[發明專利]含有帶孔洞或凹槽的鋯?鈦?鋁?鋅四元化合物粒子的鋅?鋁基中間合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201510630115.3
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105132744B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 王振卿;任浩;楊中喜
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22C18/04
• 分類號: C22C18/04;C22C30/06;C22C1/03
• 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

本發明屬于合金材料技術領域，涉及一種鋅-鋁基中間合金，具體涉及一種含有帶孔洞或凹槽的鋯-鈦-鋁-鋅四元化合物粒子的鋅-鋁基中間合金及其制備方法，可用作細化鋅-鋁合金中初生α-Al晶粒的Zn-Al-Zr-Ti中間合金細化劑。

背景技術

鋁含量大于5wt.%的過共晶鋅-鋁合金組織結構中含有分枝發達、尺寸較大的初生α-Al樹枝晶，為減少合金的縮孔、縮松及組元偏析等組織結構缺陷以及提高力學性能，通常需要對鋅-鋁合金中的α-Al樹枝晶進行細化，以盡可能地減少枝晶分枝數目和減小其晶粒尺寸。

申請號為201110233039.4和201210531475.4的專利分別提供了Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr中間合金，能夠很好地細化鋅-鋁合金組織結構中的初生α-Al樹枝晶。這兩種中間合金使鋅-鋁合金產生晶粒細化的基本原理是：其組織結構中含有TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固體粒子被釋放到鋅-鋁合金熔體中后對初生α-Al相起到異質形核基底的作用，使凝固過程中形成的α-Al晶粒數目增多從而導致其形貌得到改變、尺寸得到減小。申請號為201210423591.4的專利文獻表明，中間合金細化劑加入到待細化的合金中以后所釋放的固體形核粒子只有一小部分起到形核基底的功能，絕大部分粒子在凝固過程中被推向晶界而沒有發揮作用。因此，提高中間合金中所含粒子的形核能力才能進一步增加有效形核粒子的數量，從而提高中間合金的晶粒細化效能。

以上Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr兩種中間合金從兩專利文獻所給的晶粒細化效果來看，仍有進一步提高的潛力。初生α-Al相能否在鋅-鋁熔體中的TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固體粒子表面形核在很大程度上受到固體粒子表面曲率的影響，表面凹陷時比表面為平面或凸出時晶粒形核需要克服的表面能要低得多，因此粒子的形核能力強，中間合金的細化效能相應增高。以上Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr兩種中間合金中的TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固體粒子表面為凸面或平面，如能在粒子表面形成凹面區域，則Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr兩種中間合金的晶粒細化效能會有進一步提高。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種同時含有鋯、鈦元素的Zn-Al基中間合金，在合金基體中含有帶孔洞或者凹槽的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x（0<n<1,0<x<3）四元化合物粒子，具有比Zn-Al-Ti或Zn-Al-Zr中間合金更高的晶粒細化效能。

本發明還提供了該中間合金的制備方法。

本發明技術方案如下：

一種含有帶孔洞或凹槽的鋯-鈦-鋁-鋅四元化合物粒子的鋅-鋁基中間合金，其特征在于：由鋅、鋁、鋯、鈦四種元素組成，各元素的質量百分含量為：鋯2-6%，鈦1-3%，鋁15-40%，其余為鋅。

所述的鋯、鈦元素以Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子形式鑲嵌于基體中，其中0<n<1，0<x<3；所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子上分布有一個或多個孔洞，或者粒子外表面上有一個或多個凹槽，或者同時含有孔洞和凹槽；所述的基體為鋅-鋁基體。

優選的，所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子為多面體形狀，外徑尺寸為1-10μm。

優選的，所述的孔洞個數為1-2個，孔徑0.3-1.8μm；凹槽個數為1-2個，凹槽寬0.3-3μm、深0.3-3μm。

更優選的，所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子為立方晶體結構。

上述含有帶孔洞或凹槽的鋯-鈦-鋁-鋅四元化合物粒子的鋅-鋁基中間合金的制備方法，步驟包括：