一种锌基合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锌基合金的制备方法，包括以下步骤：先分别制备Al-Cu合金、Al-Mn合金和Al-Ti-B合金，然后将Al-Cu合金、Al-Mn合金、Al-Ti-B合金、稀土金属和金属Mg加入熔融的金属Zn中，全部熔化后造渣、扒渣，浇铸成锭，冷却即可得到锌基合金，所述锌基合金Zn-Al-Mg-Cu-Re-Mn-Ti-B，其中Re为稀土金属。本发明专利技术提供的制备方法，能有效降低温度从而降低对能量和设备的要求；另外，采用本发明专利技术的制备方法得到的锌基合金具有优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锌基合金领域，尤其涉及。
技术介绍
随着科学技术的发展，模具应用的范围越来越广泛，对于制造多品种、小批量或频 繁更改形状的产品模具，如注塑模、吹塑模、压塑模等，要求具有制造周期短、制作难度小且 成本低的特点。钢模模具制造成本高、周期长，锌基合金以其成本相对较低而广泛应用于制 造此类模具。直接采用金属锌不能满足模具在塑性、硬度、强度等性能方面的要求，通常需要在 锌中加入其他金属以改善其物理机械性能。例如Zn-Al-Cu-Mg系合金中，通过添加Al、Cu、 Mg元素可以进一步提高合金的各种物理机械性能，例如硬度和耐磨性。例如CN101928860中公开了一种制造模具用锌合金，该锌基合金中含有Al，Mg， Cu, Re,Mn, Ti和B。若采用常规的物理共混后直接熔化制备该锌基合金，一方面Cu、Mn、Ti、 B的熔点非常高，直接加入金属锌中难以熔化，因此难以分散均勻，导致得到的锌基合金的 一致性较差，所得到的锌基合金的机械性能也较差。另一方面，高温熔融对能量和设备要求 均较高，导致生产成本大大提高。因此，锌基合金中，添加的其他金属元素如何在锌基合金 中分布均勻，添加方法如何实现简单易行、节能环保、对设备要求低等方面仍存在一系列的 技术问题。例如，如铜的熔点达1083°C，钛的熔点高达1668°C，直接加入很难熔化，因此难 以在锌中分布均勻。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中存在的锌基合金机械性能较差、制备成本较高的技术问题。本专利技术提供了，包括以下步骤DAl-Cu合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态下 加入金属Cu，升温至金属Cu完全熔化，降温后保温，得到Al-Cu合金；2)A1-Mn合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态下 加入金属Mn，升温至金属Mn完全熔化，降温后保温，得到Al-Mn合金；3)A1-Ti-B合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态 下加入金属Ti和金属B，升温至金属Ti和金属B完全熔化，降温后保温，得到Al-Ti-B合4)锌基合金制备将Al-Cu合金、Al-Mn合金、Al-Ti-B合金、稀土金属和金属Mg加入 熔融的金属Zn中，待全部熔化后充分搅拌，加入造渣剂后保温；降温后扒渣，浇铸成锭，冷 却后得到锌基合金，所述锌基合金为Zn-Al-Mg-Cu-Re-Mn-Ti-B，其中Re为稀土金属。本专利技术提供的锌基合金的制备方法，通过先制备中间合金Al-Cu合金、Al-Mn合金 以及Al-Ti-B合金，然后再与金属锌及其它金属共熔，从而制备本专利技术的锌基合金。采用本专利技术中的制备方法，能有效降低温度从而降低对能量和设备的要求；另外，本专利技术中虽然温 度较低，但是仍能将各种金属完全熔融，使得锌基合金中各种金属分散均勻，从而保证锌基 合金的各种机械性能。从表1的测试结果可以看出，采用本专利技术的制备方法得到的锌基合 金，在保证抗拉强度大于280Mpa，布氏硬度大于130 N/mm2和耐磨性基本不变的前提下，收 缩率小于0. 8%，说明合金的尺寸稳定性和制模精度较高，腐蚀失重率<1. 5 gcm_2，耐腐蚀性 得到明显提高。具体实施例方式本专利技术提供了，包括以下步骤DAl-Cu合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态下 加入金属Cu，升温至金属Cu完全熔化，降温后保温，得到Al-Cu合金；2)A1-Mn合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态下 加入金属Mn，升温至金属Mn完全熔化，降温后保温，得到Al-Mn合金；3)A1-Ti-B合金制备惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Al完全熔融，搅拌状态 下加入金属Ti和金属B，升温至金属Ti和金属B完全熔化，降温后保温，得到Al-Ti-B合4)锌基合金制备将Al-Cu合金、Al-Mn合金、Al-Ti-B合金、稀土金属和金属Mg加入 熔融的金属Zn中，待全部熔化后充分搅拌，加入造渣剂后保温；降温后扒渣，浇铸成锭，冷 却后得到锌基合金，所述锌基合金为Zn-Al-Mg-Cu-Re-Mn-Ti-B，其中Re为稀土金属。本专利技术的专利技术人通过大量实验发现，本专利技术中通过先制备中间合金Al-Cu合金、 Al-Mn合金以及Al-Ti-B合金，由于中间合金的熔点大大低于单质金属的熔点，所以能降低 后续制备锌基合金过程中的熔化温度，使得本专利技术中在较低温度下仍然制得均勻分散、各 种机械性能优异的锌基合金。虽然现有技术中有公开通过制备中间合金从而制备各种模具中合金的方法，但 是，在实际生产过程中，不同合金由于其原料种类以及含量的不同，很难确定选择制备何种 中间合金。如果中间合金选择不合理，会引入大量杂质，导致合金元素出现偏析现象，合金 的综合性能大大降低。本专利技术中，专利技术人发现，通过制备Al-Cu合金、Al-Mn合金以及Al-Ti-B合金此三种 中间合金，一方面能降低熔点，从而降低熔融温度，实现低温下共熔制备均一的锌基合金； 另一方面，如果直接对各金属单质进行熔融，由于熔融温度过高，另外，熔融还需在惰性气 氛中进行，因此，熔融设备同时承受高温和高压，对设备的要求很高，而本专利技术中，熔融温度 降低，能大大降低对设备的要求，降低生产成本。本专利技术制备的锌基合金为Zn-Al-Mg-Cu-Re-Mn-Ti-B，其中Re为稀土金属。以锌 基合金的总质量为基准，Al的含量为5 22wt%，Mg的含量为0. 01 0. 05wt%, Cu的含量 为1 10wt%，稀土金属Re的含量为0. 05 0. 5wt%, B的含量为0. 01 0. 05wt %，Ti的 含量为0. 05 0. 2wt%, Mn的含量为0. 05 0. 2wt%，余量为Zn。其中稀土元素Re为本领域技术人员公知，包括镧系元素、钪(Sc)和钇(Y)共17 种。优选情况下，所述稀土金属Re选自镧(La)、铺(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、钇(Y)中的一种 或多种。根据本专利技术的制备方法，先制备Al-Cu合金。本专利技术的专利技术人发现，制备Al-Cu合 金时，金属Al、金属Cu的质量比为1 1时得到的Al-Cu合金的熔点最低，因此后续制备锌 基合金时对Al、Cu所需的熔融温度也较低。类似的，专利技术人发现制备Al-Mn合金时，金属Al、金属Mn的质量比为1 2时得 到的Al-Mn合金的熔点最低；制备Al-Ti-B合金时，金属Al、金属Ti、金属B的质量比为 5:1: 1时得到的Al-Ti-B合金的熔点最低。根据本专利技术的制备方法，步骤1 3中制备中间合金时，均需先将金属Al完全熔 融，在加入其它对应金属，从而制备对应的中间合金。所述将金属Al完全熔融的温度优选 为700 750°C，从而一方面保证Al完全熔融，另一方面防止其它金属加入时体系温度骤降 导致添加元素不能充分熔化，降低添加元素利用率。步骤1中，升温至金属Cu完全熔化的温度为800 900°C。在该温度下，金属Cu 完全熔化，然后降温、保温即可得到Al-Cu合金。优选情况下，所述降温后保温为先将熔炼 炉内的温度降温至700°C后保温20min。步骤2中升温至金属Mn完全熔化的温度为1050 1150°C。在该温度下，金属Mn 完全熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锌基合金的制备方法，包括以下步骤：１）Ａｌ－Ｃｕ合金制备：惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Ａｌ完全熔融，搅拌状态下加入金属Ｃｕ，升温至金属Ｃｕ完全熔化，降温后保温，得到Ａｌ－Ｃｕ合金；２）Ａｌ－Ｍｎ合金制备：惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Ａｌ完全熔融，搅拌状态下加入金属Ｍｎ，升温至金属Ｍｎ完全熔化，降温后保温，得到Ａｌ－Ｍｎ合金；３）Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金制备：惰性气氛保护或真空状态下，升温至金属Ａｌ完全熔融，搅拌状态下加入金属Ｔｉ和金属Ｂ，升温至金属Ｔｉ和金属Ｂ完全熔化，降温后保温，得到Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金；４）锌基合金制备：将Ａｌ－Ｃｕ合金、Ａｌ－Ｍｎ合金、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金、稀土金属和金属Ｍｇ加入熔融的金属Ｚｎ中，待全部熔化后充分搅拌，加入造渣剂后保温；降温后扒渣，浇铸成锭，冷却后得到锌基合金，所述锌基合金为Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｒｅ－Ｍｎ－Ｔｉ－Ｂ，其中Ｒｅ为稀土金属。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李正明，张伟，张德晶，陈顺，
申请(专利权)人：株洲冶炼集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43