专利名称：一种制备高性能压铸锌合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备高性能压铸锌合金的方法，使压铸锌合金的力学性能得到大幅度提高，属于合金生产技术(C22C合金)。
背景技术：
锌是重要的有色金属原材料，目前，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝；金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制成物理与化学性能更加优良的合金；压铸锌合金和其他有色金属合金相比有明显的优势材料价廉、熔点低、耗能少、流动性及成型性好、具有良好的力学性能和耐磨耐蚀性能、减振降噪性能，具有极限抗拉强度高、承载性好和熔化与压铸时不吸铁的特点，适宜制造优质压铸产品，因此压铸锌合金正越来越广
泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。国内对压铸锌合金性能的研究取得过一定的成果，如湘潭大学的王先德等研究了元素Mn对ZZnA14Y锌合金显微组织和力学性能的影响，指出Mn加入量在某个范围内时，可明显提高锌合金的综合力学性能；沈阳航空工业学院的李秀华等人在压铸锌合金中加入适量的富Ce稀土，能优化压铸件的微观组织、细化晶粒和清除晶粒边界杂质，使压铸锌合金的伸长率提高4. 8%以上；常州大学王建华等在ZZnA14Y锌合金中加入稀土 0. 05wt. %镧元素，使锌铝合金具有较好的综合力学性能。但是国内的压铸锌合金与其他各国相比存在着很大的差距，比如锌合金中的杂质含量过高，而且成分和品质很不稳定，尤其是各项力学性能指标不高；目前我国的锌合金还需大量进口，因此很有必要开发一种高性能的压铸锌合金，以获得更好和更稳定的机械性能，以便减少优质锌合金的进口。
发明内容
本发明的目的是，提出了一种制备高性能压铸锌合金的工艺方法，将它用于压铸锌合金铸造过程中，能显著改善其各项力学性能指标。该方法可普遍应用于优质锌合金的工业生产，制造出高品质的锌合金产品。本发明的技术方案之一是，一种制备高性能压铸锌合金的工艺方法
(1)预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至650°C-680°C完全熔化锌合金；
(2)往熔体中加入不同含量Al-90wt%Cu合金粉，然后均匀搅拌；
(3)待温度降至430°C_450°C时，静置2_5分钟后浇铸。本发明的原理是加入的含量Al_90wt%Cu合金粉末在锌熔体中有部分熔化，Cu元素固溶到n-Zn相、a-Al相和共晶组织中，起固溶强化作用，还有部分Cu和Zn形成e相(CuZn4相)，在合金中起第二相强化作用；另外部分没有熔化的小颗粒粉末，同样均匀分布在合金基体中，起到复相增强作用。Al-90wt%Cu合金粉的加入量范围是2wt%_6wt%，压铸锌合金的硬度和冲击韧性随着加入量的增加而增加；当Al-90wt%Cu合金粉的加入量超过6wt%时，压铸锌合金的硬度和冲击韧性开始降低；所述的Al-90wt%Cu合金粉是是天勤实业科技发展有限公司采用雾化制粉的方法得到，牌号为Titd-CuAl-3，粒度为100目。本发明的优点是固液混合铸造的ZZnA14Y压铸锌合金力学性能显著提高，其中抗拉强度、冲击韧性、硬度和延伸率分别提高了 17. 5,201%,47. 1%和14. 9%。能为用户生产出满足性能要求的高品质压铸锌合金产品。
图I是Al-90wt%Cu合金粉外观形貌；从图中可以看出粉末都是以粒状或长条状的形式存在的，平均粒度大概是IOOiim ;
图2是不同量的Al-90wt%Cu合金粉与ZZnA14Y压铸锌合金固液混合铸造后的试 样显微组织；当Al-90wt%Cu合金粉的加入量范围是2wt%-6wt%时，随着合金粉的加入，ZZnA14Y锌合金中的初生n-Zn相呈逐渐细化的趋势；从图2 (a)可以看出原始组织由灰白色的初生树枝晶n -Zn相和共晶组织组成；加入锌合金总重量2%的合金粉后，n -Zn相变得细小并且在数量上有一定程度的增加，如图2 (b)所示；当Al-90wt%Cu合金粉量达到4%时，n-Zn相得到进一步的细化，并且有小部分细长条状的e相的析出，如图2 (c)所示；当Al_90wt%Cu合金粉量达到6%时，n_Zn相尺寸达到最小,细长条状的e相的量达到最大值，同时共晶组织变得更加致密，如图2 (d)所示；当Al-90wt%Cu合金粉量达到8%时，n-Zn相开始粗化，e相的尺寸也逐渐变大，如图2 (e)所示；(a) 0 wt.%; (b) 2 wt.%;
(c)4 wt.%; (d) 6 wt.%; (e) 8 wt. % ；
图3是不同量的Al-90wt%Cu合金粉与ZZnA14Y压铸锌合金固液混合铸造的试样冲击试验后的断口形貌；从图3 (a)中可以明显的看出，原始的ZZnA14Y压铸锌合金的断口主要是粗大的解理面，这些粗大的解理面是由粗大的初生n-Zn断裂造成的；当合金粉的量达到6被％时，断口面上粗大的解理面明显减少，并且有许多酒窝型的撕裂脊的出现如图3(c)所示，证明此时的初生n-Zn较细，同时长条状的e相和共晶组织的数量较多；当合金粉的量达到8被％时，断口上又出现较多尺寸较大的解理面如图3 (d)所示，因为此时的n-Zn相和 e 相尺寸开始变粗；(a) 0 wt. %; (b) 2 wt. %; (c) 6 wt.%; (d) 8 wt. %。
具体实施例方式实施例I :将Al-90wt%Cu合金粉按锌合金总重量的2%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430°C静置5分钟后浇注试棒和铸件；经过处理后的合金组织如图2 (b)所示，经过处理后的机械性能见表I中的2号合金，抗拉强度提高5. 9%，硬度提高20%，冲击韧性提高28. 8%，延伸率提高2. 9%，试棒断口扫描电镜照片如图3 (b)所示。实施例2 :将Al_90wt%Cu合金粉按锌合金总重量的4%在650°C加入到完全熔化的ZZnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在450°C静置2分钟后浇注试棒和铸件；经过处理后的机械性能见表I中的3号合金，抗拉强度提高I. 0%，硬度提高12. 9%，冲击韧性提高27. 1%，延伸率略有所下降。实施例3 :将Al_90wt%Cu合金粉按锌合金总重量的4%在670°C加入到完全熔化的ZZnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在440°C静置3分钟后浇注试棒和铸件；经过处理后的合金组织如图2 (c)所示，经过处理后的机械性能见表I中的4号合金，抗拉强度提闻10. 6%，硬度提闻34. 1%，冲击朝性提闻108%，延伸率提闻12. 6%o实施例4 :将Al_90wt%Cu合金粉按锌合金总重量的6%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在430°C静置5分钟后浇注试棒和铸件；经过处理后的合金组织如图2 (d)所示，经过处理后的机械性能见表I中的5号合金，抗拉强度提高17. 5%，硬度提高47. 1%，冲击韧性提高201%，延伸率提高14. 9%。试棒断口扫描电镜照片如图3 (c)所示。实施例5 :将Al_90wt%Cu合金粉按锌合金总重量的8%在680°C加入到完全熔化的ZZnA14Y压铸锌合金中，经过充分搅拌，然后在450°C静置2分钟后浇注试棒和铸件；经过处理后的合金组织如图2 (e)所示，经过处理后的机械性能见表一中的6号合金，抗拉强度提高8. 3%，硬度提高28. 2%，冲击韧性提高67. 8%，延伸率提高10. 2%。试棒断口扫描电镜照片如图三(d)所示。
表I是不同量Al_90wt%Cu合金粉与ZZnA14Y压铸锌合金固液混合铸造后的力学性能数据，从表中可得知，经过固液混合铸造后的锌合金与未做任何处理的锌合金相比，力学性能有了显著的提高；当Al-90wt%Cu合金粉加入量达到6wt%时，ZZnA14Y压铸锌合金具有最佳的综合机械性能。表I不同量的Al_90wt%Cu合金粉与ZZnA14Y压铸锌合金固液混合铸造的力学性能数据
合金I铸液温度I抗拉强廣I冲击養性I伸长率^酿
编号I Ct) I (Mt) I CJ/cm2) I (%) (HB)
^I........................0........................--丽--j—302—......................RM—.......................1J7.........................—......................85.............................
—2..........................................2..............................................6S0..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................320..............................................18:06..................................................1:72......................................................102..........................
~34 j 650 I 305 [ 11820799
^4^ 467033429.16l.gg114
—56 j 680 j 35542.251.92125
—68 I 680 I 327 I 23.53 I 184109
权利要求
1.一种制备高性能压铸锌合金的方法其特征在于包括如下步骤 (1)预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至650°C-680°C完全熔化锌合金；(2)往熔体中加入锌合金重量2wt.%-6wt. %的Al-90wt%Cu合金粉，然后均匀搅拌； (3)待温度降至430°C_450°C时，静置2_5分钟后浇铸。
2.如权利要求I所述的一种制备高性能压铸锌合金的方法其特征在于所述Al-90wt%Cu合金粉的加入量为锌合金重量的6wt%。
全文摘要
本发明涉及一种制备高性能压铸锌合金的方法，使压铸锌合金的力学性能得到大幅度提高，属于合金生产技术(C22C合金)。其特征在于包括如下步骤(1)预热石墨坩埚至暗红色，然后升温至650℃-680℃完全熔化锌合金；(2)往熔体中加入锌合金重量2wt%-6wt%的Al-90wt%Cu合金粉，然后均匀搅拌；(3)待温度降至430℃-450℃时，静置2-5分钟后浇铸。本发明的优点是固液混合铸造的ZZnAl4Y压铸锌合金力学性能显著提高。其中抗拉强度、冲击韧性、硬度和延伸率分别提高了17.5、201%、47.1%和14.9%。能为用户生产出满足性能要求的高品质压铸锌合金产品。
文档编号B22D17/00GK102808116SQ201210186939
公开日2012年12月5日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者王建华, 王辉, 黄剑锋, 苏旭平, 魏文武, 苗华磊 申请人:常州大学, 株洲冶炼集团股份有限公司