[发明专利]一种ZnAl合金晶粒细化的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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技术领域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。

发明内容

本发明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。

本发明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。