用于非真空鑄造的鋅-銅-鈦三元中間合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于非真空鑄造鋅-銅-鈦三元中間合金及其制備方法，屬于工業(yè)用鋅合金及制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦鋅板建筑屋面材料作為一種新型綠色建材逐漸進(jìn)入中國建材市場，國內(nèi)與之相媲美的同類產(chǎn)品僅限于彩色涂層鋼板，而歐美各國運(yùn)用鋅做成產(chǎn)品用在蓋頂上已有近200年的歷史。對于使用壽命和品質(zhì)要求更高的建筑，采用整體防腐蝕，壽命可超過百年的鈦鋅板是世界各地建筑師的首要選擇。鈦鋅板是一種合金，在符合歐洲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)EN1179的高純度Zl級金屬鋅(純度99.995% )中加入了鈦和銅熔煉而成。銅增加了合金的機(jī)械強(qiáng)度和硬度。含有這些金屬的合金使板材膨脹系數(shù)降低，更加適應(yīng)溫差較大的地區(qū)。鈦能夠改善合金的抗蠕變性，使其在熱脹冷縮后不至產(chǎn)生金屬疲勞。鈦鋅板為高級金屬合金板，依照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN988制造。
[0003]目前國內(nèi)尚無文獻(xiàn)和專利報道有鋅-銅-鈦合金的鑄造工藝，由于鋅熔點遠(yuǎn)低于銅和鈦的熔點，加之鋅與鈦還存在一定的燒損率，若直接用純金屬進(jìn)行鋅-銅-鈦合金的熔煉會存在銅難以熔化或熔化不完全的問題，還會導(dǎo)致銅鈦組分難以均勻分布到合金當(dāng)中，無法達(dá)到理想的效果，若重復(fù)熔煉必然會使生產(chǎn)成本提高。目前常常將鋅-銅和鋅-鈦兩種二元合金加入鋅熔體，但是常常存在難以控制銅鈦比例的難題，而且熔煉鑄造復(fù)雜，熔煉精煉時間長，產(chǎn)生大量煙塵，釋放刺激性氣味，惡化操作環(huán)境，同時損害作業(yè)人員身體健康，并對周圍環(huán)境造成污染(耿浩然、王守仁、王艷等.鑄造鋅、銅合金[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:65?73)。因此，鋅合金熔煉迫切需要一種與成品合金中銅鈦比例相同的鋅-銅-鈦三元中間合金，簡化成分控制和熔煉過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種用于非真空鑄造鋅-銅-鈦三元中間合金及其制備方法，以解決上述問題。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種用于非真空鑄造的鋅-銅-鈦三元中間合金，其由鋅元素、銅元素、鈦元素以及不可避免的雜質(zhì)組成，其中，鋅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75%?95%,不可避免的雜質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)不超過0.1 %，余量為銅元素、鈦元素的混合物且銅元素與鈦元素的質(zhì)量比為(5?25):1。
[0007]鋅銅鈦合金中銅元素與鈦元素的合理質(zhì)量比約為(5?25):1，若銅元素與鈦元素的質(zhì)量比高于這個范圍，配置合金時需要另外加入鋅-鈦二元合金，若低于這個范圍，配置合金時需要另外加入鋅-銅二元合金，導(dǎo)致合金熔煉成分控制復(fù)雜化。此外若鋅銅鈦合金中銅元素與鈦元素的質(zhì)量比不在(5?25):1范圍內(nèi)，則不能充分利用純鈦在熔解過程中產(chǎn)生的熱量。
[0008]第二方面，本發(fā)明提供了一種如前述的鋅-銅-鈦三元中間合金的制備方法，其包括如下步驟:
[0009]將純鋅、純銅和純鈦均去除氧化層；
[0010]將占純總鋅質(zhì)量10%的純鋅在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余純鋅；
[0011]待純鋅全部熔化后，升溫至690?740 °C，加入少量純鈦；
[0012]待所述少量純鈦完全熔化后，將剩余純鈦和全部純銅分3?5次加入，并保持溫度恒定在800?900 °C ；
[0013]待全部純鈦和純銅加入后保溫5?lOmin，停止加熱，在熔體表面均勻撒上一層覆蓋劑，待熔體冷卻至650 °C時加入精煉劑，進(jìn)行攪拌精煉，分至少兩次撇去熔體中的臟物及浮渣；
[0014]進(jìn)行澆鑄后，得到所述鋅-銅-鈦三元中間合金；
[0015]其中，所述少量純鈦的質(zhì)量為全部純鈦質(zhì)量的5?10%。
[0016]作為優(yōu)選方案，所述覆蓋劑的組分包括:氯化鈉40?60wt%，氯化鉀40?60wt % ο
[0017]作為優(yōu)選方案，所述精煉劑的組分包括:碳酸鎂為50?70wt%，氯化鈉為10?30wt%,氯化鉀為10?30wt%。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述純鈦為海綿鈦。海綿鈦資源豐富，價格低廉，另外海綿鈦比表面積大可加速傳熱和熔煉過程，從而減少能源消耗量，降低鑄造成本。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述精煉的溫度不超過650°C，精煉攪拌時間不超過lOmin，盡量避免鋅的燒損。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案中，其主要原理是在相對較低溫度下加入純鈦，隨著純鈦的熔解會釋放出大量的熱使溫度迅速升高，并在鋅熔體表面形成致密氧化物減少鋅的燒損。然后分批加入純鈦和純銅，利用純鈦產(chǎn)生的熱促使純銅在熔體中迅速熔解，同時避免加入純鈦后熱量釋放過多引起的鋅熔體溫度過高導(dǎo)致鋅的燒損和產(chǎn)生安全隱患。由于感應(yīng)爐加熱速率較快，因此中間合金的生產(chǎn)周期短，制備過程能量高效利用，降低生產(chǎn)成本，提高了中間合金的市場競爭力，適合推廣到規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0022](I)中間合金原料均為純金屬，來源廣泛，整個制備過程無雜質(zhì)元素滲入，制備的中間合金雜質(zhì)含量極低；
[0023](2)鑄造過程中精煉劑的使用可有效去除鋅合金熔液中雜質(zhì)，有效改善了鋅及鋅合金的機(jī)械性能和耐腐蝕性能；
[0024](3)純銅的最后加入合理地利用了純鈦熔解過程中產(chǎn)生的熱量，利用純鈦產(chǎn)生的熱促使純銅在熔體中迅速熔解，減少了三元合金的鑄造時間，同時有效減少了鋅熔體的燒損。
[0025](4)綜上所述，采用本工藝可以使合金元素能夠在鋅熔體中迅速熔解，提高生產(chǎn)效率，且工藝簡單，安全可靠，操作方便，具有較高的市場競爭力，適合推廣到規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0027]圖1為實施例1中純鋅為90%，銅和鈦的質(zhì)量比為14.4:1時制備的鋅銅鈦中間合金鑄件表面金相照片；
[0028]圖2為實施例2中純鋅為95%，銅和鈦的質(zhì)量比為9:1時制備的鋅銅鈦中間合金鑄件表面金相照片。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]實施例1
[0031]—種用于非真空鑄造鋅-銅-鈦三元中間合金的重量百分比為:按理論配比，純鋅為90%，純銅9.35%，純鈦為0.65%。
[0032]其制備方法是將要上述組分別用320目砂紙打磨去除氧化層，分別放入鼓風(fēng)干燥箱中(200°C )進(jìn)行烘干預(yù)熱；使用石墨坩禍進(jìn)行合金鑄造，將感應(yīng)加熱爐溫度設(shè)定為450°C，將鋅錠完全熔化，之后將溫度升高到690?740°C，將占純鈦總質(zhì)量5%的純鈦加入到鋅熔體中并繼續(xù)保持加熱。剩余的純鈦和純銅分3?5次并依次用鐘罩壓入至鋅合金熔體中，壓入過程繼續(xù)保持加熱，并同時降低感應(yīng)爐功率使鋅合金熔體溫度保持在800?900°C。全部純鈦和純銅壓入鋅熔體后還需加熱5?10分鐘，保證純鈦和純銅完全熔入合金中；停止加熱并自然冷卻至650°C時加使用鐘罩將精煉劑壓入鋅液中距離坩禍