[发明专利]一种含锆铸造锌合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造锌合金及其制备方法，特别是指一种含锆（Zr）铸造锌合金及其制备方法；属于金属材料制备技术领域。

背景技术

铸造锌合金具有熔点低、熔炼耗能少、流动性及成型性好、生产效率高、制造成本低等优点，广泛应用于玩具、金属饰扣、家电、汽车等行业。近年来，随着汽车工业、基础设施、房地产、家电等行业的高速发展，我国对铸造锌合金的需求快速增长，目前我国已成为世界最大的锌生产、消费大国。然而，传统的铸造锌合金普遍存在枝晶组织发达，力学性能差等问题，大大降低了其产品使用寿命。

Fe为锌合金生产过程中最需要严格控制的有害杂质元素，微量的Fe会与Al反应形成Al₅Fe₂化合物，造成Al元素损耗并形成浮渣，降低锌合金铸造时流动性，导致铸件表面质量因夹渣等原因而变差。此外，Fe能明显提高锌合金再结晶温度，还会增加合金脆性，降低锌合金的腐蚀性能，在铸件中形成硬质点，影响后续加工和抛光等。在锌合金铸造过程中，Fe元素易通过原料及熔炼工具带入铸造合金产品中，是不可避免的杂质元素。

微合金化是改善铸造合金组织与性能的有效途径之一，通过添加合金元素可有效细化组织、净化杂质，提高合金的综合力学性能。Zr是有色合金中常用的微合金化元素，《中南大学学报(自然科学版)》2008年第39卷第6期发表论文“微量Zr，Er和Y对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织的影响”，表明添加Zr能明显细化合金晶粒，提高合金强度，改善力学性能稳定性。目前尚未发现利用锆微合金化技术改善铸造锌合金组织、净化杂质、提高其力学性能的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种含锆的铸造锌合金及其制备方法，可有效细化锌合金枝晶，缩短枝晶间距，特别是抑制杂质Fe的有害影响，提高合金的力学性能。

本发明一种含锆铸造锌合金，包括下述组份按重量百分比组成：

Al：3.5-4.3%；

Mg：0.02-0.06%；

Zr：0.05-0.2%；

Pb、Cd、Fe、Sn杂质元素总含量小于0.02%；余量为Zn。

本发明一种含锆铸造锌合金的制备方法，包括下述步骤：

第一步：配料

根据设计的含锆铸造锌合金的组分配比称取各组分，其中：Mg、Zr以Al-Zr、Al-Mg中间合金的形式加入，Al以Zn-Al中间合金的形式加入，Zn以纯Zn锭的形式加入；

第二步：先将Zn-Al中间合金放入熔炼炉中，升温至550℃熔化，再依次加入Al-Zr、Al-Mg中间合金及纯Zn锭并升温至750-760℃，待金属完全熔化后，搅拌、精炼、扒渣，随后，降温至500-550℃，静置、扒渣、浇铸，得到含锆铸造锌合金。

本发明一种含锆铸造锌合金的制备方法中，所述纯Zn锭的纯度大于99.97%，所述Zn-Al中间合金中Al的质量百分含量为5%，所述Al-Zr中间合金Zr的质量百分含量为11.34%，所述Al-Mg中间合金中Mg的质量百分含量为11.07%。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明的铸造锌合金中添加了Zr元素，在凝固过程中，Zr原子富集于固液界面前沿形成一层薄膜，减慢Zn原子在界面的扩散速率，抑制枝晶生长，此外，Zr与合金中与Al、Zn元素结合形成Al₂ZnZr相，该相一方面在合金凝固时起到非匀质形核核心作用，可有效细化合金枝晶，缩短枝晶间距，另一方面，Al₂ZnZr相对晶界有较强的钉扎作用，大大提升合金的强度。Fe是铸造锌合金中常见杂质元素，锌合金中含有Fe对合金铸造性能不利，影响产品的使用性能和服役寿命。铸造锌合金中Fe与Zr的交互作用比其他元素要大，Zr元素向原子排列不规则的晶界上富集并存在于杂质相中，与杂质元素Fe反应形成复杂的(ZnAlFeZr)化合物，ZnAlFeZr是一种体心立方结构相，可较好地改善锌合金综合力学性能，抑制了杂质Fe对合金的有害影响。本发明铸态合金的硬度超过83HB，抗拉强度Rm超过217MPa，伸长率A超过4.7%。本发明产品制备方法简便易行，可获得枝晶细小、晶间片层间距短、Fe杂质含量低、综合力学性能良好的锌合金铸锭。

附图说明

附图1为本发明对比例1制备的合金的铸态组织照片；

附图2-1为本发明对比例1制备的合金夹杂物形貌图；

附图2-2为本发明对比例1制备的合金夹杂物的能谱图；