颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，属于材料制备
技术领域。
【背景技术】
[0002] 锌铝合金具有优良的特性，如密度小、减摩耐磨性好、承载性好、阻尼性能高、无磁 性以及碰撞时不产生火花等；同时锌铝合金熔点低、耗能少、成本低廉、成型方便且无污染， 适合于多种铸造方法。最近30年来，锌铝合金在汽车、模具和玩具等行业倍受青睐，己成为 研究和开发的热点。然而由于锌的熔点低、合金的共晶温度低、凝固区间大，导致了锌铝合 金的高温强度很低。此外，锌铝系中相的固溶度随温度升高变化较大，组织欠稳定，限制了 其耐热性的提高。因此，大多数锌铝合金的实际使用温度最高不超过150°C，在高温下使用 显然会严重恶化锌铝合金的使用性能。利用喷射沉积技术制备高性能金属基复合材料是近 年来的一个研究热点，但现行的国内外喷射沉积颗粒增强金属基复合材料制备技术大多是 在喷射沉积成形过程中将一定量的增强相颗粒喷入雾化锥中，与金属熔滴强制混合或原位 反应生成增强相之后在沉积器上共沉积以获得复合材料坯件。这里的原位反应合成的增强 相无一例外是在雾化室中通过气-液和液-固反应而成。这类方法的最大缺点是增强颗粒 利用率低、分布不均匀、材料制备成本高，原位反应喷射沉积是将原位反应和喷射沉积合为 一体的材料制备工艺，它是将颗粒的生成置于熔化室合金熔体中完成，然后再进行后续的 雾化喷射沉积。利用该工艺制备的材料基体中原位形核、长大的颗粒的热力学稳定性强，与 基体界面无污染，结合强度高。TiB2是一种高熔点（2790°C)、高硬度（960HV)、高弹性模量 的陶瓷材料，具有稳定的化学特性，在l〇〇〇°C以下很难氧化，不易与熔融的Zn、Al、Cu等金 属反应。
[0003] 在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为"一种超高强度高韧性铝合 金材料及其制备方法"专利申请并授予专利权（专利号为03119605. 5)。在该专利中，详细 记载了关于喷射成形方法和所使用的设备。喷射成形方法为：（1)按合金成分，配制预制合 金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以 1~5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0. 5~1.0 MPa ; (3)在气 雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非 真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括：感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中 间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成形技术 是一个很成熟的技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种利用原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方 法，实现合金高温性能的改善。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，采用喷射成形技术制备 Zn-Al-Cu合金时，在合金熔体内加入Al、Ti、B粉末压制的预制块，该预制块在合金熔体 内进行原位反应，形成耐高温颗粒TiB2，然后进行喷射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu复合材料。 TiB2颗粒具有稳定的化学特性，它的存在显著改善了合金的高温性能。
[0007] 所述Zn-Al-Cu合金中各成分的含量为：A125~35%，CuO. 8~L 5%，余量为Zn。
[0008] 所述预制块中Al、Ti、B的重量比为1 : 3 : 6。
[0009] 所得TiB2/Zn-Al-Cu复合材料中TiB2颗粒的重量百分数为3~10%。
[0010] 所述喷射成形技术的工艺参数为：雾化气体为氮气，雾化压力为〇. 6~0. 8MPa，熔 体温度为973~1073K，沉积距离为400~500mm，导流管温度为973~1173K，雾化器扫描 的频率为1~5Hz，接收系统下降的速度为20mm/min，接收系统下降的角度为30°。
[0011] 本发明的优点在于：
[0012] 本发明在制备TiB2/Zn-(25~35% )Α1-(0· 8~I. 5% )Cu复合材料时，将原位反 应和喷射成形技术结合在一起，采用喷射成形快速凝固技术，制备出具有良好高温性能的 锌铝合金。
【附图说明】
[0013] 图1为实施例1中原位反应喷射成形TiB2/Zn-30Al-lCu合金的扫描电子显微图 像。
【具体实施方式】
[0014] 以下通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0015] 实施例1
[0016] 米用与ZL03119605. 5中相同的非真空喷射成形设备，利用喷射成形快速凝固技 术制备Zn-30Al-lCu(重量百分数，下同）合金时，将Al、Ti、B粉末按1 : 3 : 6的重量比例 压制的预制块。当Zn、Al、Cu原料合金化到1000K形成融化的合金熔体时，将3% (重量百分 数，下同）的Al-Ti-B预制块体加入融化的合金熔体中，待熔体中的粉末块体在高温作用下 发生原位反应后，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0. 65MPa，沉积距离为400mm，雾化器 扫描频率为3Hz，接受系统下降速度为20mm/min，导流管温度为1000K，制备的Zn-30Al-lCu 合金组织中形成明显的原位TiB2颗粒。图1是原位反应喷射成形TiB2/Zn-30Al-lCu合金 的扫描电子显微图像，可以看出，喷射成形Zn-30Al-lCu合金中形成了微米级TiB2颗粒。
[0017] 实施例2
[0018] 米用与ZL03119605. 5中相同的非真空喷射成形设备，利用喷射成形快速凝固技 术制备Zn-32A1-1. 2Cu合金时，将Al、Ti、B粉末按1 : 3 : 6的重量比例压制的预制块。 当Zn、Al、Cu原料合金化到973K形成融化的合金熔体时，将5% (重量百分数，下同）的 Al-Ti-B预制块加入融化的合金熔体中，待熔体中的粉末块体在高温作用下发生原位反 应后，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为〇. 7MPa，沉积距离为500mm，雾化器扫描频率为 3Hz，接受系统下降速度为20mm/min，导流管温度为1000K，制备了 TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合 金。将通过喷射成形技术制备的无 TiB2颗粒的Zn-32A1-1. 2Cu合金和上述喷射成形技术 制备的TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合金进行200°C拉伸强度测试，如表1所示。结果表明，利用原 位反应TiB2颗粒增强喷射成形技术制备的Zn-32A1-1. 2Cu合金具有较高的高温强度（抗 拉强度和屈服强度）。由此可见，喷射成形技术改善了合金的高温性能。
[0019] 表1喷射成形Zn-32A1-1. 2Cu合金和TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合金的力学性能
【主权项】
1. 一种原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，其特征在于：采用喷射成形 技术制备Zn-Al-Cu合金时，在合金熔体内加入Al、Ti、B粉末压制的预制块，该预制块在合 金熔体内进行原位反应，形成耐高温颗粒TiB2，然后进行喷射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu复合 材料。2. 根据权利要求1所述的原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，其特征在 于：所述Zn-Al-Cu合金中各成分的含量为：A125~35%，CuO. 8~1. 5%，余量为Zn。3. 根据权利要求1所述的原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，其特征在 于：所述预制块中Al、Ti、B的重量比为1 : 3 : 6。4. 根据权利要求1所述的原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，其特征在 于：所得TiB2An-Al-Cu复合材料中TiB2颗粒的重量百分数为3~10%。5. 根据权利要求1所述的原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，其特征在 于：所述喷射成形技术的工艺参数为：雾化气体为氮气，雾化压力为0. 6~0. 8MPa，熔体温 度为973~1073K，沉积距离为400~500mm，导流管温度为973~1173K，雾化器扫描的频 率为1~5Hz，接收系统下降的速度为20mm/min，接收系统下降的角度为30°。
【专利摘要】本发明公开了一种原位反应TiB2颗粒增强喷射成形锌铝合金的方法，采用喷射成形技术制备Zn-Al-Cu合金时，在合金熔体内加入Al、Ti、B粉末压制的预制块，该预制块在合金熔体内进行原位反应，形成耐高温颗粒TiB2，然后进行喷射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu复合材料。本发明将原位反应和喷射成形技术结合在一起，采用喷射成形快速凝固技术，制备出具有良好高温性能的锌铝合金。
【IPC分类】C22C18/04, C22C32/00, C22C1/10
【公开号】CN105177356
【申请号】
【发明人】王 锋, 熊柏青, 张永安, 刘红伟, 李志辉, 李锡武
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2014年5月28日