[發明專利]鋅-鋁-鋯中間合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210531475.4
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102978425A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C18/04
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種鋅-鋁-鋯中間合金及其制備方法，屬于金屬合金材料的技術領域，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-Zn晶粒組織。

背景技術

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-Zn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；Al-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。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種適合鋅-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。

本發明還提供了該中間合金的制備方法。

本發明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1-50wt.%，鋯1.5-11wt.%，其余為鋅。

上述中間合金成分中，優選的，鋁1-9wt.%，鋯4-8wt.%，其余為鋅。

上述中間合金中，鋯元素主要以ZrAl_3-xZn_x(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：η-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，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物常見形式為ZrAl_2.4Zn_0.6、ZrAl_2.2Zn_0.8、ZrAl₂Zn、ZrAl_1.8Zn_1.2、ZrAl_1.5Zn_1.5或_??ZrAl_1.4Zn_1.6中的一種或多種。

上述中間合金中，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物粒子為球形或多面體狀，外徑尺寸為0.1-10μm，大多數為0.1-5μm。

上述中間合金中，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物粒子具有立方晶體結構，晶格常數為a=0.407nm。

本發明鋅-鋁-鋯中間合金的制備方法，包括以下步驟：

???1）?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(1-0.00605n）克Zn-(c+0.395n)%Al合金、0.0311mn克K₂ZrF₆；

????2）將Zn-Al合金用感應電爐熔化至650-700℃，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℃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；