本發(fā)明涉及鋅鍶合金，特指一種Zn-Sr合金的制備方法，特別涉及一種作為變質(zhì)劑、晶粒細化劑的鋅鍶合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

在金屬、非金屬、橡膠、涂料等材料中，添加適量的鍶及其化合物可改善其某種性能或使其具有特殊的性能，金屬鍶單獨應(yīng)用時，主要作為某些工業(yè)過程的還原劑；用于合金中時，由于鍶的化學(xué)性質(zhì)活潑，為了減少氧化損失，一般是以Al-Sr，Mg-Sr等含鍶中間合金的形式加入，鍶的添加可有效變質(zhì)和細化合金的組織，減少鑄造缺陷的產(chǎn)生，改善合金的耐熱、機械和抗腐蝕性能，鍶對合金的細化和變質(zhì)是起決定性的因素，這個決定性因素使得合金的耐熱、機械和抗腐蝕性能等得到了改善，因此，鍶及鍶合金已用于冶金、航空航天、電池材料等工業(yè)領(lǐng)域；隨著應(yīng)用范圍的擴大，鍶及鍶合金的需求量日益增加，目前主要的鍶合金有Al-Sr、Mg-Sr、Si-Sr等，鋁鍶合金是鍶合金中目前生成應(yīng)用最為廣泛的鍶合金，而鋅鍶合金目前研究的很少，鋅鍶合金在添加到鋅合金、熱浸鍍合金方面具有明顯的優(yōu)點，因而具有很強的生產(chǎn)應(yīng)用價值。

近年來，美、德、日等鍶產(chǎn)品生產(chǎn)國由于礦脈枯竭、能源費用上漲、環(huán)境污染等因素，鍶產(chǎn)量逐年下降，世界鍶市場轉(zhuǎn)而從我國進口，我國已成為世界鍶產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的50％～60％，其中80％以上出口，然而，我國高品質(zhì)鍶產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)起步晚，基礎(chǔ)薄弱，深加工技術(shù)匱乏，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品品質(zhì)差，出口價格低，市場競爭力差，因此，從鍶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，充分利用我國鍶礦資源優(yōu)勢和龐大的加工基礎(chǔ)，盡早攻克高純度金屬鍶及其合金產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，將我國的鍶資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為鍶經(jīng)濟優(yōu)勢，實現(xiàn)我國鍶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

金屬鍶的化學(xué)活性非?；顫?，在常溫空氣中與氧氣快速反應(yīng)生成氧化鍶，進而與水反應(yīng)生成氫氧化鍶，因此金屬鍶的生產(chǎn)過程十分困難；目前，金屬鍶的制備方法主要有真空熱還原法、熔鹽電解法、“熔-浸”熱還原法等；為了避免鍶的氧化以及生成氫氧化鍶，通過直接制備Zn-Sr合金來提高生產(chǎn)效率，熱浸鍍鋅是一種經(jīng)濟、方便、有效的應(yīng)用于各行業(yè)金屬結(jié)構(gòu)件的防腐蝕方法，純鋅鍍層具有優(yōu)良的犧牲防護作用，但添加合金元素可以進一步提高鍍層性能；本專利通過鋅液和SrCl₂機械混合反應(yīng)法制備Zn-Sr合金，利用Cl元素與Zn元素形成ZnCl₂，在熔煉時ZnCl₂以氣態(tài)蒸發(fā)掉，Sr元素熔入鋅液中從而獲得Zn-Sr合金，Zn-Sr合金可以作為變質(zhì)劑，細化鋅合金鍍層組織、改善鋅合金的力學(xué)性能，不帶入其它雜質(zhì)元素，具有很強的應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種鋅鍶合金的制備方法，所制備的鋅鍶合金可用于改善合金的顯微組織和鍍層性能。

本發(fā)明制備的鋅鍶合金由Zn和Sr組成，按質(zhì)量百分比計，含有0.05～0.77wt.％Sr，余量為Zn。

通過鋅液和SrCl₂機械混合反應(yīng)法制備Zn-Sr合金，利用Cl元素與Zn元素形成ZnCl₂，在熔煉時ZnCl₂以氣態(tài)蒸發(fā)掉，Sr元素熔入鋅液中從而獲得Zn-Sr合金；但Zn的熔點為419℃，鍶的化學(xué)性質(zhì)活潑，加熱到熔點(769℃)時可以燃燒生成氧化鍶(SrO)，在加壓條件下跟氧氣化合生成過氧化鍶(SrO₂)，因此加熱溫度不能太高，要控制在合理的范圍內(nèi)；一方面溫度太高Zn液中含氧量會增加，Sr也容易被氧化，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收和利用是有限的，合金中Sr的吸收率不會高，合金含氧量較高；另一方面溫度較低，反應(yīng)進行緩慢，SrCl₂浮在Zn液表面經(jīng)攪拌后容易結(jié)塊，對提高吸收率也是不利的；因此選擇合理的溫度區(qū)間和工藝步驟，提高吸收率，并降低Zn液中的含氧量是比較困難的，這需要多次實驗確定，以達到較高吸收率。

上述熱鋅鍶合金的制備方法采用的技術(shù)方案和步驟：

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨得到SrCl₂粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為13-40：1；經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度。

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至700℃-730℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌。

(6)將除渣后的Zn-Sr合金液澆注到金屬模型中，得到所需的合金。

所述步驟(1)(2)中的SrCl₂·6H₂O、Zn塊均為分析純。

本發(fā)明熱鋅鍶合金的基體組織為Zn+ZnSr₁₃兩相組織，合金的基體組織為Zn相，基體上分布著ZnSr₁₃相。

本發(fā)明的有益效果是：采用鋅液與SrCl₂進行機械混合反應(yīng)法制備鋅鍶合金，該合金組織由基體Zn相與ZnSr₁₃相組成，采用鋅鍶合金可用于改善熱浸鍍鋅合金鍍層的顯微組織和力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是Zn-0.22wt.％Sr合金的掃描電鏡照片。

圖2是Zn-0.77wt.％Sr合金的XRD圖譜照片。

上述含量均為質(zhì)量百分比含量。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

實施例1

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨成粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為40：1，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度。

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至700℃-730℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌。

(6)在攪拌過程中會有白煙產(chǎn)生，避免吸入，攪拌均勻后并進行表面除渣。

(7)將除渣后的金屬液倒入模具進行澆注。

通過上述步驟可以得到Zn-0.22wt.％Sr的合金，其掃描電鏡照片如圖1所示，XRD分析表明，該合金的顯微組織為基體Zn相中分布著少量的ZnSr₁₃相，實施例1中的Zn-0.22wt.％Sr合金的重量為120g，在熔煉時加入的Sr為3g，則此時合金含有的Sr為0.264g，則

實施例2

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨成粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為20：1，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度；

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至700℃-730℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌。

(6)在攪拌過程中會有白煙產(chǎn)生，避免吸入，攪拌均勻后并進行表面除渣。

(7)將除渣后的金屬液倒入模具進行澆注。

通過上述步驟可以得到Zn-0.51wt.％Sr的合金，其顯微組織與Zn-0.22wt.％Sr合金基本相似，只是ZnSr13相數(shù)量稍多，實施例2中的Zn-0.51wt.％Sr合金的重量為120g，在熔煉時加入的Sr為6g，則此時合金含有的Sr為0.612g，則

實施例3

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨成粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為13：1，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度。

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至700℃-730℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌。

(6)在攪拌過程中會有白煙產(chǎn)生，避免吸入，攪拌均勻后并進行表面除渣。

(7)將除渣后的金屬液倒入模具進行澆注。

通過上述步驟可以得到Zn-0.77wt.％Sr的合金，其顯微組織與Zn-0.51wt.％Sr合金相似，只是基體Zn相中分布著更多的ZnSr₁₃相。該合金的XRD圖譜如圖2所示，從XRD圖譜中可以明確合金中富Zn相和ZnSr₁₃相的存在，實施例3中的Zn-0.77wt.％Sr合金的重量為120g，在熔煉時加入的Sr為9g，則此時合金含有的Sr為0.924g，則

失敗實施例1

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨成粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為20：1，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度。

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至650℃-680℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌；

(6)在攪拌過程中會有白煙產(chǎn)生，避免吸入，攪拌均勻后并進行表面除渣。

(7)將除渣后的金屬液倒入模具進行澆注。

通過上述步驟可以得到Zn-0.05wt.％Sr的合金，Sr的吸收率較700℃-730℃低，因而需要提高溫度，提高吸收率，失敗實施例1中的Zn-0.05wt.％Sr合金的重量為120g，在熔煉時加入的Sr為6g，則此時合金含有的Sr為0.06g，則

失敗實施例2

(1)將分析純SrCl₂·6H₂O鹽放入燒杯中，并置于干燥箱中烘干脫水，并研磨成粉末。

(2)按比例稱量好Zn塊、SrCl₂粉末，其中Zn塊與SrCl₂粉的質(zhì)量比為20：1，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，對Zn液進行攪拌后，SrCl₂會浮在Zn液表面，此時對SrCl₂的吸收是有限的，因此SrCl₂依然可以達到過量程度。

(3)預(yù)熱石墨坩堝至暗紅色，將按比例稱量好的SrCl₂粉末置于坩堝底部，并在SrCl₂粉末上面放入Zn塊，然后升溫至750℃-780℃。

(4)待Zn塊完全熔化后，對Zn液進行攪拌并在Zn液表面均勻撒入SrCl₂粉末進行覆蓋。

(5)對Zn液加熱1小時后進行再攪拌。

(6)在攪拌過程中會有白煙產(chǎn)生，避免吸入，攪拌均勻后并進行表面除渣。

(7)將除渣后的金屬液倒入模具進行澆注。

通過上述步驟可以得到Zn-0.16wt.％Sr的合金，Sr的吸收率較700℃-730℃低，因溫度較高，Sr比較容易氧化，Zn液中含氧量也會增加很多，因此對制備Zn-Sr合金不利，失敗實施例2中的Zn-0.16wt.％Sr合金的重量為120g，在熔煉時加入的Sr為6g，則此時合金含有的Sr為0.192g，則