CN112210681B - 一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，包括以下步骤：1.按照质量比为1:1称取一级海绵钛和纯铜块，并用电弧熔炼炉进行熔炼，制取铜钛合金锭；2.将铜钛合金锭进行单辊旋淬快速凝固，制取铜钛合金非晶带；3.将纯锌放入电阻炉中，将铜钛合金非晶带压入锌熔体中，随后浇注到内径为20mm的石墨模具中；4.将锌铜钛合金铸锭加热保温，进行7次轧制变形处理；杆材在180℃‑200℃下保温10‑20min后，进行4次轧制变形得到直径为3mm的锌铜钛合金丝材。本发明制备方法一方面解决了熔炼过程中锌挥发的问题，另一方面铜钛合金非晶带更容易扩散到锌熔体中，大大缩短锌合金的熔炼时间，更重要的是铜钛非晶带没有晶体结构，有助于锌铜钛合金耐蚀性能的提高。

Description

一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，属于合金材料制备领域。
背景技术
锌合金是一种高性能的环保材料，同时也是一种重要的工业合金。锌合金产品由于其加工工序较其他合金简单、成型时间短、不需要过于复杂的设备等优点，降低了本身的制造成本，因此被广泛应用于机械制造、化工、电气、汽车制造及钢铁等领域。调查表明我国的锌资源十分丰富，到目前为止国内外已经开发出了大量的锌合金制品，而在我国的有色金属消耗中，锌的消耗量已经与铝和铜相当，成为我国经济支柱的重要组成成分。但是锌合金自身依然存在比重大、硬度低、合金强度在高温环境下会降低等缺陷，正是这些缺陷的存在限制了锌合金的使用。根据国内外的研究结论，合金化能够提高合金的性能，包括合金的力学性能、结构稳定性及耐腐蚀性能等。近些年来，锌的合金化使其铸造性能、机械性能等到了极大地改善，同时也保留了金属锌特殊的防腐机理。但是在具体的应用之前，还需要考虑各方面性能是否达标。Zn-Cu-Ti合金在建筑行业的商品名是钛锌板，主要应用于建筑物的表面覆盖，具有良好的耐腐蚀性、机械性能和外形美观等优点。如今，该合金的应用范围已经逐渐扩展到了电子器件、汽车制造、生活用品和防腐涂层等领域。
纯净的金属锌在常压下的熔点为419.58℃，沸点为906.97℃，而铜钛中间合金的熔点为1065℃，Zn-Cu-Ti合金制造的传统方式是将纯锌添加到铜钛中间合金中，该方法存在明显的不足：在此温度下添加纯锌颗粒，势必造成锌的大量挥发，影响合金的成分并造成锌资源的浪费，另一方面传统方式制备的Zn-Cu-Ti合金防腐蚀性能十分有限。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，一方面，解决制备该种合金过程中锌资源因挥发导致的浪费；另一方面，解决当前锌铜钛合金耐蚀能力不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量比为1:1称取一级海绵钛和纯铜块，并用电弧熔炼炉进行熔炼，在电磁搅拌条件下进行多次熔炼，以制取铜钛合金锭；
(2)将步骤(1)制备的铜钛合金锭进行单辊旋淬快速凝固，制取铜钛合金非晶带，带的宽度和厚度分别为2mm和40μm；
(3)将纯锌放入电阻炉中，当锌熔体温度达到600-650℃时，利用石墨钟罩将步骤(2)制备的铜钛合金非晶带压入锌熔体中，并在该温度下保温0.5h-2h，随后将锌铜钛合金熔体浇注到内径为20mm的石墨模具中，得到棒状的锌铜钛合金铸锭，且锌铜钛铸锭合金成分为Zn-0.2Cu-0.2Ti，Zn-0.3Cu-0.3Ti和Zn-0.4Cu-0.4Ti；
(4)将步骤(3)制备的锌铜钛合金铸锭加热到350-380℃，保温10-20min，进行7次轧制变形处理，获得直径为8mm的锌铜钛合金杆材；杆材在180℃-200℃下保温10-20min后，进行4次轧制变形得到直径为3mm的锌铜钛合金丝材。
优选的，步骤(1)中的所述电弧熔炼次数不低于3次。
优选的，步骤(2)中的单辊旋淬时铜盘的旋转速度不低于20m/s。
本发明制备方法的有益效果为：使用电弧熔炼和单辊旋淬技术制备铜钛合金非晶带，并将铜钛合金非晶带引入到锌熔体中，制备锌铜钛合金铸锭。铸锭经热轧制和拉拔处理，得到3mm直径的锌铜钛合金丝材。用铜钛合金非晶带代替传统的铜钛中间合金锭，采用低温熔炼工艺制备锌铜钛合金，一方面解决了熔炼过程中锌挥发的问题，另一方面铜钛合金非晶带更容易扩散到锌熔体中，大大缩短锌合金的熔炼时间，更重要的是铜钛非晶带没有晶体结构，依据遗传性特征，铜钛原子在锌熔体中分散更加均匀，有助于获得成分更加均匀的锌铜钛合金，这可有助于锌铜钛合金耐蚀性能的提高。
附图说明
图1是锌铜钛合金棒材和丝材的实物图；
图2(a)为铜钛合金非晶带实物图，(b)为非晶带的物相特征；
图3(a)(b)是Zn-0.3Cu-0.3Ti(非晶带)在金相显微镜下的形貌、(c)(d)为Zn-0.3Cu-0.3Ti(非晶带)在SEM下的组织形貌；
图4(a)(b)是Zn-0.4Cu-0.4Ti(非晶带)在金相显微镜下的形貌、(c)(d)是Zn-0.4Cu-0.4Ti(非晶带)在SEM下的组织形貌；
图5(a)(b)是Zn-0.3Cu-0.3Ti在3.5％NaCl溶液中的极化曲线和交流阻抗、(c)(d)是
Zn-0.4Cu-0.4Ti在3.5％NaCl溶液中的极化曲线和交流阻抗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量比为1:1称取一级海绵钛和纯铜块，并用电弧熔炼炉进行熔炼，为了保证各成分之间熔融的完全充分，所以电弧熔炼的次数最好保证3次以上，在电磁搅拌条件下进行多次熔炼，以制取铜钛合金锭；
(2)将步骤(1)制备的铜钛合金锭进行单辊旋淬快速凝固，操作时作为最优选方案，铜盘的转速不低于20m/s，过低会造成非晶难以生长。制取铜钛合金非晶带，带的宽度和厚度分别为2mm和40μm；图2中的(a)为铜钛合金非晶带实物图，(b)为非晶带的物相特征。
(3)将纯锌放入电阻炉中，当锌熔体温度达到600-650℃时，利用石墨钟罩将步骤(2)制备的铜钛合金非晶带压入锌熔体中，并在该温度下保温0.5h-2h，随后将锌铜钛合金熔体浇注到内径为20mm的石墨模具中，得到棒状的锌铜钛合金铸锭，且锌铜钛铸锭合金成分为Zn-0.2Cu-0.2Ti，Zn-0.3Cu-0.3Ti和Zn-0.4Cu-0.4Ti。图3、4中的(a)(b)分别是Zn-0.3Cu-0.3Ti(非晶带)Zn-0.4Cu-0.4Ti(非晶带)在金相显微镜下的形貌；
(4)将步骤(3)制备的锌铜钛合金铸锭加热到350-380℃，保温10-20min，进行7次轧制变形处理，获得直径为8mm的锌铜钛合金杆材；杆材在180℃-200℃下保温10-20min后，进行4次轧制变形得到直径为3mm的锌铜钛合金丝材，如图1所示。
对得到的锌铜钛合金进行耐腐蚀性能的测试，得到结果如图5所示，铜钛中间合金以非晶带的形式加入到锌基体中，在马弗炉中以低温(660℃)保温0.5h得到的锌铜钛合金的耐腐蚀性能要高于传统方式得到的锌铜钛合金，并且该方法在较低温度下进行，减少了锌的挥发，节约了成本。

Claims (3)

1.一种防腐蚀用锌铜钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照质量比为1:1称取一级海绵钛和纯铜块，并用电弧熔炼炉进行熔炼，在电磁搅拌条件下进行多次熔炼，以制取铜钛合金锭；
(2)将步骤(1)制备的铜钛合金锭进行单辊旋淬快速凝固，制取铜钛合金非晶带，带的宽度和厚度分别为2mm和40μm；
(3)将纯锌放入电阻炉中，当锌熔体温度达到600-650℃时，利用石墨钟罩将步骤(2)制备的铜钛合金非晶带压入锌熔体中，并在该温度下保温0.5h-2h，随后将锌铜钛合金熔体浇注到内径为20mm的石墨模具中，得到棒状的锌铜钛合金铸锭，且锌铜钛铸锭合金成分为Zn-0.2Cu-0.2Ti，Zn-0.3Cu-0.3Ti和Zn-0.4Cu-0.4Ti；
(4)将步骤(3)制备的锌铜钛合金铸锭加热到350-380℃，保温10-20min，进行7次轧制变形处理，获得直径为8mm的锌铜钛合金杆材；杆材在180℃-200℃下保温10-20min后，进行4次轧制变形得到直径为3mm的锌铜钛合金丝材。
2.根据权利要求1所述的锌铜钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述电弧熔炼次数不低于3次。
3.根据权利要求1所述的锌铜钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的单辊旋淬时铜盘的旋转速度不低于20m/s。
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