[发明专利]含有带孔洞或凹槽的锆‑钛‑铝‑锌四元化合物粒子的锌‑铝基中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种锌-铝基中间合金，具体涉及一种含有带孔洞或凹槽的锆-钛-铝-锌四元化合物粒子的锌-铝基中间合金及其制备方法，可用作细化锌-铝合金中初生α-Al晶粒的Zn-Al-Zr-Ti中间合金细化剂。

背景技术

铝含量大于5wt.%的过共晶锌-铝合金组织结构中含有分枝发达、尺寸较大的初生α-Al树枝晶，为减少合金的缩孔、缩松及组元偏析等组织结构缺陷以及提高力学性能，通常需要对锌-铝合金中的α-Al树枝晶进行细化，以尽可能地减少枝晶分枝数目和减小其晶粒尺寸。

申请号为201110233039.4和201210531475.4的专利分别提供了Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr中间合金，能够很好地细化锌-铝合金组织结构中的初生α-Al树枝晶。这两种中间合金使锌-铝合金产生晶粒细化的基本原理是：其组织结构中含有TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固体粒子被释放到锌-铝合金熔体中后对初生α-Al相起到异质形核基底的作用，使凝固过程中形成的α-Al晶粒数目增多从而导致其形貌得到改变、尺寸得到减小。申请号为201210423591.4的专利文献表明，中间合金细化剂加入到待细化的合金中以后所释放的固体形核粒子只有一小部分起到形核基底的功能，绝大部分粒子在凝固过程中被推向晶界而没有发挥作用。因此，提高中间合金中所含粒子的形核能力才能进一步增加有效形核粒子的数量，从而提高中间合金的晶粒细化效能。

以上Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr两种中间合金从两专利文献所给的晶粒细化效果来看，仍有进一步提高的潜力。初生α-Al相能否在锌-铝熔体中的TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固体粒子表面形核在很大程度上受到固体粒子表面曲率的影响，表面凹陷时比表面为平面或凸出时晶粒形核需要克服的表面能要低得多，因此粒子的形核能力强，中间合金的细化效能相应增高。以上Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr两种中间合金中的TiAl_3-xZn_x或ZrAl_3-xZn_x固体粒子表面为凸面或平面，如能在粒子表面形成凹面区域，则Zn-Al-Ti和Zn-Al-Zr两种中间合金的晶粒细化效能会有进一步提高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种同时含有锆、钛元素的Zn-Al基中间合金，在合金基体中含有带孔洞或者凹槽的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x（0<n<1,0<x<3）四元化合物粒子，具有比Zn-Al-Ti或Zn-Al-Zr中间合金更高的晶粒细化效能。

本发明还提供了该中间合金的制备方法。

本发明技术方案如下：

一种含有带孔洞或凹槽的锆-钛-铝-锌四元化合物粒子的锌-铝基中间合金，其特征在于：由锌、铝、锆、钛四种元素组成，各元素的质量百分含量为：锆2-6%，钛1-3%，铝15-40%，其余为锌。

所述的锆、钛元素以Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子形式镶嵌于基体中，其中0<n<1，0<x<3；所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子上分布有一个或多个孔洞，或者粒子外表面上有一个或多个凹槽，或者同时含有孔洞和凹槽；所述的基体为锌-铝基体。

优选的，所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子为多面体形状，外径尺寸为1-10μm。

优选的，所述的孔洞个数为1-2个，孔径0.3-1.8μm；凹槽个数为1-2个，凹槽宽0.3-3μm、深0.3-3μm。

更优选的，所述的Zr_1-nTi_nAl_3-xZn_x四元化合物粒子为立方晶体结构。

上述含有带孔洞或凹槽的锆-钛-铝-锌四元化合物粒子的锌-铝基中间合金的制备方法，步骤包括：