一种锌铜钛中间合金的制备方法与流程

1.本发明属于锌合金中间合金制备领域，特别是涉及一种cu和ti的高含量且锌铜钛中间合金制备方法。


背景技术：

2.钛锌板(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)在西欧一些发达国家，在上世纪七十年代就大量用于建筑、装饰业,如作屋面板、镶墙板、排水槽等。国内对该材料的性能和应用也作了一些卓有成效研究。有报道称(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金作为代铜材料试制水箱散热片、散热管、汽车刹车管、输油管、医疗高速牙钻等取得成功。不过目前，国内在(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金材料的制备与应用方面仍不成熟，因此探索与优化(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金及其板材制备技术，生产出符合欧洲标准en988的高品质zn
‑
cu
‑
ti合金板材具有重要社会与经济效益。
3.此外，目前制备的zn
‑
cu
‑
ti均为小质量中间合金，但是制备成本高，且小质量中间合金相对来说纯度低，这会导致在制备钛锌板过程中会引入一些杂质，另外目前所制备zn
‑
cu
‑
ti中间合金的方法一般温度很高，造成制备的中间合金品质差，且难以单次大批量制备。
4.由于zn熔点仅420℃，沸点为907℃，远低于cu和ti。目前制备zn
‑
cu
‑
ti中间合金的方法主要有以下几种：
5.一种是一次性将纯cu和纯ti/海绵钛高温下(＞900℃)加入锌液中，待其完全熔化。这种方法不仅会造成cu和ti熔化/溶解效率慢、熔化/溶解不完全甚至难熔化/溶解的问题，还会导致cu和ti元素难以按设计成分均匀分布到熔体中，而且zn烧损率严重，一般要大于5％，另外cu和ti烧损率也要大于3％，这导致zn
‑
cu
‑
ti中间合金的成分难以精确控制，同时这种方法会导致中间合金中tizn15金属间化合物粗化；
6.另一种方法是将纯cu和纯ti/海绵钛加入锌液中，锌液温度一般低于锌合金沸点(＜900℃)，并施加搅拌或扰动加速其熔化，这种方法制备中间合金时间长，效率低，且会导致中间合金氧化夹杂严重，同时这种方法不适合高cu高ti含量中间合金的制备(ti元素溶入熔体难，ti含量一般低于5％)。
7.还有一些方法是将cu和ti元素以zn
‑
cu、zn
‑
ti或zn
‑
cu
‑
ti等中间合金形式引入熔体中，但一般熔炼温度远超zn合金熔点，且中间合金加入后需要长时间保温以确保其完全熔化/溶解，造成熔体吸气严重，且产生过多氧化夹杂，降低熔体品质，同时高温浇铸制备的低品质zn
‑
cu
‑
ti合金组织粗大，难以制备出符合欧洲标准en988的(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金板材。
8.结合国内外现有技术来看，采用zn
‑
cu
‑
ti三元中间合金来制备(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金成为主流，但目前zn
‑
cu
‑
ti中间合金制备存在化学成分控制难、杂质含量多、锌大量挥发、铜和钛损耗严重的问题，限制了高品质(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)合金的制备；因此开发出新的低熔点、易溶解的zn
‑
cu
‑
ti三元中间合金的制备方法就显得
很有意义。


技术实现要素：

9.因此，本发明的目的在于解决现有zn
‑
cu
‑
ti中间合金制备存在化学成分控制难、杂质含量多、锌大量挥发、铜和钛损耗严重、制备效率低、化学成分不均匀的问题，提供了一种新的zn
‑
cu
‑
ti中间合金制备方法，该方法制备得到的合金不仅cu和ti的含量高，而且可以直接制备得到质量比较大的锌铜钛中间合金，快速获得高纯净度、高精准度化学成分的zn
‑
cu
‑
ti中间合金。
10.如图1所示，本发明实施其目的的技术方案如下：
11.一种zn
‑
cu
‑
ti中间合金的制备方法，采用分步熔化、分炉熔炼和控温降耗，高效制备出化学成分准确的zn
‑
cu
‑
ti中间合金，具体包括以下步骤：
12.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
13.s2、将步骤s1称取的海绵钛和一部分zn装入真空熔炼炉内的坩埚中，抽真空后加热至800
‑
900℃并保温5
‑
20min，再将坩埚内的熔体降温至500
‑
750℃并转移至普通熔炼炉内；
14.s3、加入剩余的纯锌和纯铜，保温20
‑
60min，使海绵钛和纯铜完全溶解，将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
cu
‑
ti中间合金。
15.所述步骤s2中的一部分zn为纯锌总质量的1/5
‑
1/2。
16.所述步骤s2中的海绵钛的尺寸为＜30mm的块状或厚度＜20mm的板状。
17.所述步骤s2中抽真空后熔炼炉内的真空度＜1pa。
18.所述步骤s3中的纯铜的尺寸为＜50mm的块状或厚度＜30mm的板状。
19.所述步骤s3中获得的锌铜钛中间合金为zn
‑
(1
‑
20)cu
‑
(1
‑
15)ti，优选为zn
‑
(5
‑
20)cu
‑
(5
‑
15)ti，进一步优选为zn
‑
(10
‑
20)cu
‑
(10
‑
15)ti。
20.所述步骤s3中的中获得的锌铜钛中间合金质量＞1kg，优选为锌铜钛中间合金质量＞5kg，进一步优选为10
‑
30kg。
21.本发明实现了一种zn
‑
cu
‑
ti中间合金的高效制备，相比于现有的zn
‑
cu
‑
ti中间合金的制备方法，具有以下优点：
22.1、本发明通过在真空感应熔炼炉内在高真空环境下通过高温短时熔炼使ti元素溶于熔体内部，并避免zn元素过多挥发；并将熔体降温转移至常规熔炼炉内，再添加纯铜和剩余的zn，这样可以很好的避免铜和钛元素的损耗，抑制tizn
15
金属间化合物的粗化，同时避免锌合金熔体挥发和氧化。
23.2、本发明避免了长时间高温熔化导致由于元素挥发和损耗而使zn
‑
cu
‑
ti中间合金化学成分不准确，也避免了cu和ti同时加入而导致cu与ti反应形成难溶的金属间化合物。
24.3、本发明很好的解决高温锌挥发、铜和钛烧损、低温钛不溶解、zn
‑
cu
‑
ti成分难控的技术难题，快速获得高纯净度、高精准度化学成分的zn
‑
cu
‑
ti中间合金。本发明提供的方式是制备高品质高纯度高性能钛锌板的一条重要途径，可以提升钛锌板的力学、耐蚀性能和蠕变性能，也有利于大幅降低钛锌板制备成本和生产效率；克服了目前制备zn
‑
cu
‑
ti中间合金的方法由于效率低、温度高、cu和ti含量低且难精准控制的问题。本发明不仅可以更
好精确控制钛锌板中cu和ti含量，且熔化效率提高，节约能源，钛锌板表面质量好，机械性能高。
25.4、目前对于小质量的zn
‑
cu
‑
ti中间合金制备较为容易，但是质量较大的其他方法制备的中间合金质量不好，且效率低，而本发明却适合体积较大的，比如质量＞1kg，这种大质量的且cu和ti含有率较高的中间合金加入到锌液中，使锌液的化学成分快速满足(zn
‑
(0.08
‑
1)cu
‑
(0.06
‑
0.2)ti)，从而用来制备高品质钛锌板。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明中一种zn
‑
cu
‑
ti中间合金的制备方法技术路线。
具体实施方式
28.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
29.如图1所示，一种zn
‑
cu
‑
ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
30.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
31.s2、将步骤s1称取的海绵钛和一部分zn装入真空熔炼炉内的坩埚中，抽真空后加热至800
‑
900℃并保温5
‑
20min，再将坩埚内的熔体降温至500
‑
750℃并转移至普通熔炼炉内；
32.s3、加入剩余的纯锌和纯铜，保温20
‑
60min，使海绵钛和纯铜完全溶解，将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
cu
‑
ti中间合金。
33.所述步骤s2中的一部分zn为纯锌总质量的1/5
‑
1/2。
34.所述步骤s2中的海绵钛的尺寸为＜30mm的块状或厚度＜20mm的板状。
35.所述步骤s2中抽真空后熔炼炉内的真空度＜1pa。
36.所述步骤s3中的纯铜的尺寸为＜50mm的块状或厚度＜30mm的板状。
37.所述步骤s3中获得的zn
‑
cu
‑
ti中间合金为zn
‑
(1
‑
20)cu
‑
(1
‑
15)ti，优选为zn
‑
(5
‑
20)cu
‑
(5
‑
15)ti，进一步优选为zn
‑
(10
‑
20)cu
‑
(10
‑
15)ti。
38.所述步骤s3中的中获得的zn
‑
cu
‑
ti中间合金质量＞1kg，优选为锌铜钛中间合金质量＞10kg。
39.下面结合五个具体实施例对本发明进行详细描述：
40.实施例1：
41.本实施例提供了一种质量为100kg的zn
‑
5cu
‑
5ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
42.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
43.s2、将步骤s1称取的质量为100kg的zn
‑
5cu
‑
5ti中间合金成分配比，称取各金属原
料，将尺寸为3
‑
20mm、质量为5kg海绵钛和质量为35kg的纯锌装入真空熔炼炉内的坩埚中；将熔炼炉内的真空度抽至0.1pa后升温，加热至850℃，在此温度下短时保温8min；保温8min结束后将坩埚内的熔体降温至650℃并转移至普通井式熔炼炉内。
44.s3、加入剩余的质量为55kg的纯锌和质量为5kg的纯铜，保温30min，使海绵钛和纯铜完全溶解；将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
5cu
‑
5ti中间合金，单块合金质量为1
‑
15kg。
45.实施例2：
46.本实施例提供了一种质量为50kg的zn
‑
20cu
‑
15ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
47.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
48.s2、将步骤s1称取的质量为50kg的zn
‑
20cu
‑
15ti中间合金成分配比，称取各金属原料，将尺寸为3
‑
20mm、质量为7.5kg的块状海绵钛和质量为15kg的纯锌装入真空熔炼炉内的坩埚中；将熔炼炉内的真空度抽至0.05pa后升温，加热至900℃，在此温度下短时保温20min；保温20min结束后将坩埚内的熔体降温至700℃并转移至普通井式熔炼炉内。
49.s3、加入剩余的质量为17.5kg的纯锌和质量为10kg的纯铜，保温60min，使海绵钛和纯铜完全溶解；将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
20cu
‑
15ti中间合金，单块合金质量为5
‑
25k。
50.实施例3：
51.本实施例提供了一种质量为200kg的zn
‑
10cu
‑
10ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
52.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
53.s2、将步骤s1称取的质量为200kg的zn
‑
10cu
‑
10ti中间合金成分配比，称取各金属原料，将尺寸为3
‑
20mm、质量为20kg的块状海绵钛和质量为60kg的纯锌装入真空熔炼炉内的坩埚中；将熔炼炉内的真空度抽至0.1pa后升温，加热至840℃，在此温度下短时保温10min；保温10min结束后将坩埚内的熔体降温至650℃并转移至普通井式熔炼炉内。
54.s3、加入剩余的质量为100kg的纯锌和质量为20kg的纯铜，保温30min，使海绵钛和纯铜完全溶解；将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
10cu
‑
10ti中间合金，单块合金质量为10
‑
25kg。
55.实施例4：
56.本实施例提供了一种质量为100kg的zn
‑
5cu
‑
10ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
57.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
58.s2、将步骤s1称取的质量为100kg的zn
‑
5cu
‑
10ti中间合金成分配比，称取各金属原料，将尺寸为1
‑
25mm、质量为10kg的块状海绵钛和质量为40kg的纯锌装入真空熔炼炉内的坩埚中；将熔炼炉内的真空度抽至0.1pa后升温，加热至850℃，在此温度下短时保温12min；保温12min结束后将坩埚内的熔体降温至680℃并转移至普通井式熔炼炉内。
59.s3、加入剩余的质量为45kg的纯锌和质量为5kg的纯铜，保温30min，使海绵钛和纯铜完全溶解；将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
5cu
‑
10ti中间合金，单块合金质量为5
‑
14kg。
60.实施例5：
61.本实施例提供了一种质量为50kg的zn
‑
1cu
‑
5ti中间合金的制备方法，具体包括下述步骤：
62.s1、称取原料海绵钛、锌和铜；
63.s2、将步骤s1称取的质量为200kg的zn
‑
1cu
‑
5ti中间合金成分配比，称取各金属原料，将尺寸为1
‑
30mm、质量为10kg的块状海绵钛和质量为88kg的纯锌装入真空熔炼炉内的坩埚中；将熔炼炉内的真空度抽至0.1pa后升温，加热至800℃，在此温度下短时保温5min；保温5min结束后将坩埚内的熔体降温至800℃并转移至普通井式熔炼炉内。
64.s3、加入剩余的质量为100kg的纯锌和质量为2kg的纯铜，保温20min，使海绵钛和纯铜完全溶解；将熔体倒入模具冷却凝固获得zn
‑
1cu
‑
5ti中间合金，单块合金质量为10
‑
30kg。
65.将上述实施例1
‑
5制备的zn
‑
cu
‑
ti合金中间合金进行化学成分分析，其成分测试具体结果见表1。
66.表1
67.制备的中间合金cu实测含量(wt.％)ti实测含量(wt.％)zn
‑
5cu
‑
5ti4.884.91zn
‑
20cu
‑
15ti19.3614.87zn
‑
10cu
‑
10ti9.769.63zn
‑
5cu
‑
10ti4.904.81zn
‑
1cu
‑
5ti0.954.78
68.由表1可看出，实施例1
‑
5制备的zn
‑
cu
‑
ti中间合金化学成分与设计成分吻合，因此本发明开发的zn
‑
cu
‑
ti中间合金制备方法，可实现快速获得高纯净度、高精准度化学成分的zn
‑
cu
‑
ti中间合金，具有广阔的应用范围和良好的应用前景。
69.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。