一种锌合金锭及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锌合金锭及其制备方法，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成：铝3.5?4.3％、铜0.8?1.2％、镁0.04?0.07％、锰1.0?1.5％、钼0.05?0.1％、镍0.03?0.08％、硼0.02?0.15％、锆0.08?0.12％、余量为锌和不可避免的杂质，该锌合金锭通过配料、前处理、熔炼、压铸、起模、退火等步骤制备而成。本发明的有益效果是：本发明锌合金锭耐磨耐腐蚀耐高温，有效降低铁元素杂质的影响，表面均匀美观，成本低，具有一定的推广价值。
【专利说明】
一种锌合金锭及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种锌合金锭及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔。近年来，随着对钢铁产品耐蚀性和外观质量的要求越来越高，在热镀锌领域开发了许多锌合金镀层。其中研究最多、成果最突出的就是锌铝合金镀层的研究。但目前的使用的锌合金大多耐磨耐腐蚀形差，存在热发射性不高、铝偏析的问题。
[0003]在中国公开的专利申请CN104651687A中针对锌合金镀层的耐磨性差和热发射性低的问题提出了一种合金锌锭以及制备方法。其包括以下重量百分百:铝50%?58%，硅1.2%?1.8%,钛0.01%?0.2%，铼0.01%?0.5%，镧铈混合稀土0.03%?0.7%，余量为锌。该发明具有提高镀层表面的耐磨性及热反射性，表面美观颜色分布均匀，损耗少，表面渣子少的益处。
[0004]但现有技术中耐腐蚀、耐高温的性质仍不能满足一些生产使用的需求，杂质中铁元素含量过多，影响锌镀层表面光洁度。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的问题，本发明提出了一种耐磨、耐高温、耐腐蚀性强、表面光洁度高、能有效避免铁元素杂质的影响的锌合金锭。
[0006]为实现上述的目的，被发明采用以下技术方案:
[0007]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝3.5-4.3%、铜0.8-1.2%、镁0.04-0.07%、锰1.0-1.5%、钼0.05-0.1%、镍0.03-0.08%、硼0.02-0.15%、锆0.08-0.12%、余量为锌和不可避免的杂质。
[0008]优选的，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝3.8-4.3 %、铜1.0-1.2 %、镁0.05-0.07%、锰1.2-1.5%、钼0.08-0.1%、镍0.05-0.08%、硼0.08-0.15%、锆0.10-0.12%、余量为锌和不可避免的杂质。
[0009]优选的，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝4.2%、铜1.0%、镁0.06%、锰1.3%、钼0.07%、镍0.03%、硼0.08%、锆0.09%、余量为锌和不可避免的杂质。
[0010]优选的，所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤如下:
[0011](I)配料:取配比完成的原料，所述原料中含下述重量百分含量的元素:铝3.5-4.3%、铜0.8-1.2%、镁0.04-0.07 %、锰 1.0-1.5%、钼0.05-0.1%、镍0.03-0.08%、硼0.02-0.15%、锆 0.08-0.12%、余量为锌；
[0012](2)前处理:坩祸在加料前先预热至180 °C_250°C，喷上涂料，然后继续加热至300°C _350°C，加入步骤(I)中的原料，坩祸预热可减少铁元素的熔入，涂料、原料加热为烘干水分；
[0013](3)熔炼:升温至700 °C-720 V后快速搅拌一次，混合均匀的同时避免大量气体的混入，保温l_2h，然后再升温至完全；tg?融，精炼30min ；
[0014](4)压铸:降温至380°C_385°C，将熔融的合金液充填铸型凝固成铸件，采用的比压为15-25Mpa，压射速度为30_50m/s，填充时间为0.05-0.1s,填充完成后冷却；
[0015](5)起模:待冷却至室温，将模框中的型腔取出，再取出型腔内冷却成型的合金；
[0016](6)退火:将锌合金锭在退火炉中加热至3500C-400°C，保温3_5h后进行退火处理，以改善切削加工性，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，消除组织缺陷。
[0017]优选的，所述步骤(2)中涂料为耐高温涂料XZ-T001，原料加入的顺序依次为锌锭、铝锭、镁锭、锌锰合金、锌铜合金、锌镍合金、锌钼合金、锌锆合金、二硼化钛，加入时搅拌。
[0018]优选的，所述步骤(3)精炼过程中加入0.15-0.2%氯化铵，减少高温下生成大量炉渣，精炼完成后降温至400°C_430°C，保温l_3h后搅拌3-5min，使成分均匀化，然后炉口取样进行合金均匀度的检测。
[0019]优选的，所述步骤(3)的熔炼过程中需将液面的浮渣扒聚收集，但避免扒渣频繁，尽量减少熔液的搅动以及与空气接触的面积，步骤(4)压铸前需将浮渣扒净。
[0020]优选的，所述步骤(6)加热过程以0.3-0.5°C/秒进行升温。
[0021]优选的，所述步骤(4)中冷却采用热管冷却。
[0022]锌合金中主要的添加元素为铝、铜、镁等，铝能够增加合金的流动性，降低锌对铁的反应能力，铜和镁可减少晶间腐蚀、增加强度和硬度、提高抗磨损性能。本发明中添加的锰元素可提高耐蚀性和强度，由于铝和铁的结合力比铝和锌的结合力强，且生成的Fe-Al对合金的的生成具有不利的影响，而锰元素的存在可将有害的Fe-Al转换成Fe-Mn-Al，还可减少粘模的倾向。在熔炼过程中，坩祸中的部分铁元素会渗入到熔液中，适量的镍能提高铝合金的强度、硬度，减少含铁量过多造成的不良影响。钼的硬度很大，能提高强度和耐磨性能，有良好的导热性和低的膨胀系数。锆耐腐蚀、耐高温性均比钛强，可塑性好。硼可以降低熔点、减小膨胀，提高强度硬度，也是冶金工业的助溶剂，具有良好的耐热耐磨性，可增强光泽，调高表面光洁度等。在制备工艺中减少了稀有金属配料的使用降低了成本，前处理步骤避免了水分、铁杂质的影响，同时可缩短熔炼工艺的时间，采用压铸可使得合金表面光洁度更高，且合金的尺寸精度更高，在压铸过程中对比压、压射速度、填充时间的合理选择可提高合金的均与度和抗拉强度，提高耐磨、耐腐蚀、耐高温的性能，且能有效降低起泡、硬点、裂纹等问题。综上可知本发明耐磨、耐腐蚀、耐高温，有效避免铁元素杂质的影响，表面均匀美观，原料成本低，具有一定的推广价值。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]实施例1:
[0025]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招4.2%、铜1.0%、镁0.06%、锰1.3%、钼0.07%、镍0.03%、硼0.08%、锆0.09%、余量为锌。
[0026]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤如下:
[0027](I)配料:取配比完成的原料，所述原料中含下述重量百分含量的元素:铝3.5-
4.3%、铜0.8-1.2%、镁0.04-0.07 %、锰 1.0-1.5%、钼0.05-0.1%、镍0.03-0.08%、硼0.02-0.15%、锆 0.08-0.12%、余量为锌；
[0028](2)前处理:坩祸在加料前先预热至1800C-250°C，喷上耐高温涂料，然后继续加热至3000C-3500C，加入步骤(I)中的原料，加入的顺序依次为锌锭、铝锭、镁锭、锌锰合金、锌铜合金、锌镍合金、锌钼合金、锌锆合金、二硼化钛，加入时搅拌，坩祸预热可减少铁元素的熔入，涂料、原料加热为烘干水分；
[0029](3)熔炼:升温至700 0C-720 °C后快速搅拌一次，混合均匀的同时避免大量气体的混入，保温l_2h，期间需将产生的废渣进行收集，但避免扒渣频繁，尽量减少熔液的搅动以及与空气接触的面积，再升温至完全熔融，精炼30min;
[0030](4)压铸:降温至380°C_385°C，将液面的浮渣扒尽，然后将熔融的合金液充填铸型凝固成铸件，采用的比压为15-25Mpa，压射速度为30_50m/s，填充时间为0.05-0.1s,注模完成后采用热管冷却凝固定型；
[0031](5)起模:待冷却至室温，将模框中的型腔取出，再取出型腔内冷却成型的合金，检查是否存在毛刺、飞边、缩孔、裂纹、缩松、浮渣等问题。
[0032](6)退火:将锌合金锭在退火炉中加热至3500C-400 V，保温3_5h后进行退火处理，以改善切削加工性，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，消除组织缺陷。
[0033]实施例2:
[0034]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招3.6%、铜0.9%、镁0.05%、锰 1.0%、钼0.08%、镍 0.04%、硼0.02%、锆 0.10%、余量为锌。
[0035]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0036]实施例3:
[0037]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝3.5 %、铜0.8 %、镁0.06%、锰1.2%、钼0.05%、镍0.07%、硼0.06%、锆0.08%、余量为锌。
[0038]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0039]实施例4:
[0040]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招4.2%、铜1.0%、镁0.07%、锰1.3%、钼0.09%、镍0.03%、硼0.04%、锆0.12%、余量为锌。
[0041 ]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0042]实施例5:
[0043]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招4.3%、铜1.1%、镁0.04%、锰 1.5%、钼0.1 %、镍 0.05%、硼0.13%、锆0.10%、余量为锌。
[0044]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0045]实施例6:
[0046]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招4.0%、铜1.2%、镁
0.05%、锰 1.2%、钼0.08%、镍 0.05%、硼0.15%、锆 0.12%、余量为锌。
[0047]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0048]实施例7:
[0049]—种锌合金锭，该锌合金锭由以下重量百分含量组成:招3.8%、铜1.0%、镁0.05%、锰 1.4%、钼0.06%、镍 0.08%、硼0.10%、锆0.11 %、余量为锌。
[0050]所述锌合金锭的制备方法，其制备步骤同实施例1。
[0051 ]对照试验:
[0052]取市面上常见的锌合金锭与本发明进行热镀锌层的耐磨时间、耐盐雾时间、耐高温、外观等方面的对比试验，试验结果如下:
[0053]①耐磨时间:本发明平均耐磨时间(采用同样打磨方式失去相等重量产品所需的时间)比对照组长46h。
[0054]②耐盐雾时间:本发明平均耐盐雾时间比对照组长127h。
[0055]③耐高温:本发明平均耐热温度比对照组高98°C。
[0056]④外观:本发明相较于对照组表面平整，无硬点、起泡、飞边、水纹、热裂纹等现象。
[0057]本发明技术方案制备的锌合金锭的工艺中锰、镍元素减轻了铁元素产生的不利影响，避免了硬点的生成，减少了铝的消耗量;钼、硼硬度大，膨胀系数低，有效降低了产品的变形度，且硼能降低熔点，节约工艺成本;锆耐腐蚀、耐高温均比钛强，具有更好地使用价值。最后热镀锌的成品与常见的镀锌件相比，耐磨、耐腐蚀、耐高温方面均有很强的提升，且表面整洁美观，摩擦系数小，更有推广价值。
[0058]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种锌合金锭，其特征在于，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝3.5-4.3 %、铜0.8-1.2%、镁0.04-0.07%、锰1.0-1.5%、钼0.05-0.1%、镍0.03-0.08%、硼0.02-.0.15%、锆0.08-0.12%、余量为锌和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的锌合金锭，其特征在于，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝3.8-4.3%、铜1.0-1.2%、镁0.05-0.07%、锰1.2-1.5%、钼0.08-0.1%、镍0.05-.0.08%、硼0.08-0.15%、锆0.10-0.12%、余量为锌和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的锌合金锭，其特征在于，所述锌合金锭由以下重量百分含量组成:铝4.2%、铜1.0%、镁0.06%、锰1.3%、钼0.07%、镍0.03%、硼0.08%、锆0.09%、余量为锌和不可避免的杂质。4.根据权利要求1-3中所述的任意一种锌合金锭的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: (1)配料:取配比完成的原料，所述原料中含下述重量百分含量的元素:铝3.5-4.3%、铜0.8-1.2%、镁0.04-0.07%、锰1.0-1.5%、钼0.05-0.1%、镍0.03-0.08%、硼0.02-.0.15%、锆 0.08-0.12%、余量为锌； (2)前处理:坩祸在加料前先预热至180°C-250°C，喷上涂料，然后继续加热至300°C-.350 °C,加入步骤(I)中的原料； (3)熔炼:升温至700°C-72(rC后快速搅拌一次，保温l_2h，然后再升温至完全熔融，精炼30min; (4)压铸:降温至380°C-385°C，将熔融的合金液充填铸型凝固成铸件，采用的比压为.15-25Mpa，压射速度为30_50m/s，填充时间为0.05-0.1s,填充完成后冷却； (5)起模:待冷却至室温，将模框中的型腔取出，再取出型腔内冷却成型的合金。 (6)退火:将锌合金锭在退火炉中加热至350V-400 V，保温3-5h后进行退火处理。5.根据权利要求4所述的锌合金锭的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中涂料为耐高温涂料XZ-T001，原料加入的顺序依次为锌锭、铝锭、镁锭、锌锰合金、锌铜合金、锌镍合金、锌钼合金、锌锆合金、二硼化钛，加入时搅拌。6.根据权利要求4所述的锌合金锭的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)精炼过程中加入0.15-0.2%氯化铵，精炼完成后降温至400°(:-430°(:，保温1-311后搅拌3-51^11，然后炉口取样进行合金均匀度的检测。7.根据权利要求4所述的锌合金锭的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)的熔炼过程中需将液面的浮渣扒聚收集，步骤(4)压铸前需将浮渣扒净。8.根据权利要求4所述的锌合金锭的制备方法，其特征在于:所述步骤(6)加热过程以.0.3-0.5 °C/秒进行升温。9.根据权利要求4所述的锌合金锭的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中冷却采用热管冷却。
【文档编号】C22C18/04GK105821249SQ201610388349
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】庆玉荣
【申请人】安徽省含山县锦华氧化锌厂