CN111424191A - 一种锌合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含氧量较低的锌合金及其制备方法。所述锌合金由以下按照质量百分比的原料组成：铝3％‑5％，镁0.2％‑0.8％，余量为锌。本发明提供的锌合金及其制备方法得到的锌合金含氧量较低。

Description

一种锌合金及其制备方法

技术领域

本发明属于锌合金技术领域，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。现有的锌合金因为熔炼工艺在制备过程中会使得较多的气体侵入金属液，并且因为合金配方和制备工艺不匹配，得到的锌合金含氧量较高，严重影响锌合金的强度，使得其表面会产生裂纹。

为解决这个问题，专利公开号CN109022917A，公开了一种锌合金及其制备方法，通过先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；然后经过喷射成型、热加工、热处理等得到合金产品，实现得到的锌合金含氧量较低，合金材料具有较高的强度。但是，该方案升温要求严格，不易操控，并且合金成分较多，含有稀有金属锆和钒，原料成本较高。并且该方案的锌合金的含氧量依然较多，依然不能满足人们的使用需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含氧量较低的锌合金及其制备方法。

本发明实施例一方面提供一种锌合金，其由以下按照质量百分比的原料组成：铝3％-5％，镁0.2％-0.8％，余量为锌。

作为上述实施例的进一步改进，铝为3.5％-4.5％，镁为0.35％-0.65％。

作为上述实施例的进一步改进，铝为3.9％-4.3％，镁为0.4％-0.5％。

本发明实施例另一方面提供一种如上述实施例所述的锌合金的制备方法，其包括如下步骤：

先将相应质量百分比的铝投入熔炼炉内熔化成铝液，然后将相应质量百分比的锌投入熔炼炉内熔化并与铝液混合，然后将相应质量百分比的镁投入熔炼炉内的锌铝熔液中，待镁完全熔化后，出料浇铸。

作为上述实施例的进一步改进，所述制备方法中，分3-4次将锌投入熔炼炉内；每次投入锌含量的25％-35％。

作为上述实施例的进一步改进，投入镁的方法为将镁伸入锌铝熔液中浸泡。

作为上述实施例的进一步改进，该制备方法使用熔炼炉来制备锌合金，所述熔炼炉被隔墙分隔为熔铝区、合金区和净化区，所述熔铝区、合金区和净化区的上方封闭且通过隔墙间隔开，下方相互连通，所述熔铝区、合金区的顶部分别设置有第一投料口和第二投料口，所述净化区底部设置有出料口，所述锌合金的制备方法包括如下步骤：

S2：在熔铝区顶部的第一投料口将铝锭投入熔铝区内，使铝锭熔化成铝液；

S4：在合金区顶部的第二投料口将锌锭投入合金区内，使所述锌锭在所述合金区熔化并与所述铝液混合；

S6：然后在锌铝熔液中投入镁锭，使镁锭熔化；

S8：从净化区的出料口出料；净化区的熔液温度为450℃-470℃。

作为上述实施例的进一步改进，所述熔炼炉底部设置有多个电磁感应体，所述电磁感应体用于将熔炼炉底部的金属物料感应加热熔化。

作为上述实施例的进一步改进，所述熔铝区温度为720℃-750℃，进一步优选地为730℃-740℃；所述合金区温度为410℃-430℃，进一步优选地为420℃±3℃；所述净化区的熔液温度为460℃±3℃。

作为上述实施例的进一步改进，所述净化区顶部设置有扒渣口，在步骤S8之前，还包括从所述扒渣口除渣的步骤，在步骤S6，镁锭从第二投料口投入。

本发明实施例提供的锌合金及其制备方法得到的锌合金的含氧量较低。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明实施例提供的熔炼炉侧面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的熔炼炉俯视面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参考图1和图2，本发明实施例提供一种锌合金，由以下按照质量百分比的原料组成：铝3％-5％，镁0.2％-0.8％，余量为锌。

本实施例的锌合金，通过合理的铝元素，可较好的降低合金的熔点，增强合金的机械性能，改变合金液流动性。

本实施例的锌合金，通过合金的镁元素，可实现抑制晶间腐蚀，细化金属组织，增加合金硬度。

在优选实施例中，所述铝3.5％-4.5％，所述镁0.35％-0.65％。在进一步优选实施例中，所述铝3.9％-4.3％，所述镁0.4％-0.5％；或铝4％-4.5％，镁0.4％-0.65％；或铝3.7％-4.3％，镁0.35％-0.5％。

参考图1和图2，本发明实施例还提供一种锌合金熔炼炉，该熔炼炉可以为工频感应熔炼炉。熔炼炉内部(也即炉膛)设置有熔铝区1、合金区2和净化区3，所述熔铝区1、合金区2和净化区3上方通过隔墙隔开，下方相互连通，也即金属熔液可以在熔铝区1、合金区2和净化区3下方流通。熔铝区1和合金区2上方通过第一隔墙5隔开，合金区2和净化区3上方通过第二隔墙6隔开，第一隔墙5和第二隔墙6下方分别与熔炼炉底部有空隙，使所述熔铝区1、合金区2和净化区3下方连通。

所述熔炼炉顶部通过封盖8密封，保证炉内温度平衡，避免温度流失，同时阻隔大量的空气进入，使得制备得到的锌合金含氧量很低。熔铝区1顶部设置有第一投料口11，合金区2顶部设置有第二投料口21，净化区3顶部设置有扒渣口31，用于除渣。熔炼炉的净化区3的底部还设置有出料口32；出料口32可以设置于熔炼炉的侧壁上，出料口32应低于熔炼炉内的液面，避免制备得到的锌合金含有较多的氧气。

熔炼炉底部设置有多个电磁感应体4，电磁感应体4具有感应线圈，所述电磁感应体4可对熔铝区、合金区和净化区内的金属物料进行加热。具体来说，熔炼炉底部的四周设置有电磁感应体4，并且电磁感应体4周围设置有环绕电磁感应体4的熔沟41，熔沟41与炉膛连接，电磁感应体4对熔沟41内的金属物料施加电磁场，在金属物料内形成强大的感应电流，从而使金属物料熔化，熔化后的金属物料在电磁力及热对流的作用下向炉膛内流动，将热量不断传递至炉膛内，使炉膛内的金属物料被加热熔化。本实施例中通过在熔炼炉底部设置有多个电磁感应体4，使得熔铝区、合金区和净化区的温度是可以分别控制的。同时配合熔铝区1和合金区2顶部都设置有投料口，可实现锌合金在熔炼时分区投料，并且每个区域控制不同的温度，实现较好的熔炼的效果。而且由于电磁感应体4设置在熔炼炉底部，因此熔炼炉底部的金属物料被加热熔化成熔液后，由于热对流和电磁力的作用，在熔炼炉底部流动，不会被空气氧化，使得最终形成的锌合金含氧量非常少。请参考图2，具体来说，熔炼炉的横截面呈长方形，其靠近熔铝区1的一短边上设置有2个电磁感应体4，熔炼炉的两长边上分别设置有两个电磁感应体4，且两长边上的电磁感应体4均靠近合金区2。每个电磁感应体4的功率可以为60千瓦。

在优选实施例中，熔炼炉包括外壁91、内壁92和设置于外壁91和内壁92之间的保温层93，保温层93中填充有耐高温材料，避免熔炼炉内的温度散失较快。所述熔炼炉开设有多个与电磁感应体4对应的熔沟41，所述熔沟41的两端穿过内壁92与熔炉内连接，并环绕电磁感应体4；电磁感应体4对熔沟41内的金属物料施加电磁场，在金属物料内形成强大的感应电流，从而使金属物料熔化，熔化后的金属物料在电磁力及热对流的作用下向熔炼炉内流动，将热量不断传递至熔炼炉内，使熔炼炉内的金属物料被加热熔化。

本发明实施例还提供一种锌合金的制备方法，包括如下步骤：

S2：在熔铝区1顶部的第一投料口11将铝锭投入熔铝区1内，使铝锭熔化成铝液，铝液熔化后从熔炼炉底部流入合金区2中；

S4：在合金区2顶部的第二投料口21将锌锭投入合金区2内，使所述锌锭在所述合金区2熔化并与所述铝液混合，形成锌铝熔液；

S6：然后在锌铝熔液中投入镁锭，使镁锭熔化；

S8：从净化区3的出料口32出料；净化区的熔液温度为450℃-470℃。

熔液从出料口32出料后，冷却形成锌合金。当然，在步骤S6与S8之间，还可以对合金熔液的成分进行检测，达到预设标准后才进行出料。

具体来说，先将相应质量百分比的铝锭投入熔炼炉内，待铝熔化后，然后将相应质量百分比的锌锭投入熔炼炉内。待锌熔化后将相应质量百分比的镁锭投入熔炼炉内，待镁完全熔化后，出料浇铸。按质量百分比，投入的铝锭、镁锭和锌锭的比例为：铝3％-5％，镁0.2％-0.8％，余量为锌。在优选实施例中，铝为3.5％-4.5％，镁为0.35％-0.65％；进一步优选地，铝为3.9％-4.3％，镁为0.4％-0.5％。

在优选实施例中，本实施例的制备方法分3-4次将锌投入熔炼炉内；每次投入锌含量的25％-30％。

在优选实施例中，投入镁的方法为：将镁伸入金属液中浸泡。

本实施例中，采用先对熔点较高的铝元素进行熔炼，实现铝元素能够充分熔化在合金中，较好的实现铝的作用，锌合金采用分步加入使其能够较好地与其他元素融合；镁元素伸入金属液中浸泡能够使得镁元素更好地熔化，最终得到的锌合金含氧量较低，具有较好的机械性能。

本发明实施例提供的锌合金的制备方法中，所述铝在熔铝区1顶部的第一投料口11投入，熔铝区温度为720℃-750℃。保证熔点较高的铝能够较好的熔化。熔铝区1下方温度较高，熔铝区1的液体流向合金区2。在优选实施例中，熔铝区温度为730℃-740℃，本实施例中所指的温度为通过测定熔铝区1熔液得到的温度值。

本发明实施例提供的锌合金的制备方法中，锌在合金区2顶部的第二投料口21投入；所述合金区2温度为410℃-430℃；合金区温度为410℃-430℃，在优选实施例中，合金区的熔液温度控制在420℃±3℃，也就是控制在420℃左右，允许温度上下波动3℃左右。

待锌熔化后，在合金区2顶部的第二投料口21投入镁。具体投入镁的方法为用工具7将镁固定后浸入锌铝熔液中，使得镁能够较好地熔化。在热对流和电磁力的作用下，合金区2的液体会流向净化区3净化。待镁完全熔化后，通过所述净化区3顶部的扒渣口31除渣，然后再通过净化区3的出料口32出料浇铸，净化区3的熔液温度为450℃-470℃。在优选实施例中，净化区温度为460℃±3℃，也就是控制在460℃左右，允许温度上下波动3℃左右。

本实施例的制备方法中，铝在第一投料口11投入后，因为熔铝区1温度较高，液体流向合金区2，合金区2控制温度在420℃熔炼，液体流向净化区3净化，经过净化后的液体通过出料口32排出。本实施例制备的锌合金含氧量小于0.001％，使得锌合金后续电镀时不会起泡，压铸不会产生裂纹等缺陷，具有成材率高，强度高，硬度高和扭力高等优点。

为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。

实施例1

原料组成：铝4％、镁0.5％余量为锌。

熔炼过程：在第一投料口投入铝，所述熔铝区温度为720℃-750℃，待铝熔化后；在第二投料口分4次投入锌，每次投入锌含量的25％；所述合金区温度控制在420℃；待锌熔化后，在第二投料口浸入式投入镁，使镁浸入熔炼炉的液体中，并且不与熔炼炉底部接触；带镁熔化后，通过扒渣口进行除渣，净化区温度控制在460℃，从出料口出料，进行浇铸得到锌合金。

实施例2

原料组成：铝4.1％、镁0.55％余量为锌。

熔炼过程：在第一投料口投入铝，所述熔铝区温度为720℃-750℃，待铝熔化后；在第二投料口分4次投入锌，每次投入锌含量的25％；所述合金区温度控制在420℃；待锌熔化后，在第二投料口浸入式投入镁，使镁浸入熔炼炉的液体中，并且不与熔炼炉底部接触；带镁熔化后，通过扒渣口进行除渣，净化区温度控制在460℃，从出料口出料，进行浇铸得到锌合金。

实施例1和实施例2制备得到的锌合金经过广东省工业中心检测，氧含量(O(％))均小于0.001％。检测方法参照GB/T5121.8-2008。

综上，说明本发明的制备方法得到的锌合金含氧量非常低，使得锌合金成材率较高。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

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3％-5％，镁0.2％-0.8％，余量为锌。

2.如权利要求1所述的锌合金，其特征在于，铝为3.5％-4.5％，镁为0.35％-0.65％。

3.如权利要求1所述的锌合金，其特征在于，铝为3.9％-4.3％，镁为0.4％-0.5％。

4.如权利要求1-3任一项所述的锌合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

先将相应质量百分比的铝投入熔炼炉内熔化成铝液，然后将相应质量百分比的锌投入熔炼炉内熔化并与铝液混合，然后将相应质量百分比的镁投入熔炼炉内的锌铝熔液中，待镁完全熔化后，出料浇铸。

5.如权利要求4所述的锌合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，分3-4次将锌投入熔炼炉内；每次投入锌含量的25％-35％。

6.如权利要求4所述的锌合金的制备方法，其特征在于，投入镁的方法为将镁伸入锌铝熔液中浸泡。

7.如权利要求4所述的锌合金的制备方法，其特征在于，使用熔炼炉来制备锌合金，所述熔炼炉被隔墙分隔为熔铝区、合金区和净化区，所述熔铝区、合金区和净化区的上方封闭且通过隔墙间隔开，下方相互连通，所述熔铝区、合金区的顶部分别设置有第一投料口和第二投料口，所述净化区底部设置有出料口，所述锌合金的制备方法包括如下步骤：

S2：在熔铝区顶部的第一投料口将铝锭投入熔铝区内，使铝锭熔化成铝液；

S4：在合金区顶部的第二投料口将锌锭投入合金区内，使所述锌锭在所述合金区熔化并与所述铝液混合；

S6：然后在锌铝熔液中投入镁锭，使镁锭熔化；

S8：从净化区的出料口出料；净化区的熔液温度为450℃-470℃。

8.如权利要求7所述的锌合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼炉底部设置有多个电磁感应体，所述电磁感应体用于将熔炼炉底部的金属物料感应加热熔化。

9.如权利要求7所述的锌合金的制备方法，其特征在于，所述熔铝区温度为720℃-750℃，进一步优选地为730℃-740℃；所述合金区温度为410℃-430℃，进一步优选地为420℃±3℃；所述净化区的熔液温度为460℃±3℃。

10.如权利要求7所述的锌合金的制备方法，其特征在于，所述净化区顶部设置有扒渣口，在步骤S8之前，还包括从所述扒渣口除渣的步骤，在步骤S6，镁锭从第二投料口投入。

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