[發明專利]一種納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金的制備方法及其產品

在審

• 申請號: 202211260016.7
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115383107A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 劉志威;徐詩鑫;朱科;鄧敖;張芝民;關小石;白書霞;萬祥睿;馮科
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪工程技術股份有限公司
• 主分類號: B22F1/054
• 分類號: B22F1/054;C22C1/02;C22C18/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種納米顆粒改性的均質Zn?Bi偏晶合金的制備方法及其產品，屬于偏晶合金的制備技術領域。本發明主要是在Zn?Bi合金的高溫混溶區內將納米顆粒(添加的納米顆粒能在Zn?Bi偏晶合金體系中穩定存在)均勻分散的加入到熔體中，對Zn?Bi合金進行改性，制備得到Bi相尺寸細小且均勻、彌散的分布在基體中的均質Zn?Bi偏晶合金，主要原因在于：當凝固過程開始合金進入難混溶區域時Bi相會從溶液中析出并且開始形核長大；與此同時，納米顆粒由于表面能的作用會迅速的聚集到正在長大的Bi相和Zn基體的界面之間，并且在Bi相的周圍形成一層由納米顆粒構成的膜；此外納米顆粒作為異質形核點能夠促進Bi相的形核，從而進一步細化Bi相。

技術領域

本發明屬于偏晶合金的制備技術領域，涉及一種納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金的制備方法及其產品。

背景技術

偏晶合金，又稱為難混溶合金，它作為結構材料和功能材料在工業界有著廣泛的應用，例如：Al-Bi合金或Al-Pb合金是一種很好的軸承與自潤滑材料，Bi-Ga合金或Cu-Pb合金是一種很好的超導材料，Zn-Bi合金是一種很好的電化學材料。

但是對于這類合金在相圖上都會有一個明顯的兩液相不混溶區域，當溫度高于難混溶區域的臨界溫度時，兩液相組元能夠很好的混合形成單一的溶液；當溫度降低至難混溶區域時，單相溶液會變得不穩定，并且受到形核、擴散、凝并、ostwald熟化等影響，此時的第二相組元會迅速的長大形成很大的液滴，這些液滴也會通過碰撞繼續長大最終在重力的作用下沉降并形成嚴重的宏觀偏析，導致該類合金的應用失去價值。

因此研究通過適當的方法制備出第二相彌散分布的凝固組織成為工業界最重要的問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金的制備方法；本發明的目的之二在于提供一種納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1.一種納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將鋅粒和鉍塊組成的混合物置于坩堝中，在惰性氣體的保護下，加熱至鋅粒和鉍塊全部熔化；

(2)在攪拌狀態下，向步驟(1)中熔化后的坩堝中加入由鋅箔包裹的納米顆粒，待鋅箔全部熔化后，升溫至溫度達到目標溫度，其中目標溫度為液相線點溫度升高50～200℃，所述液相線點溫度為鋅箔熔化后鋅和鉍的配比形成的Zn-Bi合金的液相線點溫度，

所述納米顆粒包括碳化硅(SiC)、金屬氧化物納米顆粒、金屬碳化物納米顆粒或金屬硼化物納米顆粒中的任意一種或幾種；

(3)待步驟(2)中的目標溫度穩定后，將超聲波探頭置于坩堝中的熔體中，超聲處理使其分散均勻，即可得到納米顆粒改性的均質Zn-Bi偏晶合金。

優選的，步驟(1)中所述混合物中鉍塊的質量分數為1％-50％。

優選的，步驟(1)中所述坩堝為石墨坩堝、氧化鋁坩堝或氧化鎂坩堝中的任意一種。

優選的，步驟(1)中所述加熱采用電阻絲加熱爐或電磁感應中頻加熱爐中的任意一種進行。

優選的，步驟(2)中所述攪拌的速率不超過1000rpm。

優選的，步驟(2)中所述金屬氧化物納米顆粒包括三氧化二鋁(Al₂O₃)或氧化鋯(ZrO)中的任意一種或幾種；

所述金屬碳化物納米顆粒包括碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)或碳化釩(VC)中的任意一種或幾種；

所述金屬硼化物納米顆粒包括硼化鈦(TiB₂)。