專利名稱：：一種鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋅合金領(lǐng)域，具體來說，涉及采用鋁、硼、鎂、鐵等合金元素對鋅銅鈦合金進(jìn)一步合金化并采取鑄造、軋制或擠壓等加工工藝得到具有不同力學(xué)性能以及物理性質(zhì)的鋅合金，同時提供了制備該合金的方法。本發(fā)明的合金作為功能結(jié)構(gòu)材料，滿足了建筑、電力、通訊、交通等部門的需要。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)同類多元鋅合金產(chǎn)品。國外廠家生產(chǎn)的商品主要是含有銅鈦的鋅合金板材，不能滿足各行業(yè)對不同合金性能的需求?，F(xiàn)有歐洲的德國、希臘等國家主要生產(chǎn)鈦鋅合金制成的鈦鋅板材，主要的廠家有RHEINZINK、VMZINC、NEDZINK、DOMAZINC等。它們生產(chǎn)的鈦鋅合金的化學(xué)成分及板材規(guī)格和性能如下文的表1所示。表1目前國外的鈦鋅合金的化學(xué)成分及板材規(guī)格和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>我國在鈦鋅板在施工當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度不夠，在建筑領(lǐng)域制作屋面時，與其他材料例如鋁鎂錳合金難于匹配，因此，從立足國內(nèi)多項(xiàng)工程使用對性能方面要求來看，需要系列高強(qiáng)度，高韌性而且具備不同物理性質(zhì)的鋅合金材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料，含有銅0.5-3.20wt.%;鈦0.03-0.28wt.o/o;鋁1.0-18.0wt.%;硼0.01-0.10wt%;鐵0.03-0.15wt.%;余量為鋅。進(jìn)一步地，優(yōu)選所述材料含有銅1.80wt.%;鈦0.28wt.%;鋁1.8wt.%;硼0.03wt.。/。；鐵0.09wt.。/。。進(jìn)一步地，優(yōu)選所述材料含有銅1.9wt.°/。；鈦0.12wtn/。；鋁2.9wt.%;硼0.02wt.。/。；鐵0.11wt0/。。進(jìn)一步地，所述材料含有鎂0.01-0.08wt.。/。。優(yōu)選0.05wtn/。。本發(fā)明的另一目的是提供一種制備鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料的方法，包括以下步驟1)煉制中間合金將金屬鋅、銅、鈦以配比55:45:5或以配比45:55:5或者將金屬鋁、銅、鈦以重量比74:12:4在真空感應(yīng)爐內(nèi)于600—820"C熔融均勻；2)熔融鋅錠將純度99.995%的鋅錠在感應(yīng)爐內(nèi)熔融，熔融溫度為520—57(TC，加入中間合金，中間合金占鋅錠重量的3-7%。3)添加金屬按照鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料中所含的添加金屬(鋁、銅、鈦、硼、鐵等)的重量百分比來稱量并以碎塊或合金絲棒添加到熔融物中；4)除渣及氣體利用陶瓷芯濾網(wǎng)去除渣，在靜置爐中去氣；5)澆鑄澆鑄到鑄模中獲得合金坯料。進(jìn)一步地，鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料為板材，所述板材的連續(xù)澆鑄步驟是在連續(xù)澆鑄機(jī)中鑄成厚度10-50毫米，寬度為600-1200毫米的板坯，并經(jīng)溫軋、冷軋，巻板后獲得本發(fā)明的板材。進(jìn)一步地，所述溫軋是經(jīng)過2-5架軋機(jī)軋制，軋制溫度為100-250°C，軋后巻取,冷卻；進(jìn)一步地，所述冷軋是經(jīng)過2架軋機(jī)。本發(fā)明技術(shù)效果如下1)本發(fā)明鋅銅鈦合金的化學(xué)成分比上述鈦鋅板所含有的銅、鈦、鋁元素的數(shù)量范圍不同，而且通過添加鎂、硼和鐵以及稀土元素的成分，顯著地起到了根據(jù)不同產(chǎn)業(yè)部門的要求能夠在較大范圍調(diào)整力學(xué)性能及磁性、阻尼和腐蝕性能等各項(xiàng)指標(biāo)。2)在加工工藝方面，從單一的軋制發(fā)展到可采用鑄造、擠壓，因而可得到除板材以外的工件、型材，滿足不同產(chǎn)業(yè)部門對結(jié)構(gòu)材料的需要。43)由于合金化以及加工方式的不同，在產(chǎn)品性能方面，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能達(dá)到一定幅度的提高，本發(fā)明的合金材料的力學(xué)參數(shù)具體參見表2。表2本發(fā)明的鋅銅鈦合金的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1高性能多元鋅合金的制備制造過程如下1.1用真空感應(yīng)爐在650-75(TC冶煉鋅銅鈦的三元中間合金，三者的重量比為鋅銅鈦=55:45:5;1.2用外熱式坩鍋爐在500-550。C融化99.995%的純鋅錠；1.3基于純鋅錠的重量加入5%的鋅銅鈦三元中間合金；1.4均勻融化后按照鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料中所含的添加金屬(鋁、銅、鈦、硼、鐵等)的重量百分比來稱量并添加金屬碎塊或合金絲到熔融物中；其中合金中所含的金屬元素及其重量百分比如下CuTiAlBFe1.800.281.80.030.09余量為鋅；1.5以鑄嘴將熔融的合金澆鑄進(jìn)鑄模；1.6鑄模冷卻后獲得本發(fā)明的多元鋅合金。實(shí)施例2高性能多元鋅合金的制備制造過程如下1.1用真空感應(yīng)爐在700-800。C冶煉鋅銅鈦的三元中間合金，三者的重量比為鋅銅鈦=45:55:5;1.2用外熱式坩鍋爐在520-55(TC融化99.995%的純鋅錠；1.3基于純鋅錠的重量加入3%的銅、鈦及鋅三元中間合金；1.4均勻融化后按照鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料中所含的添加金屬(鋁、銅、鈦、硼、鐵等)的重量百分比來稱量并添加金屬碎塊和合金絲到熔融物中；其中合金中所含的金屬元素及其重量百分比如下CuTiAlBFe1.90.122.90.020.11余量為鋅；1.5以鑄嘴將熔融的合金澆鑄進(jìn)鑄模；1.6鑄模冷卻后獲得本發(fā)明的多元鋅合金。實(shí)施例3高性能多元鋅合金的制備以金屬鋁、銅、鈦以重量比74:12:4形成的中間合金代替實(shí)施例1中的鋅、銅、鈦中間合金形成新的實(shí)施例3。最終合金的化學(xué)成分(wt.%)為CuTiAlBFe1.800.28150.030.05實(shí)施例4高性能多元鋅合金的制備以金屬鋁、銅、鈦以重量比74:12:4形成的中間合金代替實(shí)施例2中的鋅、銅、鈦中間合金形成新的實(shí)施例4。最終合金的化學(xué)成分(wt.%)為CuTiAlBFe1.800.28100.030.09實(shí)施例5高性能多元鋅合金的制備采用實(shí)施例3相同的方法制備，只是除了在添加金屬中加入鎂，最終的合金成分為化學(xué)成分(Wt.%):CuTiAlMgBFe0.50.154.10.060.030.09實(shí)施例6高性能多元鋅合金的制備采用實(shí)施例3相同的方法制備，只是除了在添加金屬中加入鎂和稀土元素La、Nd、Ce、Pr等鑭系金屬RE。最終的合金成分為化學(xué)成分(wt.%):CuTiAlMgFeBRE0.50.154.10.060.090.030.05實(shí)施例7高性能多元鋅合金板材的制備將實(shí)施例1-6中的相應(yīng)步驟5)替換為將熔融合金在連續(xù)澆鑄機(jī)中鑄成厚度10-50毫米，寬度為600-1200毫米的板坯，并經(jīng)合金板坯加熱至250-300°C;再經(jīng)過二架三輥式軋機(jī)往復(fù)溫軋4道次，達(dá)到厚度為1.0-4.0毫米，寬度為600-1200毫米的板材；然后再將溫軋板材經(jīng)過三輥式冷軋機(jī)進(jìn)行冷軋，得到厚度為0.5-2.0毫米。其中，對獲得的實(shí)施例1或2的合金板材按照相關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)法；GB/T4340.1-1999GB/T434—1999金屬硬度試驗(yàn)第一部分試驗(yàn)方法；)的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，結(jié)果示于表3、4和表5中。表3對應(yīng)實(shí)施例1的合金組分獲得的多元鋅合金板材的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>現(xiàn)有的鈦鋅板抗拉強(qiáng)度為160-170兆帕，而本發(fā)明合金為300-400兆帕;現(xiàn)有的鈦鋅板屈服強(qiáng)度為120-145兆帕，而本發(fā)明合金為230-300兆帕，兩者相比，通過同時添加硼、鐵、鎂、稀土元素中的一種或多種，使本發(fā)明的合金在抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度方面均有顯著提高。同時延伸率達(dá)到15%以上，這在應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)可用，而且在技術(shù)結(jié)構(gòu)上，由于其無磁、屏蔽不產(chǎn)生撞擊火花的特性而完全能夠滿足高強(qiáng)度，綜合強(qiáng)韌性的使用要求。上述的實(shí)施例只是用具體的實(shí)例來說明本發(fā)明，它不應(yīng)該理解為是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。而且，熟悉該技術(shù)的人們可以明白，在不脫離本發(fā)明精神和原理下，對本發(fā)明所進(jìn)行的各種等效變化、變型以及在文中沒有描述的各種改進(jìn)均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料，含有銅0.5-3.20wt.％；鈦0.03-0.28wt.％；鋁1.0-18.0wt.％；硼0.01-0.10wt.％；鐵0.03-0.15wt.％；余量為鋅。2、如權(quán)利要求1所述的材料，其中所述材料含有銅1.80wt.%;鈦0.28wt.%;鋁1.8wt.%;硼0.03wt.。/。；鐵0.09wt.%。3、如權(quán)利要求1所述的材料，其中所述材料含有銅1.9wt.%;鈦0.12wt.%;鋁2.9wt.o/o;硼0.02wt.o/o;鐵0.11wt.0/()。4、如權(quán)利要求l-3一任一項(xiàng)所述的材料，其特征在于，所述材料含有鎂0.01-0.08wt.。/。和/或稀土元素0.01-0.05wt.%。5、如權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于，所述材料含有鎂0.05wt.%，含有稀土元素0.05wt.%。6、如權(quán)利要求5所述的材料，其特征在于，所述稀土元素為La、Nd、Ce禾口/或Pr。7、一種制備權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料的方法，包括以下步驟1)煉制中間合金將金屬鋅、銅、鈦以重量比55:45:5或45:55:5或者將金屬鋁銅、鈦以重量比74:12:4的中間合金在真空感應(yīng)爐內(nèi)于600—82(TC熔融均勻；2)熔融鋅錠將純度99.995%的鋅錠在感應(yīng)爐內(nèi)熔融，熔融溫度為520—570°C，加入中間合金，中間合金占鋅錠的重量的4-7%;3)添加金屬按照鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料中所含的鋁、銅、鈦、硼和鐵或者任選添加的鎂和/或稀土元素的重量百分比來稱量，并添加這些金屬粉或合金絲到熔融物中；4)除渣及氣體利用陶瓷芯濾網(wǎng)去除渣，通過攪拌以及在靜置爐中去氣；5)連續(xù)澆鑄或模鑄利用鑄造機(jī)連續(xù)澆鑄或澆鑄到鑄模中獲得合金。8、如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料為板材，所述的連續(xù)澆鑄步驟是在連續(xù)澆鑄機(jī)中鑄成厚度15-50毫米，寬度為600—1200毫米的板坯，并經(jīng)溫軋、冷軋，巻取后獲得板材。9、如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述溫軋是經(jīng)過2-5架軋機(jī)軋制，軋制溫度為100-250°C，軋后巻取，冷卻。10、如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述冷軋是經(jīng)過2架軋機(jī)。全文摘要本發(fā)明公開了一種鋅銅鈦多元合金功能結(jié)構(gòu)材料，含有銅0.5-3.20wt.％；鈦0.03-0.28wt.％；鋁1.0-18.0wt.％；硼0.01-0.10wt.％；鐵0.03-0.15wt.％；余量為鋅。本發(fā)明還提供了該合金的板材以及制備方法。本發(fā)明鋅銅鈦合金通過添加鎂、硼和鐵的成分，起到了根據(jù)不同部門的要求在較大范圍內(nèi)來調(diào)整力學(xué)性能及磁性以及阻尼的各項(xiàng)指標(biāo)。同時，由于合金化以及加工方式的不同，在產(chǎn)品性能方面，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率等力學(xué)性能根據(jù)使用要求進(jìn)行調(diào)整并達(dá)到一定幅度的提高。文檔編號C22C18/04GK101660070SQ20081014688公開日2010年3月3日申請日期2008年8月27日優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日發(fā)明者凱徐,飆徐申請人:徐凱;徐飆