專利名稱：一種鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別^^及一種用于細(xì)化鋅鋁合金晶粒組織的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋅鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能、力學(xué)性能及加工性能，存在廣闊的市場 應(yīng)用前景。但是，由于鋅鋁合金有較寬的結(jié)晶溫度范圍，容易生成粗大的初
生a-Al樹枝晶，導(dǎo)致縮孔、縮松及晶內(nèi)成分偏析缺陷，帶來力學(xué)性能的下降 和產(chǎn)品潛在的老化危險。為了克服以上問題，實際生產(chǎn)中需要向鋅鋁合金中 添加晶粒細(xì)化劑以細(xì)化晶粒。
目前，鋅鋁合金所用晶粒細(xì)化劑含有銻、硼、鈦、鋯、錳、硅或稀土等 元素。這些細(xì)化劑大多以鹽類、稀土及鋁基中間合金的方式加入到待細(xì)化的 鋅鋁熔體中，如將氟鹽K2TiF6或K2ZrF6加入到鋅鋁合金液中，氟鹽會分 解釋放出鈦或鋯元素，起到晶粒細(xì)化的作用(見文獻(xiàn)"熱加工工藝， 2001(4):6-8")。用鹽類、稀土或鋁基中間合金細(xì)化劑的方式進(jìn)行細(xì)化存在如 下諸多問題鹽類在鋅鋁熔體中分解帶來其它元素污染或夾雜物(如KF)， 惡化合金的力學(xué)性能；鹽類在熔煉過程中會腐蝕設(shè)奮，釋放出有毒氣體和煙 霧，帶來工作條件惡化和環(huán)境污染問題；受生產(chǎn)條件和操作過程影響，用鹽 類和稀土細(xì)化時，鋅鋁合金能夠吸收的有效細(xì)化元素數(shù)量難以控制，導(dǎo)致細(xì) 化效果的不可預(yù)期性；而鋁基中間合金細(xì)化劑的熔化溫度大大高于鋅鋁合金 的熔煉溫度，在細(xì)化時需要大幅度提高鋅鋁合金的熔煉溫度或大大延長保溫時間以保證細(xì)化劑熔化并充分進(jìn)入鋅鋁液中，這會導(dǎo)致鋅鋁合金的氧化、燒 損、產(chǎn)品夾雜、而且使生產(chǎn)周期增長、生產(chǎn)成本提高。此外，以上大多數(shù)細(xì)
化劑所需要的加入量較高，如鈦、鋯氟鹽的添加量達(dá)0.7%,有些元素(如Ce) 要達(dá)到1°/。才能產(chǎn)生明顯的作用(見文獻(xiàn)"金屬熱處理，2007,32(9):81-82")。 這樣高的添加量不僅成本高，還會改變鋅鋁合金基體的化學(xué)成分，并可能在 鋅鋁合金的凝固過程中生成不必要的異相組織，進(jìn)而對力學(xué)等其它性能帶來 不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述細(xì)化劑的缺點和問題，提供鋅-鋁-鈦-碳中間 合金細(xì)化劑，該中間合金細(xì)化劑對鋅鋁合金具有較好的細(xì)化效果，同時本發(fā) 明還提供了該中間合金細(xì)化劑的制備方法及用途。
這解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑，該中間合金細(xì)化劑包含鋅、鋁、鈦、 碳四種組份，質(zhì)量百分含量分別為鋅，35-73%;鋁，20-53q/o;鈦，1-16%;
碳，o.:l-3%。
本發(fā)明還提供了鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的制備方法，包括以下步
驟
(1)按下列質(zhì)量比例稱取原料純鋅，35-73%;純鋁，20-53%;純鈦，1-16°/。； 石墨粉，0.1-3%;
(2)將步驟(1)中的純鈦和石墨粉按質(zhì)量比例混合，分成若干份，每份
的總質(zhì)量為0. 1-2公斤，將每份用鋁箔包裹成一體，備用；
(3)用中頻感應(yīng)電爐熔化純鋁，使其溫度達(dá)到1000-1300°c，然后用鐘罩將步驟(2)中的備用純鈦和石墨粉包裹體壓入到鋁液中，反應(yīng)3-15分鐘后 停止加熱，得到鋁-鈦-碳合金液，靜置，使其溫度降至800-950°C;
(4)將純鋅加入到步驟(3)所得的鋁-鈦-碳合金液中，繼續(xù)加熱，純鋅完 全熔化后將溫度控制在550-90(TC之間，并攪拌5-20分鐘，使合金液中各組 元均勻混合，然后將合金液澆入鑄模中，凝固后即得鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì) 化劑。
本發(fā)明所述的純鈦為純鈦粉或海綿鈦。 本發(fā)明所述的純鈦和石墨粉的質(zhì)量比大于或等于4: 1。
本發(fā)明所述的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的用途用于鋅鋁合金的晶粒 細(xì)化，具體細(xì)化方法為常規(guī)方法。
本發(fā)明的有益效果通過以上制備方法所得鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑中
含有直徑0. 1-2微米的TiC粒子，以及AlJi、 Al。.66Ti。.25Zn。.。9化合物。由于該 中間合金細(xì)化劑與待細(xì)化的鋅鋁合金基體相同，不會改變待細(xì)化鋅鋁合金的 基體成分，且可在待細(xì)化鋅鋁合金的正常熔煉溫度加入并在短時間內(nèi)熔化， 不需要提高待細(xì)化鋅鋁合金的熔煉溫度或延長保溫時間，以低的加入量起到 高效細(xì)化的目的，因而使用非常簡便，將會大大降低鋅鋁合金的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明中制備鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑所需的鈦原料可以使用價格便 宜的海綿鈦，在普通熔煉條件下就可實現(xiàn)，不需要復(fù)雜的設(shè)備，操作工藝簡 單，生產(chǎn)周期短，是一種環(huán)境友好型生產(chǎn)方法，適合于規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng) 用。


圖l (a)為未細(xì)化Zn-50wt.yoAl合金的光學(xué)顯鏡組織，圖l(b)為添加0.5% Zn-47. 2%Al-5%Ti- 0.6%C中間合金進(jìn)行細(xì)化后 Zn-50wt. %A1合金的光學(xué)顯微鏡組織，
圖2 (a)為未細(xì)化Zn-25wt. %A1合金的光學(xué)顯鏡組織，
圖2(b)為添加0.6%的Zn-24%Al-4%Ti-0.4%C中間合金進(jìn)行細(xì)化后 Zn-25wt. %A1合金的光學(xué)顯微鏡組織。
圖1和圖2中發(fā)亮的區(qū)域為ct -Al相
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的兩個最佳實施例 實施例一
按下列質(zhì)量比例配料47.2 %純鋅，47.2%純鋁，5%海綿鈦，0.6%石墨粉； 將海綿鈦與石墨粉混合，分成若干份，每份質(zhì)量為0.1-2公斤并以鋁箔包裹， 備用；用中頻感應(yīng)電爐將工業(yè)純鋁熔化至1000-1300t之間，然后將奮用海綿 鈦與石墨粉混合物包裹體分批全部加入到鋁液中，再反應(yīng)5分鐘，停止加熱。 上述熔體溫度降到92(TC左右后再將純鋅加入，然后繼續(xù)加熱，溫度控制在 750-900"C之間。加熱過程中利用中頻感應(yīng)電爐的電磁攪拌作用使熔體中各組 元混合均勻，然后將熔體澆入鑄模中，即得鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑。所 得細(xì)化劑的成分為Zn，47. 2%; Al, 47. 2%; Ti， 5%; C， 0. 6%。
上述所得中間合金細(xì)化劑適于細(xì)化含鋁50wt.y。的鋅鋁合金，也可細(xì)化其 它成分的鋅鋁合金。在650°C以0. 5wt. %的量加入到Zn-50wt. %A1合金中保溫 10分鐘，攪拌后澆注入鐵模中冷卻，可將其a-Al相由包含大量二次(甚至 三次)枝晶、總長度可達(dá)600微米以上的發(fā)達(dá)樹枝晶(見附圖l(a))細(xì)化為 大小均勻、直徑60微米以下的等軸晶粒和不含二次枝晶的花瓣狀晶粒(見附圖l(b))。 實施例二
按下列質(zhì)量比例配料71.6 %純鋅，24%純鋁，4%海綿鈦，0.4%石墨粉； 將海綿鈦與石墨粉混合，分成若干份，每份質(zhì)量為0.1-2公斤并以鋁箔包裹， 奮用；用中頻感應(yīng)電爐將純鋁熔化至120(TC，將奮用海綿鈦與石墨粉混合物 包裹體分批全部加入到鋁液中，繼續(xù)反應(yīng)10分鐘，停止加熱。上述熔體溫度 降到95(TC左右后再將純鋅加入，繼續(xù)加熱，溫度控制在700-85(TC之間。加 熱過程中利用中頻感應(yīng)電爐的電磁攪拌作用使熔體中各組元混合均勻，然后 將熔體澆入鑄模中，凝固后即得鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑，其化學(xué)成分為 Zn，71.6%; Al，24%; Ti， 4%; C， 0.4%。
上述所得細(xì)化劑適于細(xì)化含鋁25wt. %的鋅鋁合金，也可細(xì)化其它成分的 鋅鋁合金。以0. 6wt. %的量加入到570。C的Zn-25wt. %A1合金中保溫10分鐘， 然后澆注入鐵模中冷卻，可將Zn-25wt. %A1的a -A1相由包含大量二次(甚至 三次)枝晶、總長度可達(dá)200微米以上的發(fā)達(dá)樹枝晶(見圖2(a))細(xì)化為尺 寸均勻、直徑50微米以下的等軸晶粒和不含二次枝晶的花瓣狀晶粒(見圖 2(b))。
權(quán)利要求
1.一種鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑，其特征是該中間合金細(xì)化劑包含鋅、鋁、鈦、碳四種組份，質(zhì)量百分含量分別為鋅，35-73％；鋁，20-53％；鈦，1-16％；碳，0.1-3％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按下列質(zhì)量比例稱取原料純鋅，35-73%;純鋁，20-53%;純鈦，1-16%; 石墨粉，0. 1-3°/0;(2)將步驟(1)中的純鈦和石墨粉按質(zhì)量比例混合，分成若干份，每份 的總質(zhì)量為0. 1-2公斤，將每份用鋁箔包裹成一體，備用；(3) 用中頻感應(yīng)電爐熔化純鋁，使其溫度達(dá)到1000-1300°C，然后用鐘罩 將步驟(2)中的備用純鈦和石墨粉包裹體壓入到鋁液中，反應(yīng)3-15分鐘后 停止加熱，得到鋁-鈦-碳合金液，靜置，使其溫度降至800-95(TC;(4) 將純鋅加入到步驟(3)所得的鋁-鈦-碳合金液中，繼續(xù)加熱，純鋅完 全熔化后將溫度控制在550-90(TC之間，并攪拌5-20分鐘，使合金液中各組 元均勻混合，然后將合金液澆入鑄模中，凝固后即得鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì) 化劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的制備方法，其特 征是所述的純鈦為純鈦粉或海綿鈦。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的制備方法，其特 征是所述的純鈦和石墨粉的質(zhì)量比大于或等于4: 1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的用途其特征為 用于鋅鋁合金的晶粒細(xì)化。
全文摘要
本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于細(xì)化鋅鋁合金晶粒組織的鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑，該中間合金細(xì)化劑包含鋅、鋁、鈦、碳四種組份，質(zhì)量百分含量分別為鋅，35-73％；鋁，20-53％；鈦，1-16％；碳，0.1-3％。本發(fā)明還提供了鋅-鋁-鈦-碳中間合金細(xì)化劑的制備方法及用途，有益效果由于該中間合金細(xì)化劑與待細(xì)化的鋅鋁合金基體相同，不會改變待細(xì)化鋅鋁合金的基體成分，且可在待細(xì)化鋅鋁合金的正常熔煉溫度加入并在短時間內(nèi)熔化，以低的加入量起到高效細(xì)化的目的，因而使用非常簡便，將會大大降低鋅鋁合金的生產(chǎn)成本。
文檔編號C22C18/00GK101591737SQ20091001656
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者楊中喜, 王振卿, 耿浩然, 陳亞明, 韓昌旭 申請人:濟(jì)南大學(xué)