钛锌合金以及钛锌合金板材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛锌合金以及钛锌合金板材的制备方法，属于金属冶炼技术领域。
【背景技术】
[0002]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，而欧美各国采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ENl 179的高纯度Zl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。
[0003]目前国内尚无文献和专利报道有锌-铜-钛合金的铸造及乳制工艺，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，钛锌板合金的制备迫切需要一种与成品合金中铜钛比例相同的锌-铜-钛三元中间合金参与熔炼，并合理设计精炼、乳制过程，简化成分控制、熔炼等生产过程，方能使制备的钛锌板材料达到欧洲EN988标准(抗拉强度大于150MPa，延伸率大于35% )。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种钛锌合金以及钛锌合金板材的制备方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供一种钛锌合金的制备方法，其包括如下步骤:
[0007]—种钛锌合金的制备方法，其包括如下步骤:
[0008]将部分纯锌熔化成熔池之后，加入剩余纯锌；
[0009]待全部纯锌熔化后，升温至450°C，加入锌-铜-钛三元中间合金；
[0010]待锌-铜-钛三元中间合金全部加入后，在熔体表面均匀撒一层覆盖剂；
[0011]待全部锌-铜-钛三元中间合金熔化后，加入精炼剂，在不超过450°C的条件下进行搅拌精炼；
[0012]撇去脏物和浮渣后，进行浇铸，得到钛锌合金锭；
[0013]所述部分纯锌的重量为纯锌重量的5?15% ;
[0014]所述钛锌合金的成分以EN998标准为准，如锌元素的质量百分数为98.78%，铜元素的质量百分数为1.04%，钛元素的质量百分数为0.08%不可避免的杂质的重量百分数不超过0.1 % ο
[0015]作为优选方案，所述纯锌和锌-铜-钛三元中间合金在进行熔化前需进行去除氧化膜的处理。
[0016]作为优选方案，所述锌-铜-钛三元中间合金中:锌元素的质量百分数为85?95%，铜元素和钛元素的质量百分含量比值符合EN988成分比例要求，不可避免的杂质的重量百分数不超过0.1%。
[0017]作为优选方案，所述锌-铜-钛三元中间合金的制备方法包括如下步骤:
[0018]将纯锌、纯铜和纯钛均去除氧化层；
[0019]将占纯总锌质量10%的纯锌在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余纯锌；
[0020]待纯锌全部熔化后，升温至690?740 °C，加入少量纯钛；
[0021]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 °C ；
[0022]待全部纯钛和纯铜加入后保温5?lOmin，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°C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；
[0023]进行浇铸后，得到所述锌-铜-钛三元中间合金；
[0024]其中，所述少量纯钛的质量为全部纯钛质量的5?10%。
[0025]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 % ο
[0026]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%。
[0027]作为优选方案，所述精炼过程中，搅拌时间不超过lOmin。
[0028]—种钛锌合金板材的制备方法，其包括如下步骤:
[0029]将前述钛锌合金锭在250?300°C下进行多道次的乳制，得到钛锌合金板材，乳制过程中，控制最后一道次的下压量为13?15%，所述最后一道次之前的每一道次的下压量为15?20%，且控制总压下量为65?90%。
[0030]本发明的技术方案中，其主要原理是采用铜钛元素比例固定的锌-铜-钛三元中间合金与纯锌进行锌-铜-钛三元合金锭的制备，从而解决了直接用纯金属进行锌-铜-钛合金的熔炼中存在的铜难以熔化或熔化不完全的问题，使得铜钛组分可以均匀分布到合金当中，通过对熔体的精炼可有效去除合金锭中的缺陷，最后通过对合金锭的乳制可得到性能优异的钛锌板材料。由于中间合金的使用简化了合金锭的铸造工艺，缩短了生产周期，制备过程中的能量得到了高效利用，降低生产成本，提高了锌-铜-钛合金锭和钛锌板材料的市场竞争力，适合推广到规模化工业生产中。
[0031]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0032]1、中间合金原料均为纯金属，来源广泛，整个制备过程无杂质元素渗入，制备的锌-铜-钛合金锭杂质含量极低；
[0033]2、采用铜钛元素比例固定的锌-铜-钛三元中间合金与纯锌进行锌-铜-钛三元合金锭的制备，解决了直接用纯金属进行锌-铜-钛合金的熔炼中存在的铜难以熔化或熔化不完全的问题，使得铜钛组分可以均匀分布到合金当中，最终使得锌-铜-钛合金锭的铸造过程得以简化；
[0034]3、铸造过程中精炼剂的使用可有效去除锌合金熔液中杂质，有效改善了锌及锌合金的铸造性能、机械性能和耐腐蚀性能；
[0035]4、综上所述，采用本工艺可以简化铸造过程，提高生产效率，且工艺简单，安全可靠，操作方便，最终制得的钛锌板材料表面无缺陷，具有较好的机械性能，具有较高的市场竞争力，适合推广到规模化工业生产中。
【附图说明】
[0036]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0037]图1为实施例1中钛锌板材的扫描电镜照片；
[0038]图2为实施例2中钛锌板材的扫描电镜照片；
[0039]图3为实施例3中钛锌板材的扫描电镜照片；
[0040]图4为实施例1-3中钛锌板材的拉伸-应力应变曲线。
【具体实施方式】
[0041]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0042]本发明中所用的锌-铜-钛三元中间合金的制备方法为:
[0043]将纯锌、纯铜和纯钛均去除氧化层；
[0044]将占纯总锌质量10%的纯锌在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余纯锌；
[0045]待纯锌全部熔化后，升温至690?740 °C，加入少量纯钛；
[0046]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 °C ；
[0047]待全部纯钛和纯铜加入后保温5?lOmin，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°C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；
[0048]进行浇铸后，得到所述锌-铜-钛三元中间合金。
[0049]实施例1
[0050]本实施例涉及一种由非真空铸造得到的钛锌板材料，锌元素的质量百分数为98.78%，铜元素的质量百分数为1.04%，钛元素的质量百分数为0.08%，不可避免的杂质的重量百分数不超过0.1 %。铸造锌-铜-钛合金锭的原料为纯锌和锌-铜-钛三元中间合金(锌-铜-钛三元中间合金的组分包括:纯锌为90wt%，纯铜9.29wt %,纯钛为0.71wt% ) ο
[0051]其制备方法是将纯锌和锌-铜-钛三元中间合金分别用320目砂纸打磨去除氧化层，分别放入鼓风干燥箱中(200°C )进行烘干预热；使用不锈钢坩祸进行合金铸造，将电阻加热炉温度设定为430°C，将占全部纯锌质量的10%左右的少量纯锌在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余纯锌；待纯锌全部熔化后，升温至450°C，加入锌-铜-钛三元中间合金，并保持温度恒定在450°C ;待全部中间合金加入后在熔体表面均匀撒上一层覆盖剂(氯化钠50wt %，氯化钾50