專利名稱：一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓鑄鋅合金，特指一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑，使壓鑄鋅合金的力學(xué)性能得到大幅度提高，屬于合金生產(chǎn)技術(shù)(C22C合金)。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)八十年代以來我國(guó)鋅產(chǎn)量一直穩(wěn)步上升，其中鋅合金，尤其是熱鍍鋅、 壓鑄鋅及電池鋅的應(yīng)用越來越廣泛。壓鑄鋅合金和其他有色金屬合金相比有明顯的優(yōu)勢(shì)材料價(jià)廉、熔點(diǎn)低、耗能少、 流動(dòng)性及成型性好、具有良好的力學(xué)性能和耐磨耐蝕性能、減振降噪性能，具有極限抗拉強(qiáng)度高、承載性好和熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵的特點(diǎn)，適宜制造優(yōu)質(zhì)壓鑄產(chǎn)品，因此壓鑄鋅合金正越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)對(duì)壓鑄鋅合金的變質(zhì)研究取得過一定的成果，如貴州科學(xué)院興科合金研究開發(fā)中心的薛濤和古文全等人在壓鑄鋅舍金中加入適量的稀土，能有效地阻止n-ai相樹枝狀晶的長(zhǎng)大、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、細(xì)化晶粒和清除晶粒邊界雜質(zhì)，使壓鑄鋅合金的抗拉強(qiáng)度和硬度提高10%以上；湘潭大學(xué)的王先德等研究了元素B對(duì)以仏14￥鋅合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，指出元素B可以與鋅合金中的鋁生成片狀的AW2，此化合物可以作為α "Al相有效的異質(zhì)核心、增加α-Al相的形核率，使初生α-Al相得到明顯的細(xì)化，從而使鋅合金的綜合力學(xué)性能得到提高等；常州大學(xué)王建華等在UnA14Y鋅合金中加入稀土 0. 05wt%鑭元素，使鋅鋁合金具有較好的綜合力學(xué)性能。但是國(guó)內(nèi)的壓鑄鋅合金與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在著很大的差距，比如尺寸不夠穩(wěn)定，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)不高，目前我國(guó)的優(yōu)質(zhì)鋅合金還需大量進(jìn)口，因此，很有必要開發(fā)幾種適合于國(guó)產(chǎn)壓鑄鋅合金的高效變質(zhì)劑，以獲得更好和更穩(wěn)定的機(jī)械性能，以便減少優(yōu)質(zhì)鋅合金的進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種生產(chǎn)壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑，將它用于對(duì)鋅及鋅合金熔體變質(zhì)處理，能顯著改善其各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，該變質(zhì)劑可普遍應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)鋅合金的工業(yè)生產(chǎn)，制造出高品質(zhì)的鋅合金產(chǎn)品。本發(fā)明的技術(shù)方案之一是，所述變質(zhì)劑的原料重量百分比組成為
Al 25-70%
Zn25-70%Zr2-6%B0. 5-1. 5%Re0. 5-1. 5%
上述組份中，各組份雜質(zhì)總量應(yīng)控制在小于0. 85%，Re由70%Ce和30%La組成。
該變質(zhì)劑的制備方法如下色，接著升溫到850 V加入A1-10& (Al-10wt%Zr)和A1-8B (Al-8wt%B)合金后表層撒上覆蓋劑；
B、待合金完全熔化后扒掉表層覆蓋劑，降溫至720°C加入Al-20Re(Al-20wt%Re)合金和Si后至完全熔化；
C、合金完全熔化后攪拌、保溫5-10分鐘、720°C澆注即得；
D、Al-lOZr合金、A1-8B合金和Al_20Re合金加入后仍不足量的Al應(yīng)在步驟A中或步驟B中加入熔化。所用覆蓋劑為分析純化學(xué)試劑KCl和NaCl的均勻混合物，其中KCl和NaCl的質(zhì)量百分比各為50%，將KCl和NaCl分別在300°C下烘烤5小時(shí)去除結(jié)晶水，然后按質(zhì)量比1:1 均勻混合。本發(fā)明的原理是變質(zhì)劑中生成的微細(xì)高溫相質(zhì)點(diǎn)在鋅合金熔煉溫度下不熔化或不完全溶解，同時(shí)存在的幾種高溫相質(zhì)點(diǎn)分別與鋁和鋅相具有良好的共格關(guān)系；因此，鋅合金經(jīng)過該變質(zhì)劑變質(zhì)處理后，能在鋅合金中得到細(xì)小的初晶鋅相，更為重要的是為鋅合金中的Al相提供了許多成核基點(diǎn)，在抑制鋅相的生長(zhǎng)的同時(shí)，促進(jìn)初生鋁相的形核和生長(zhǎng)。 隨著變質(zhì)劑加入量的增加，鋅合金中的初晶鋅相減少且得到細(xì)化，初晶鋁相逐漸增多，不但提高鋅合金的硬度和強(qiáng)度，還提高合金的塑性和韌性，益于延長(zhǎng)壓鑄鋅合金的使用壽命。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是變質(zhì)后的壓鑄鋅合金力學(xué)性能顯著提高，其中抗拉強(qiáng)度最大可提高23%、硬度提高17. 6%，同時(shí)延伸率提高78. 8%。特別是經(jīng)變質(zhì)處理后的鋅合金沖擊韌性最大可以提高793%，能為用戶生產(chǎn)出滿足性能要求的高品質(zhì)壓鑄鋅合金產(chǎn)品。


圖1是不同變質(zhì)劑量變質(zhì)后的UnA14Y壓鑄鋅合金顯微組織(a) 0%; (b) 0.5 wt. %; (c) l.Owt. %; (d) 1.3 wt. % ； (d) 1. 5 wt. % ；從圖 1(a)可以明顯看出原始組織
由灰白色的初生樹枝晶n-ai相和共晶組織組成；加入鋅合金總重量ο. 5%的變質(zhì)劑后合金組織由枝針狀的n-ai相變成了細(xì)小的菊花狀，并有明顯的減少現(xiàn)象，如圖1(b)所示；隨著變質(zhì)劑加入量增加到ι.o%時(shí)，平衡的共晶組織數(shù)目增多，而初生n-ai相急劇減少，并分布在共晶組織團(tuán)的邊界，如圖1(c)所示；當(dāng)變質(zhì)劑的量達(dá)到1. 3%的時(shí)候，有較多的黑色圓形狀初生α -Al相析出且均勻分布在合金中；當(dāng)變質(zhì)劑繼續(xù)增加時(shí)，圓形狀的α -Al相變成枝針狀，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，當(dāng)變質(zhì)劑加入量為1.0%時(shí)，鋅合金具有最好的綜合力學(xué)性能；
圖2是圖二 不同變質(zhì)劑量變質(zhì)后壓鑄鋅合金拉伸斷面形貌(a) 0%; (b) 0. 5 wt. %; (c) 1. Owt. %; (d) 1. 3 wt. %; (e) 1. 5 wt. % ；當(dāng)加入 1· 0%變質(zhì)劑的時(shí)候,鋅合金斷口擁有最多且最細(xì)小的韌窩，表明此時(shí)合金具有最佳的韌性和延伸率。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 按重量百分比取原料組分A1 60. 5%、Zr 5%、B 1 %、Re 1 %、Zn32. 5%， 各組份雜質(zhì)總量應(yīng)控制在小于0. 85%，Re由70%Ce和30%La組成。變質(zhì)劑的制作工藝制備方法如下首先將石墨坩堝在60(TC下預(yù)熱成暗紅色，接著升溫到850°C加入500克A1-10&合金和125克A1-8B合金后表層撒上覆蓋劑；待完全熔化后扒掉表層覆蓋劑，降溫至720°C加入50克Al-20Re合金和325克Si后至完全熔化，攪拌并保溫5-10分鐘，然后在720°C澆注即得該變質(zhì)劑。實(shí)施例2 將實(shí)施例1所述的變質(zhì)劑按鋅合金總重量的0. 5%在700°C _725°C 加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在 5500C -600°C澆注試棒和鑄件。經(jīng)變質(zhì)處理后的合金組織如圖1 (b)所示，經(jīng)過變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的2號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高13. 6%，延伸率提高28%，硬度有所下降，沖擊韌性提高259%，試棒斷口掃描電鏡照片如圖2 (b)所示。實(shí)施例3 將實(shí)施例1所述的變質(zhì)劑按合金總重量的1. 0%在700°C _725°C加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在550°C -600°C 澆注試棒和鑄件，經(jīng)變質(zhì)處理后的合金組織如圖1 (c)所示，經(jīng)過變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的3號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高10. 9%，延伸率提高78. 8%，硬度提高8. 4%，沖擊韌性提高 793%。試棒斷口掃描電鏡照片如圖二(c)所示。實(shí)施例4 將實(shí)施例1所述的變質(zhì)劑按合金總重量的1. 3%在700°C _725°C加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在550°C -600°C 澆注試棒和鑄件。經(jīng)變質(zhì)處理后的合金組織如圖一(d)所示，經(jīng)過變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的4號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高22. 3%，延伸率提高31. 1%，硬度提高17. 6%，沖擊韌性提高273%。試棒斷口掃描電鏡照片如圖二(d)所示。實(shí)施例5 將實(shí)施例1所述的變質(zhì)劑按合金總重量的1. 5%在700°C _725°C加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在550°C -600°C 澆注試棒和鑄件。經(jīng)變質(zhì)處理后的合金組織如圖一(e)所示，經(jīng)過變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的5號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高17. 3%，硬度提高4. 5%，延伸率有所下降，沖擊韌性提高 220%。試棒斷口掃描電鏡照片如圖二(e)所示。實(shí)施例6 按重量百分比取原料組分A1 65. 75%、Zr 6%、B 0. 5 %、Re 1. 5 %、 Zn26. 25%，各組份雜質(zhì)總量應(yīng)控制在小于0. 85%，Re由70%Ce和30%La組成。變質(zhì)劑的制作工藝制備方法如下首先將石墨坩堝在60(TC下預(yù)熱成暗紅色，接著升溫到850°C加入600克A1-10&合金和62. 5克A1-8B合金后表層撒上覆蓋劑；待完全熔化后扒掉表層覆蓋劑，降溫至720°C加入75克Al-20Re合金和沈2. 5克Si后至完全熔化，攪拌并保溫5-10分鐘，然后在720°C澆注即得該變質(zhì)劑。實(shí)施例7 將實(shí)施例6所述的變質(zhì)劑按鋅合金總重量的0.洲在700°C _725°C 加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在 5500C _600°C澆注試棒和鑄件。經(jīng)變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的6號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高4. 5%，延伸率提高8. 41%，硬度有所下降，沖擊韌性提高36. 1%。實(shí)施例8 按重量百分比取原料組分Al 50%, Zr 2%、B 1 %、Re 1 %、&ι46%，各組份雜質(zhì)總量應(yīng)控制在小于0. 85%，Re由70%Ce和30%La組成。變質(zhì)劑的制作工藝制備方法如下首先將石墨坩堝在600°C下預(yù)熱成暗紅色，接著升溫到850°C熔化165克Al ；隨后加入200克A1-10&合金和125克A1-8B合金后表層撒上覆蓋劑；待完全熔化后扒掉表層覆蓋劑，降溫至720°C加入50克Al-20Re合金和460克 Zn后至完全熔化，攪拌并保溫5-10分鐘，然后在720°C澆注即得該變質(zhì)劑。實(shí)施例9 將實(shí)施例8所述的變質(zhì)劑按鋅合金總重量的0. 5%在700°C _725°C加入到完全熔化的UnA14Y壓鑄鋅合金中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璨⒈?-15分鐘，然后在 5500C _600°C澆注試棒和鑄件。經(jīng)變質(zhì)處理后的機(jī)械性能見表一中的7號(hào)合金，抗拉強(qiáng)度提高10%，延伸率提高45. 2%，硬度有所下降，沖擊韌性提高120%。
表一不同變質(zhì)劑量變質(zhì)后的UnA14Y壓鑄鋅合金的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑，所述變質(zhì)劑的組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為A1 25-70%, Zn25-70%, Zr2-6%, BO. 5-1. 5%, ReO. 5-1. 5%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑，Re由70wt%的Ce和30wt%的 La組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于A、將石墨坩堝在600°C下預(yù)熱成暗紅色，接著升溫到850 0C加入A1-10& (Al-10wt%Zr)和A1-8B (Al-8wt%B)合金后表層撒上覆蓋劑；B、待合金完全熔化后扒掉表層覆蓋劑，降溫至720°C加入Al-20Re(Al-20wt%Re)合金和Si后至完全熔化；C、合金完全熔化后攪拌、保溫5-10分鐘、720°C澆注即得；D、Al-lOZr合金、A1-8B合金和Al_20Re合金加入后仍不足量的Al應(yīng)在步驟A中或步驟B中加入熔化。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑的制備方法，其特征在于所用覆蓋劑為分析純化學(xué)試劑KCl和NaCl的均勻混合物，其中KCl和NaCl的質(zhì)量百分比各為 50%，將KCl和NaCl分別在300°C下烘烤5小時(shí)去除結(jié)晶水，然后按質(zhì)量比1:1均勻混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓鑄鋅合金，特指一種用于壓鑄鋅合金的變質(zhì)劑。所述變質(zhì)劑的組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Al25-70%，Zn25-70%，Zr2-6%，B0.5-1.5%，Re0.5-1.5%。本發(fā)明的變質(zhì)劑，含有能使α-Al相優(yōu)先成核的高熔點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)，促使α-Al相和共晶組織快速、均勻生長(zhǎng)，從而抑制了大塊狀η-Zn相的生長(zhǎng)，其中η-Zn相是一種密排六方結(jié)構(gòu)相且其塑性較差，α-Al相是一種面心立方結(jié)構(gòu)相屬于鋅合金中的強(qiáng)化相且塑性較好，共晶組織和α-Al相數(shù)量的增加能顯著提高鋅合金的抗拉強(qiáng)度和韌性，從而使產(chǎn)品的使用性能指標(biāo)得到顯著提高。
文檔編號(hào)C22C21/10GK102392145SQ201110417768
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉亞, 吳長(zhǎng)軍, 涂浩, 王建華, 蘇旭平, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:常州大學(xué)