[发明专利]用于非真空铸造的锌‑铜‑钛三元中间合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于非真空铸造锌-铜-钛三元中间合金及其制备方法，属于工业用锌合金及制造领域。

背景技术

钛锌板建筑屋面材料作为一种新型绿色建材逐渐进入中国建材市场，国内与之相媲美的同类产品仅限于彩色涂层钢板，而欧美各国运用锌做成产品用在盖顶上已有近200年的历史。对于使用寿命和品质要求更高的建筑，采用整体防腐蚀，寿命可超过百年的钛锌板是世界各地建筑师的首要选择。钛锌板是一种合金，在符合欧洲质量标准EN1179的高纯度Z1级金属锌(纯度99.995％)中加入了钛和铜熔炼而成。铜增加了合金的机械强度和硬度。含有这些金属的合金使板材膨胀系数降低，更加适应温差较大的地区。钛能够改善合金的抗蠕变性，使其在热胀冷缩后不至产生金属疲劳。钛锌板为高级金属合金板，依照欧洲标准EN988制造。

目前国内尚无文献和专利报道有锌-铜-钛合金的铸造工艺，由于锌熔点远低于铜和钛的熔点，加之锌与钛还存在一定的烧损率，若直接用纯金属进行锌-铜-钛合金的熔炼会存在铜难以熔化或熔化不完全的问题，还会导致铜钛组分难以均匀分布到合金当中，无法达到理想的效果，若重复熔炼必然会使生产成本提高。目前常常将锌-铜和锌-钛两种二元合金加入锌熔体，但是常常存在难以控制铜钛比例的难题，而且熔炼铸造复杂，熔炼精炼时间长，产生大量烟尘，释放刺激性气味，恶化操作环境，同时损害作业人员身体健康，并对周围环境造成污染(耿浩然、王守仁、王艳等.铸造锌、铜合金[M].北京：化学工业出版社，2006：65～73)。因此，锌合金熔炼迫切需要一种与成品合金中铜钛比例相同的锌-铜-钛三元中间合金，简化成分控制和熔炼过程。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于非真空铸造锌-铜-钛三元中间合金及其制备方法，以解决上述问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种用于非真空铸造的锌-铜-钛三元中间合金，其由锌元素、铜元素、钛元素以及不可避免的杂质组成，其中，锌元素的质量百分数为75％～95％，不可避免的杂质的重量百分数不超过0.1％，余量为铜元素、钛元素的混合物且铜元素与钛元素的质量比为(5～25)：1。

锌铜钛合金中铜元素与钛元素的合理质量比约为(5～25)：1，若铜元素与钛元素的质量比高于这个范围，配置合金时需要另外加入锌-钛二元合金，若低于这个范围，配置合金时需要另外加入锌-铜二元合金，导致合金熔炼成分控制复杂化。此外若锌铜钛合金中铜元素与钛元素的质量比不在(5～25)：1范围内，则不能充分利用纯钛在熔解过程中产生的热量。

第二方面，本发明提供了一种如前述的锌-铜-钛三元中间合金的制备方法，其包括如下步骤：

将纯锌、纯铜和纯钛均去除氧化层；

将占纯总锌质量10％的纯锌在430～450℃下熔化成熔池后，加入剩余纯锌；

待纯锌全部熔化后，升温至690～740℃，加入少量纯钛；

待所述少量纯钛完全熔化后，将剩余纯钛和全部纯铜分3～5次加入，并保持温度恒定在800～900℃；

待全部纯钛和纯铜加入后保温5～10min，停止加热，在熔体表面均匀撒上一层覆盖剂，待熔体冷却至650℃时加入精炼剂，进行搅拌精炼，分至少两次撇去熔体中的脏物及浮渣；

进行浇铸后，得到所述锌-铜-钛三元中间合金；

其中，所述少量纯钛的质量为全部纯钛质量的5～10％。

作为优选方案，所述覆盖剂的组分包括：氯化钠40～60wt％，氯化钾40～60wt％。

作为优选方案，所述精炼剂的组分包括：碳酸镁为50～70wt％，氯化钠为10～30wt％，氯化钾为10～30wt％。

作为优选方案，所述纯钛为海绵钛。海绵钛资源丰富，价格低廉，另外海绵钛比表面积大可加速传热和熔炼过程，从而减少能源消耗量，降低铸造成本。

作为优选方案，所述精炼的温度不超过650℃，精炼搅拌时间不超过10min，尽量避免锌的烧损。

本发明的技术方案中，其主要原理是在相对较低温度下加入纯钛，随着纯钛的熔解会释放出大量的热使温度迅速升高，并在锌熔体表面形成致密氧化物减少锌的烧损。然后分批加入纯钛和纯铜，利用纯钛产生的热促使纯铜在熔体中迅速熔解，同时避免加入纯钛后热量释放过多引起的锌熔体温度过高导致锌的烧损和产生安全隐患。由于感应炉加热速率较快，因此中间合金的生产周期短，制备过程能量高效利用，降低生产成本，提高了中间合金的市场竞争力，适合推广到规模化工业生产中。