[发明专利]锌-铝-锆中间合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌-铝-锆中间合金及其制备方法，属于金属合金材料的技术领域，所制备的锌-铝-锆中间合金可用于细化锌-铝合金的初生α-Al或初生η-Zn晶粒组织。

背景技术

过共晶和亚共晶锌-铝合金在凝固过程中分别生成分枝发达、尺寸较大的初生α-Al，或初生η-Zn树枝晶，导致微结构及成分偏析缺陷，使力学和耐腐蚀性能下降。为此，实际生产中通常向锌-铝合金中添加晶粒细化剂以细化晶粒，提高合金性能。

目前已经发现锆元素对锌-铝合金中的上述两种晶粒产生较好的细化作用。锆元素目前主要以Al-Zr、Mg-Zr、Zn-Zr中间合金的方式加入到待细化的锌-铝合金中。这些中间合金与待细化锌-铝合金所含铝、锌、镁元素的数量差别较大，对化学成分要求严格的锌-铝合金不适用；Al-Zr中间合金熔点高于锌-铝合金，细化时需要提高熔炼温度或延长保温时间；锌、镁元素与锆的熔点差别较大且易燃烧和氧化，生产Zn-Zr、Mg-Zr中间合金时易出现锌、镁的氧化、燃烧问题；以上三种中间合金中锆元素以二元铝-锆、镁-锆或锌-锆化合物形式存在，这些化合物在锌-铝熔体中需要进一步熔解或发生反应才能对晶粒细化产生作用，需要的添加量大，在细化保温过程中二元化合物与锌-铝熔体密度差别大，易在熔体中沉淀或上浮而产生锆元素偏析。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适合锌-铝合金晶粒细化用的锌-铝-锆中间合金，该中间合金对锌-铝合金具有很好的晶粒细化作用。

本发明还提供了该中间合金的制备方法。

本发明是通过以下措施实现的：

一种锌-铝-锆中间合金，由以下成分组成：铝1-50wt.%，锆1.5-11wt.%，其余为锌。

上述中间合金成分中，优选的，铝1-9wt.%，锆4-8wt.%，其余为锌。

上述中间合金中，锆元素主要以ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7) 化合物粒子形式镶嵌于中间合金的基体中。所述的基体是指：η-Zn晶粒组织、Zn-Al共晶组织、初生η-Zn晶粒与Zn-Al共晶组织的混合体、初生α-Al晶粒与Zn-Al共晶组织的混合体、或者是初生α-Al与Zn-Al共析组织的混合体。

上述中间合金中，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物常见形式为ZrAl_2.4Zn_0.6、ZrAl_2.2Zn_0.8、ZrAl₂Zn、ZrAl_1.8Zn_1.2、ZrAl_1.5Zn_1.5或  ZrAl_1.4Zn_1.6中的一种或多种。

上述中间合金中，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物粒子为球形或多面体状，外径尺寸为0.1-10μm，大多数为0.1-5μm。

上述中间合金中，ZrAl_3-xZn_x(0.4<x<1.7)化合物粒子具有立方晶体结构，晶格常数为a=0.407nm。

本发明锌-铝-锆中间合金的制备方法，包括以下步骤：

   1） 按如下配比称取锌-铝合金和氟锆酸钾（K₂ZrF₆）作为原料：若制备m克Zn-c%Al-n%Zr（元素前百分数表示重量百分比,以下相同）合金，则称取m(1-0.00605n）克Zn-(c+0.395n)%Al合金、0.0311mn克K₂ZrF₆；

    2）将Zn-Al合金用感应电炉熔化至650-700℃，然后分批加入K₂ZrF₆，若总质量少于15克时可一次全部加入，每批为Zn-Al合金重量的5-30%，待前批K₂ZrF₆完全熔化为油状液体后再加入下一批；在K₂ZrF₆与Zn-Al熔体反应过程中调整感应电炉，使熔体温度保持在650-700℃范围内，并通过电炉的电磁感应作用促进反应过程的进行和对熔体进行搅拌；