[发明专利]锌-铝-钛-硼中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌-铝合金细化剂及其制备方法，具体涉及一种锌-铝-钛-硼中间合金及其制备方法，属于金属合金材料技术领域。

背景技术

锌-铝合金具有优良的力学和加工性能，具有广阔的市场应用潜力。但含铝量大于5wt.%的过共晶锌-铝合金在凝固过程中容易生成发达的初生α-Al树枝晶，导致缩孔、缩松及晶内成分偏析缺陷，带来力学性能的下降和产品潜在的老化危险。为了克服以上问题，实际生产中需要向这类锌-铝合金中添加晶粒细化剂以细化晶粒。含铝量低于5wt.%的亚共晶锌-铝合金凝固时基体中容易生成发达的初生η-Zn树枝晶，为提高性能同样需要对其进行晶粒细化。

铝-钛-硼中间合金是比较常用的很好的铝及铝合金细化剂，这一中间合金也可用于锌-铝合金的晶粒细化，但铝-钛-硼中间合金的熔化温度（高于661℃）与锌-铝合金熔化温度（382-600℃）差距较大，锌-铝合金正常熔炼过程中加入铝-钛-硼中间合金会存在难以熔化或熔化不完全的问题，导致中间合金难以均匀分布到锌-铝合金中，无法达到理想的晶粒细化效果。为解决此问题，需要在细化时提高锌-铝合金熔炼温度或延长保温时间，这会加重锌-铝合金中锌元素的烧损和氧化，降低其性能，同时必然会使生产成本大大提高；此外，锌-铝合金加入铝基中间合金细化剂之后铝含量会产生较大的变化，可能会产生某些组织结构和性能的改变。此外，目前发现稀土元素和一些盐类（如K₂TiF₆、K₂ZrF₆）对锌-铝合金也可产生晶粒细化作用，但稀土存在与上述铝-钛-硼中间合金同样的问题，而盐类进行细化时会在锌-铝合金中产生其它盐类化合物（如KalF₄）难以清除干净而成为锌-铝合金的夹杂，恶化力学性能，更大的问题是盐类中的有效细化元素吸收不稳定，难以精确控制加入量。因此，寻找熔化温度及化学成分与锌-铝合金（特别是熔点在382-500℃之间、含铝低于25wt.%的亚共晶和过共晶锌-铝合金）相匹配且添加方便的新型中间合金细化剂在实际生产中具有重要意义。

发明内容

为了解决以上所述问题，本发明提供了一种适合于细化亚共晶或过共晶锌-铝合金中初生η-Zn或初生α-Al晶粒的锌-铝-钛-硼中间合金，该中间合金可与待细化的锌-铝合金有相同或相近的铝含量，能够降低锌-铝合金熔炼温度、减少熔炼、处理时间，降低生产成本。

本发明还提供了本中间合金的合适的制备方法，该方法制得的中间合金对锌-铝合金具有良好的晶粒细化效果。

本发明的技术方案如下：

一种锌-铝-钛-硼中间合金，其特征是包括以下重量百分比的组分：钛0.022-12wt.%，硼 0.01-3.5wt.%，铝0.1-50wt.%，其余为锌。

上述中间合金中，优选的组分百分比为：钛1-10wt.%，硼 1-3.5wt.%，铝7-35wt.%，其余为锌。

上述中间合金中，当基体中含有AlB₂物相时，各组分的含量以以下配比为优：钛1-3wt.%，硼 1-3.5wt.%，铝7-25wt.%，其余为锌。

上述中间合金中，当合金成分中含有TiAl_3-xZn_x物相时，各组分的含量以以下配比为优：钛4-6wt.%，硼 1-2wt.%，铝7-25wt.%，其余为锌。

本发明所述的锌-铝-钛-硼中间合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）  按配比取锌-铝合金、氟钛酸钾和氟硼酸钾作为原料，并将氟钛酸钾和氟硼酸钾混合均匀备用；

（2）  将锌-铝合金在600-830℃熔化，然后分批加入上述混合好的氟酸盐，完全加入后继续在此温度保温反应，使氟钛酸钾和氟硼酸钾与锌-铝合金反应完全；

（3）  锌-铝合金与氟酸盐反应后形成的熔体分成上下两层，去掉上层油状物，将下层合金熔体充分搅拌后浇注入模具中，合金熔体凝固后即得锌-铝-钛-硼中间合金。

上述制备方法中，氟钛酸钾和氟硼酸钾的混合物分批加入锌-铝合金熔体中，每批加入量是锌-铝合金重量的5-30%，完全加入后保温反应2-15min。