[发明专利]海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金

说明书

本发明公开了海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.8‑1.4wt.%,Mg:1.5‑3.0wt.%；Ge:0.5‑1.2wt.%,Sc:0.4‑0.8wt.%，Ti:0.5‑0.9wt.%,B:1.0‑1.2wt.%,余量为锌。该锌钙合金具有优异的压铸性能，并具有优异的力学性能和阻尼性能。预期能在新型海洋平台行业得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌钙合金。

背景技术

海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。与陆地油气开采相比，海洋环境洋流剧烈、海温和压力随深度变化大、海底岩层结构与陆地井迥异。海洋油气中H₂S、CO₂和Cl^-等的含量普遍较高，海底微生物种类复杂，化学腐蚀和微生物腐蚀能力都很强。因此，海洋油气开采平台用金属材料材料如不锈钢、耐蚀合金等普遍要求高耐蚀、高强高韧和高耐磨等性能特点。

锌及锌合金因具有较高的强度、良好的导电导热性以及优良的耐磨耐蚀性，在交通、电力电子、机械、国防军工等行业得到广泛应用。锌中加入锡、铝、铅、锰、硅等元素，可以在保持其力学性能和工艺性能基本不变的前提下，显著提高合金的耐磨性和抗腐蚀性。锌合金可以用于制造汽车及其它工业部门中的气缸活塞销衬套、副连杆衬套、轴承及轴承内衬、圆盘和垫圈等承受摩擦零件;也大量用作轴套、衬套、摇臂、轴承等高强度、高耐磨结构零件。随着材料服役条件向高速、重载、交变温度、腐蚀性介质等苛刻化方向发展，由此导致的磨损、疲劳、断裂等已成为高性能锌合金损伤的主要形式。同时，为满足实际工况使用要求，对锌合金材料的使用性能评价向高品质长寿命等综合性能良好的全方位演变。

锌合金按制造加工工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金两种类型。铸造锌合金的优点很多，首先，熔点低，熔炼时不易氧化，保温较方便，压室和压铸模壁受热少，延长了铸型的使用寿命;其次，铸造性能好，熔融状态下流动性好，不吸铁，不易粘模;另外，在机械性能方面，锌合金具有较高的强度和耐磨损能力，以及抗冲击塑性变形能力和易加工的性质，都是其它材料无法替代的，故锌合金广泛应用于薄壁产品以及对表面光洁度要求高、需电镀的压铸产品。但铸造锌合金同时也存在易老化，易产生晶间腐蚀，耐蚀性较差等缺点，这也在一定程度上阻碍了铸造锌合金的推广应用。

鉴于我国当前对能源战略储备的迫切需要，研发拥有自主知识产权的新型海洋平台用金属材料，对完善我国能源体系，抑制周边国家对我国海域资源的掠夺以及实现国家的能源战略具有辅助作用，是一项关系国家能源安全的重要工作。同时，开发高品质海洋平台用合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。国外己经开发的新型海洋平台用压铸锌合金的铸造性能和阻尼性能还不能令人满意。开发具备海洋平台用优异铸造性能且高阻尼锌合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成锌基复合材料。钙和镁作为合金化元素加入锌合金中可以大大提高锌合金的铸造性能和阻尼性能。随着我国工业的快速发展，开发新型海洋平台用高阻尼压铸锌合金已成为必然。

锌钙合金在熔炼和成型过程中极易发生氧化、燃烧甚至爆炸，不仅给零件的成型与性能造成危害，还很容易伤及人体和污染环境。锌钙合金产业化的一个重要方向就是如何阻止其高温下的氧化燃烧。目前冶炼工业中常采用氯化盐熔剂保护法与惰性气体保护法。但是，这两种方法都有其难以避免的缺陷，如易产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。此外，熔炼、浇注设备和工艺复杂，加大了成本。解决锌钙合金在大气中熔炼时产生燃烧的另一个途径是向锌钙合金中添加合金元素，通过合金化的方法达到阻燃目的。合金化阻燃法其机理是在锌钙合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且锌钙合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高锌钙合金的加工安全性。

发明内容