本發明專利技術涉及一種鋅-鋁-鋯中間合金及其制備方法和應用，鋅-鋁-鋯中間合金由以下成分組成：鋁1-50wt.%，鋯1.5-11wt.%，其余為鋅，其中，鋯元素主要以ZrAl3-xZnx化合物粒子形式鑲嵌于中間合金的基體中；制備方法以鋅-鋁合金和氟鋯酸鉀作為原料，用感應電爐加熱，分層，去掉上層油狀物，把下層合金澆筑于模具中即得；本發明專利技術的制備方法易于操作，生產成本低，適于工業化生產，本發明專利技術對合金有很好的細化作用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種鋅-鋁-鋯中間合金及其制備方法，屬于金屬合金材料的
，所制備的鋅-鋁-鋯中間合金可用于細化鋅-鋁合金的初生α-Al或初生η-Ζη晶粒組織。
技術介紹
過共晶和亞共晶鋅-鋁合金在凝固過程中分別生成分枝發達、尺寸較大的初生α-Al，或初生η-Ζη樹枝晶，導致微結構及成分偏析缺陷，使力學和耐腐蝕性能下降。為此，實際生產中通常向鋅-鋁合金中添加晶粒細化劑以細化晶粒，提高合金性能。目前已經發現鋯元素對鋅-鋁合金中的上述兩種晶粒產生較好的細化作用。鋯元素目前主要以Al-Zr、Mg-Zr, Zn-Zr中間合金的方式加入到待細化的鋅-鋁合金中。這些中間合金與待細化鋅-鋁合金所含鋁、鋅、鎂元素的數量差別較大，對化學成分要求嚴格的鋅-鋁合金不適用；A1-Zr中間合金熔點高于鋅-鋁合金，細化時需要提高熔煉溫度或延長保溫時間；鋅、鎂元素與鋯的熔點差別較大且易燃燒和氧化，生產Zn-Zr、Mg-Zr中間合金時易出現鋅、鎂的氧化、燃燒問題；以上三種中間合金中鋯元素以二元鋁-鋯、鎂-鋯或鋅-鋯化合物形式存在，這些化合物在鋅-鋁熔體中需要進一步熔解或發生反應才能對晶粒細化產生作用，需要的添加量大，在細化保溫過程中二元化合物與鋅-鋁熔體密度差別大，易在熔體中沉淀或上浮而產生鋯元素偏析。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種適合鋅-鋁合金晶粒細化用的鋅-鋁-鋯中間合金，該中間合金對鋅-鋁合金具有很好的晶粒細化作用。本專利技術還提供了該中間合金的制備方法。本專利技術是通過以下措施實現的一種鋅-鋁-鋯中間合金，由以下成分組成鋁l_50wt.%，鋯I. 5-1 Iwt. %，其余為鋅。上述中間合金成分中，優選的，鋁l_9wt. %，鋯4_8wt. %，其余為鋅。上述中間合金中，鋯元素主要以ZrAl3_xZnx(0.4〈x〈1.7)化合物粒子形式鑲嵌于中間合金的基體中。所述的基體是指n-Zn晶粒組織、Zn-Al共晶組織、初生η-Zn晶粒與Zn-Al共晶組織的混合體、初生α -Al晶粒與Zn-Al共晶組織的混合體、或者是初生α -Al與Zn-Al共析組織的混合體。上述中間合金中，ZrAl3^xZnx(O. 4〈χ〈1· 7)化合物常見形式為ZrAl2.4Zn0.6、ZrAl2 2Zn0 8> ZrAl2Zru ZrAl1 SZn1 2> ZrAlh5Znh5 或 ZrAl14Zn16 中的一種或多種。上述中間合金中，ZrAl3^xZnx (O. 4<χ<1. 7)化合物粒子為球形或多面體狀，外徑尺寸為O. 1-lOMm，大多數為O. l-5Mm。上述中間合金中，ZrAl3_xZnx(0. 4<χ<1. 7)化合物粒子具有立方晶體結構，晶格常數為 a=0. 407nm。本專利技術鋅-鋁-鋯中間合金的制備方法，包括以下步驟 O按如下配比稱取鋅-鋁合金和氟鋯酸鉀(K2ZrF6)作為原料若制備m克Zn-c%Al-n%Zr (元素前百分數表示重量百分比，以下相同)合金，則稱取m(l_0. 00605η)克Zn-(c+0. 395n) %A1 合金、0. 031 Imn 克 K2ZrF6 ； 2)將Zn-Al合金用感應電爐熔化至650-700°C，然后分批加入K2ZrF6，若總質量少于15克時可一次全部加入，每批為Zn-Al合金重量的5-30%，待前批K2ZrF6完全熔化為油狀液體后再加入下一批；在K2ZrF6與Zn-Al熔體反應過程中調整感應電爐，使熔體溫度保持在650-700 °C范圍內，并通過電爐的電磁感應作用促進反應過程的進行和對熔體進行攪拌； 3)K2ZrF6完全加入后感應電爐繼續工作2-15分鐘，使熔體溫度升至670_750°C，并通過電磁攪拌作用使熔體進一步混合均勻； 4)Ζη-Α1合金與K2ZrF6反應后形成的熔體分成上層油狀物和下層合金熔體兩層。去掉上層油狀物，將下層合金熔體充分攪拌后澆注入模具中，合金熔體凝固后即得鋅-鋁-鋯中間合金。以上任一項所述的鋅-鋁-鋯中間合金在細化亞共晶或過共晶鋅-鋁合金中的應用，鋅-鋁-鋯中間合金加入亞共晶鋅-鋁合金中用于細化其中的初生η-Ζη晶粒；加入過共晶鋅-鋁合金中用于細化其中的初生α -Al晶粒。上述鋅-鋁-鋯中間合金在細化亞共晶或過共晶鋅-鋁合金中的應用，方法為將鋅-鋁-鋯中間合金以O. 05-lwt. %的加入量加入到430-550°C的待細化亞共晶鋅-鋁合金或450-650°C的待細化過共晶鋅-鋁合金熔體中保溫2-15分鐘并使之均勻分布。在上述中間合金的制備過程中，K2ZrF6與Zn-Al合金熔體發生如下化學反應 3K2ZrF6 + 3xZn + (13_3x)Al =4KA1F4 + 2KF + 3ZrAl3_xZnx 據上式可計算出制備含Zr η%> η c% (重量比，以下相同)的Zn-Al-Zr合金m克,需要Zn-Al 合金 m(l-0. 00605η )克及 O. 031 Imn 克 K2ZrF6 ;其中 Zn-Al 合金含鋁為(c+Ο. 395η)%。 上述反應產物中的氟化物熔體密度小于合金熔體密度，以油狀物形式漂浮于合金熔體上層，氟鹽原料中的鋯原子會進入下層鋅-鋁熔體中反應生成三元Zr-Al-Zn三元化合物。對中間合金進行掃描電鏡、EDX能譜及X射線衍射(XRD)分析表明，此三元化合物可用ZrAl3^xZnx表示，具有立方晶體結構，其晶格常數為a=0. 407nm，其中x的數值范圍在O. 4與I. 7之間。在以上制備過程中通過控制合金熔體溫度及K2ZrF6的加入量并借助感應電爐的電磁攪拌作用能夠控制ZrAl3_xZnx化合物粒子的尺寸在IOMm甚至5Mm以下，并通過感應電爐的電磁攪拌作用使這些化合物粒子在Zn-Al基體中均勻分布，見附圖I和附圖8。若制備過程中無電磁攪拌作用，反應溫度需要提高、反應時間需要延長，同時因缺少及時的攪拌作用，數量過多的鋯元素集中于熔體局部區域，導致ZrAl3_xZnx化合物粒子尺寸較大或聚集成團，使中間合金細化效果下降并可能在細化后引發鋅-鋁合金的產品質量問題。以上所得鋅-鋁-鋯中間合金對鋅-鋁合金中的初生α-Al或初生η-Ζη晶粒具有高效的晶粒細化作用。將鋅-鋁-鋯中間合金加入到待細化的鋅-鋁合金中后，ZrAl3^xZnx(O. 4<χ<1. 7)粒子被釋放入熔體中，在熔體冷卻時直接成為鋅-鋁合金中初生α -Al或初生il-Zn晶粒形核的起始基底(見圖6、7、11 )，從而使晶粒數量增多，晶粒得到細化。由于ZrAl3_xZnx(0. 4<χ<1. 7)粒子直接起到形核作用，因此較少的鋅-鋁-鋯中間合金加入量就可提供大量的ZrAl3_xZnx(0. 4<χ<1. 7)粒子以起到高效的細化作用，實施例I和2中，分別為O. 02%和O. 025%的錯元素加入量,就已經起到高效的細化作用。而用Al-Zr中間合金、含鋯的氟鹽或Zn-Zr中間合金進行細化時，由于這些細化劑不能直接提供初生α -Al或初生η-Ζη晶粒的形核粒子，需要由細化劑中的含鋯化合物在鋅-鋁熔體中發生進一步的熔解或與鋅-鋁發生反應才能起到細化作用(反應的過程和產物及細化的原理本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋅?鋁?鋯中間合金，其特征是，由以下成分組成：鋁1?50wt.%，鋯1.5?11wt.%，其余為鋅；所述鋯元素以ZrAl3?xZnx?化合物粒子形式鑲嵌于中間合金的基體中，其中，0.4
【技術特征摘要】
1.一種鋅-鋁-鋯中間合金，其特征是，由以下成分組成鋁l_50wt.%，鋯I. 5-1 1wt. %，其余為鋅； 所述鋯元素以ZrAl3_xZnx化合物粒子形式鑲嵌于中間合金的基體中，其中，0.4〈x〈l. 7 ； 所述基體是指下面組織中的一種n-Zn晶粒組織、Zn-Al共晶組織、初生n_Zn晶粒與Zn-Al共晶組織的混合體、初生a -Al晶粒與Zn-Al共晶組織的混合體或初生a -Al與Zn-Al共析組織的混合體。2.根據權利要求1所述的鋅-鋁-鋯中間合金，其特征是，由以下成分組成鋁l-9wt. %，鋯 4-8wt. %，其余為鋅。3.根據權利要求1或2所述的鋅-鋁-鋯中間合金，其特征是，所述ZrAl3_xZnx為以下化合物中的一種或多種ZrAl2.4Z%6、ZrAl2 2Zn0 8> ZrAl2Zru ZrAl1 SZn1 2> ZrAl1 SZn1 5>ZrAl1. 6°4.根據權利要求1所述的鋅-鋁-鋯中間合金，其特征在于，所述ZrAl3_xZnxK合物粒子為球形或多面體狀，外徑尺寸為0.5.根據權利要求4所述的鋅-鋁-鋯中間合金，其特征在于，所述的ZrAl3_xZnx化合物粒子的外徑尺寸為0. l-5Mm。6.根據權利要求1、2或5所述的鋅-鋁-鋯中間合金，其特征在于，所述ZrAl3_xZnx化合物粒子具有立方晶體結構，晶格常數為a=0. 407nm。7.—種權利要求1-6任一項所述的鋅-鋁-鋯中間合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)稱取m(l-0. 00605n)克 Zn-(c+0. 395n)%...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王振卿，高春艷，王英姿，盛萌，張元偉，張子堂，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。