[发明专利]Zn-Zr中间合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于细化锌-铝合金中初生η-Zn或初生α-Al晶粒的Zn-Zr中间合金细化剂及其制备方法，还涉及该Zn-Zr中间合金在细化锌-铝合金中初生η-Zn或初生α-Al晶粒中的应用，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、铸造工艺及机械加工工艺性能，市场应用前景广阔。含铝量低于5wt.%的亚共晶锌-铝合金基体由初生η-Zn晶粒和Zn-Al共晶组织构成，η-Zn晶粒在熔体中直接生成，很容易生成分枝发达、尺寸较大的树枝晶。而含铝量大于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。对锌-铝合金中发达的η-Zn或α-Al树枝晶进行控制以减小晶粒尺寸、减少枝晶分枝数目甚至使其转变为尺寸细化小的等轴晶，会大大提高材料力学性能，同时也会减少组织中的缩孔、缩松及成分偏析等各种微结构缺陷。故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组织。

目前生产中常用的锌-铝合金晶粒细化剂以铝基中间合金（如Al-Sr、Al-Ti中间合金）、盐类（如K₂TiF₆）、稀土为常见，这些细化剂在实际使用过程中会出现很多问题：稀土和铝基中间合金熔化温度大大高于锌-铝合金熔炼温度，为使细化剂熔入锌-铝合金并分布均匀，细化时需要提高熔炼温度或延长保温时间，这会大大提高生产成本；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，进而可能会产生某些性能的改变（特别是对于含铝量较低的亚共晶锌-铝合金）；盐类加入锌-铝熔体中后有效细化元素的吸收不稳定，使加入量无法精确控制，且细化过程中会产生其它盐类化合物，成为锌-铝合金中的夹杂物而恶化其力学性能。故生产中特别需要与待细化的锌-铝合金熔化温度和基体化学成分相同或相近的锌或锌-铝基中间合金细化剂。而且，上述细化剂只对过共晶锌-铝合金中的初生α-Al树枝晶进行细化，对亚共晶锌-铝合金中初生η-Zn晶粒的细化目前极少有文献报导。

申请号为201010204115.4的中国发明专利给出制备以锌为基体的Zn-Ti中间合金的方法，但该发明需要较高的熔体反应温度（达750-880℃），可能会导致部分锌的氧化和燃烧。此外，为了促进钛的熔解和减少锌的氧化烧损该发明采用了逐次升温并添加原料钛的工艺措施，这又带来工艺复杂和生产周期长的问题。申请号为201110233071.2的中国发明给出了一种锌-铝-钛-硼中间合金，可用于细化亚共晶和过共晶锌-铝合金中的初生η-Zn和初生α-Al晶粒，但此发明需要用氟盐进行制备，制备过程中会释放出有毒气体或固体，污染环境和损坏生产工人身体健康，增加了废弃物处理的生产工序，同时所制备的中间合金基体中可能会因清渣不完全而残留固体氟盐化合物，这样的中间合金加入到待细化的锌-铝合金中后会降低其力学性能，或引发其它产品质量问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种Zn-Zr中间合金，该中间合金既适合于细化亚共晶锌-铝合金（含铝少于5wt.%）中的初生η-Zn晶粒，又适合细化过共晶锌-铝合金（含铝大于5wt.%）中的初生α-Al晶粒，应用范围广。

本发明还公开了该中间合金的制备方法，该方法操作简单，反应时间短，无废弃物排放，环境友好。

本发明还提供了该中间合金的应用，具体涉及其在细化亚共晶锌-铝合金（含铝少于5wt.%）中的初生η-Zn晶粒或过共晶锌-铝合金（含铝大于5wt.%）中的初生α-Al晶粒的应用, 细化效果好。

本发明Zn-Zr中间合金以锌为基体，与各种锌-铝合金有相近或更低的熔化温度，加入到各种锌-铝合金中后能够在短时间内迅速熔化释放出锆元素或含有锆的晶粒形核核心而在凝固过程中起到细化晶粒的作用，对亚共晶锌-铝合金中的初生η-Zn或过共晶锌-铝合金中的初生α-Al晶粒均具有良好的晶粒细化效果。在实际生产中，这对降低锌-铝合金熔炼温度、减少熔炼、处理时间，降低生产成本有重要的意义。

本发明的技术方案如下：

一种Zn-Zr中间合金，其特征是由以下质量百分比的组分组成：锆0.01-17wt.%，其余为锌，优选的，锆3-17wt.%，其余为锌。