步骤(3)，在步骤(2)得到的Ag-Zn熔体中加入步骤(1)烘干后的海绵锆继续进行熔炼，熔炼温度为1150-1270℃，熔炼时间为2-3h，熔炼结束后得到Ag-Zr-Zn熔体；
步骤(4)，将步骤(3)得到的Ag-Zr-Zn熔体倒入到金属模具中，冷却后得到Ag-Zr-Zn合金。
2.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，工业纯银的纯度为99.99％，海绵锆的纯度为99.6％。
3.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，烘箱温度为180-250℃。
4.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，烘干时间为6-8h。
5.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，熔炼方法为真空感应熔炼或真空自耗电极电弧熔炼。
6.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，熔炼方法为真空感应熔炼或真空自耗电极电弧熔炼。
7.根据权利要求1所述的一种Ag-Zr-Zn中间合金的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，金属模具为铜模。
8.一种Ag-Zr-Zn中间合金的应用，其特征在于：将Ag-Zr-Zn中间合金加入到镁熔体中，该Ag-Zr-Zn中间合金在镁熔体中的熔化温度为760-810℃。
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