一种ZnAl合金晶粒细化的方法技术

本发明专利技术一种ZnAl合金晶粒的细化方法，涉及铝作次主要成分的锌基合金，是采用Al‑5Ti‑1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加对Zn‑22Al合金的晶粒进行细化的方法，取原料纯Zn、纯Al和纯Al‑5Zr合金、脱水ZnCl

【技术实现步骤摘要】
一种ZnAl合金晶粒细化的方法
本专利技术的技术方案涉及铝作次主要成分的锌基合金，具体地说是一种ZnAl合金晶粒的细化方法。
技术介绍
ZnAl(简称ZA)系列合金由于具有高的强度、硬度、耐磨性、无磁性、碰撞时无火花性、加上制备成本低和易于成型，因而得到了广泛应用。该系列合金用于代替Al合金及Cu合金均具有明显的经济性。当前，随着工业水平及武器装备技术的高速发展，各类机械设备日趋高速运转和大功率化，但随之引起的振动、噪声以及疲劳断裂问题亦越来越突出，因此利用高阻尼材料的耗散振动能的本领从振源上减振降噪，无论是对民用还是军工高
均具有重要的战略意义。ZA系列合金中的Zn-22Al共析合金由于具有特殊的复相结构可在振动中高效的摩擦耗能，从而具有了非常优良的阻尼性能，因此Zn-22Al合金在作为高效的阻尼材料方面亦有着十分广泛的应用前景。然而，ZA系列合金，包括Zn-22Al合金，目前仍普遍存在力学性能较差的不足。研究表明，晶粒细化是提高金属材料综合力学性能的最有效的手段。近些年来，人们在金属材料晶粒细化方面已做了许多的工作，现有技术主要包括快速凝固法、变质细化法、熔体搅拌法、以及机械振动和超声振荡法。其中，金属材料晶粒的变质细化法具有简单、易操作和细化效果较其他方法更为明显的优点，且所制备产品不受尺寸限制，因而在金属材料产品制备中得到了十分广泛的应用。CN102268573A“锌-铝-钛-硼中间合金及其制备方法”和CN102978425A“锌-铝-锆中间合金及其制备方法和应用”公开了两类可用于ZnAl合金的晶粒细化剂，并可将ZnAl合金中初生α-Al的晶粒细化至50μm。然而，上述所披露的现有技术对ZA系列合金进行晶粒细化的效果仍然不能满足工业水平及武器装备技术高速发展的需要，仍然有待进一步提升，仍需开发新的高效的金属材料晶粒的变质细化的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种ZnAl合金晶粒的细化方法，是采用Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加对Zn-22Al合金的晶粒进行细化的方法，克服了现有技术对ZA系列合金进行晶粒细化的效果仍然不能满足工业水平及武器装备技术高速发展需要的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种ZnAl合金晶粒的细化方法，是采用Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加对Zn-22Al合金的晶粒进行细化的方法，具体步骤如下：第一步，配料：按需要分别称取原料纯Zn、纯Al和纯Al-5Zr合金，并确定Zn元素和Al元素的质量比为Zn∶Al＝78∶22，Zr元素则占上述三种原料总重的0.01～0.1％(质量百分比)，将三种原料切成细小块状，对表面进行打磨、清洗、干燥后待用，然后，称取占上述三种原料总重量为0.3～0.5％(质量百分比)的脱水ZnCl2精炼剂待用，以及称取占上述三种原料总重量为0.01～0.4％(质量百分比)的Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂剪成小段后待用；第二步，Zn-22Al合金晶粒的细化：将上述第一步称取的细小块状原料纯Zn和细小块状纯Al置于石墨黏土坩埚中，然后移至井式坩埚炉中升温至540～560℃，待原料熔化后保温6～8分钟，然后用钟罩压入上述第一步称取的脱水ZnCl2精炼剂的一半数量进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，然后投入上述第一步称取的Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂，搅拌8～12秒钟，保温6～8分钟后投入上述第一步称取的细小块状纯Al-5Zr合金，搅拌8～12秒钟，保温6～8分钟后，用钟罩再次压入上述第一步称取的脱水ZnCl2精炼剂的另一半数量进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，浇入钢制模具中，由此完成Zn-22Al合金晶粒的细化。上述一种ZnAl合金晶粒的细化方法，所述Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂采用以下方法制备：将商购Al-5Ti-1B棒材切成小段，放入真空快淬炉的水冷铜坩埚内，调节电极位置，使之与坩埚内Al-5Ti-1B合金小段之间的距离为0.5～1.5mm，关闭炉门、进出料口和放气阀，抽真空至高于5×10-3Pa后，用氩气洗炉，随后充入氩气至0.04～0.05Pa，起弧后调节弧电流逐步上升至500～600A，将合金熔化，待合金全部熔化成液态时，倾斜坩埚使得合金液通过流道引至转速为35～45m/s的水冷钼轮上，熔融液态合金与其接触后，迅速凝固，合金形成薄带状由钼轮切线方向飞出，经挡板阻挡后落入炉体下部的收藏室，收集制得的Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂。上述一种ZnAl合金晶粒的细化方法，其中所用原料纯Zn、纯Al、纯Al-5Zr合金、脱水ZnCl2均为商购获得，工艺和设备均为本
公知的。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术具有的突出的实质性特点和显著的进步如下：(1)本专利技术创新地采用了Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加的方法，进一步提高了晶粒细化的效果，使得Zn-22Al合金初生α-Al的晶粒尺寸由原来的约143μm最小可细化至10～12μm，而现有技术CN102268573A和CN102978425A仅可将ZA合金的晶粒细化至50μm。传统理论认为，当有Zr存在时，Al-5Ti-1B中间合金的细化效果会极大地减弱，即出现细化“中毒”的现象。本专利技术经过大量研究工作发现，采用先加入Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂，再加入Zr元素，且Zr的含量不高于0.1％时，其不仅不会使的Al-5Ti-1B孕育剂的细化效果减弱，反而因其在固液界面前沿的聚集，于初生α-Al相表面形成富Zr原子层，从而导致成分过冷，对初生α-Al晶粒的长大起到了有效的抑制作用，同时能够使促使更多的TiB2和L12-Al3Ti颗粒成为有效的异质形核的核心，所以显著提高了Zn-22Al合金晶粒细化的效果。(2)本专利技术方法所用Al-5Ti-1B薄带孕育剂是通过快速凝固处理技术制备而得，由于合金熔体冷速极快，瞬时凝固，其中原位生成的六方结构的TiB2颗粒和立方结构的L12-Al3Ti颗粒均十分细小，尺寸为0.9～1.1μm，且在薄带基体中弥散均匀分布，与未甩带Al-5Ti-1B合金相比，将此Al-5Ti-1B薄带孕育剂加入到Zn-22Al合金熔体中能为Zn-22Al合金的结晶提供更多的异质形核的核心，从而具有更佳的晶粒细化效果。(3)本专利技术方法中，合金产品的制备成本低，工艺及设备操作简单，易于实现规模化生产。本专利技术方法也适用于其他ZA合金晶粒的细化。下面实施例将对本专利技术具有的突出的实质性特点和显著的进步作进一步证明。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为采用金相显微镜对本专利技术实施例2～6制得的Zn-22Al合金进行观察所得的微观形貌照片，其中：图1(a)为实施例2(对照实施例)制得的未细化的Zn-22Al合金的金相微观形貌照片；图1(b)为实施例3制得的细化的Zn-22Al合金的金相微观形貌照片；图1(c)为实施例4制得的细化的Zn-22Al合金的金相微观形貌照片；图1(d)为实施例5制得的细化的Zn-22Al合金的金相微观形貌照片；图1(e)为实施例6制得的细化的Zn-22Al合金的金相微观形貌照片；图2为采用扫描电子显微镜对本专利技术实施例2～6制得的Zn-22Al合金的拉伸断口进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnAl合金晶粒的细化方法，其特征在于：是采用Al‑5Ti‑1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加对Zn‑22Al合金的晶粒进行细化的方法，具体步骤如下：第一步，配料：按需要分别称取原料纯Zn、纯Al和纯Al‑5Zr合金，并确定Zn元素和Al元素的质量比为Zn∶Al=78∶22， Zr元素则占上述三种原料总重的0.01～0.1%（质量百分比），将三种原料切成细小块状，对表面进行打磨、清洗、干燥后待用，然后，称取占上述三种原料总重量为0.3～0.5%（质量百分比）的脱水ZnCl

【技术特征摘要】
1.一种ZnAl合金晶粒的细化方法，其特征在于：是采用Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂与Zr元素复合添加对Zn-22Al合金的晶粒进行细化的方法，具体步骤如下：第一步，配料：按需要分别称取原料纯Zn、纯Al和纯Al-5Zr合金，并确定Zn元素和Al元素的质量比为Zn∶Al=78∶22，Zr元素则占上述三种原料总重的0.01～0.1%（质量百分比），将三种原料切成细小块状，对表面进行打磨、清洗、干燥后待用，然后，称取占上述三种原料总重量为0.3～0.5%（质量百分比）的脱水ZnCl2精炼剂待用，以及称取占上述三种原料总重量为0.01～0.4%（质量百分比）的Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂剪成小段后待用；第二步，Zn-22Al合金晶粒的细化：将上述第一步称取的细小块状原料纯Zn和细小块状纯Al置于石墨黏土坩埚中，然后移至井式坩埚炉中升温至540～560℃，待原料熔化后保温6～8分钟，然后用钟罩压入上述第一步称取的脱水ZnCl2精炼剂的一半数量进行精炼，静置1分钟后撇去表面浮渣，然后投入上述第一步称取的Al-5Ti-1B合金薄带孕育剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清周，李楠，刘晓静，崔春翔，殷福星，丁燕军，焦志娴，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12