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。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在450-500度大气条件下进行熔炼的海洋平台用海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品不仅具备优异的压铸性能,其阻尼性能也远远高于现有的锌合金。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：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。该锌钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。
上述海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到450-500度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在450-500度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为10-15m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的锌钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理260度，2.5小时；真空时效处理160度，1.4小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利针对目前用于海洋平台用的锌合金压铸性能不好，以及阻尼性能不理想的状态提供了一种新颖的材料学解决方案。该合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在450-500温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。且该锌钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。
（2）现有的压铸用锌合金虽然易于压铸，但对于厚度小于1mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，加大了生产成本。本发明提供的锌合金成功的克服了传统压铸用锌合金的上述缺点，且具有缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。
（3）由于海洋平台长期受到风浪等交变应力作用以及冰块等飘浮物的冲撞，提高海洋平台用锌合金强度有利于保证平台安全。另一方面，高强度可以降低海洋平台的自身重量，减少焊接工作量，并增大承载能力。本专利中合金元素的引入，可以有效的消除有害相的影响（主要是非金属夹杂物），并能有效地细化晶粒。由于晶界是原子排列紊乱的区域，当裂纹穿越晶界时附力增大，因而有效地提高了锌合金抵抗断裂的能力。
（4）本发明提供的海洋平台用压铸锌合金，不仅显著提高了锌制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.02mm的超薄型锌制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到400-500Mpa，而普通铸造用锌合金的抗拉强度维持在350Mpa以下。此外，最终产品还具有优异的阻尼性能。在常温下，该材料的阻尼系数（SDC）维持在35-48%，而普通的锌合金阻尼系数一般在25%以下。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2-3%左右。
具体实施方式
实施例1
一种在450度熔炼海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.9wt.%,Mg:1.8wt.%；Ge:0.6wt.%,Sc:0.4wt.%，Ti:0.7wt.%, B:1.0wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到450度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在450度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为12m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的锌钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理260度，2.5小时；真空时效处理160度，1.4小时。
本发明提供的锌合金成功的克服了传统压铸用锌合金的上述缺点，且具有缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。本专利中合金元素的引入，可以有效的消除有害相的影响（主要是非金属夹杂物），并能有效地细化晶粒。由于晶界是原子排列紊乱的区域，当裂纹穿越晶界时附力增大，因而有效地提高了锌合金抵抗断裂的能力。本发明提供的海洋平台用压铸锌合金，不仅显著提高了锌制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.02mm的超薄型锌制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到425Mpa，而普通铸造用锌合金的抗拉强度维持在350Mpa以下。此外，最终产品还具有优异的阻尼性能。在常温下，该材料的阻尼系数（SDC）维持在36%，而普通的锌合金阻尼系数一般在25%以下。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.5%左右。且该锌钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于2.1wt.%左右。
实施例2
一种在470度熔炼海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 1.2wt.%,Mg:1.3wt.%；Ge:0.8wt.%,Sc:0.5wt.%，Ti:0.7wt.%, B:1.0wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到470度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在470度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为12m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的锌钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理260度，2.5小时；真空时效处理160度，1.4小时。
本发明提供的锌合金成功的克服了传统压铸用锌合金的上述缺点，且具有缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。本专利中合金元素的引入，可以有效的消除有害相的影响（主要是非金属夹杂物），并能有效地细化晶粒。由于晶界是原子排列紊乱的区域，当裂纹穿越晶界时附力增大，因而有效地提高了锌合金抵抗断裂的能力。本发明提供的海洋平台用压铸锌合金，不仅显著提高了锌制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.02mm的超薄型锌制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到450Mpa，而普通铸造用锌合金的抗拉强度维持在350Mpa以下。此外，最终产品还具有优异的阻尼性能。在常温下，该材料的阻尼系数（SDC）维持在42%，而普通的锌合金阻尼系数一般在25%以下。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.3%左右。且该锌钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于1.5wt.%左右。
实施例3
一种在490度熔炼海洋平台用高阻尼压铸含Ca和Mg锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.9wt.%,Mg:2.5wt.%；Ge:0.9wt.%,Sc:0.5wt.%，Ti:0.6wt.%, B:1.2wt.%,余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到490度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在490度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的锌钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理260度，2.5小时；真空时效处理160度，1.4小时。
本发明提供的锌合金成功的克服了传统压铸用锌合金的上述缺点，且具有缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。本专利中合金元素的引入，可以有效的消除有害相的影响（主要是非金属夹杂物），并能有效地细化晶粒。由于晶界是原子排列紊乱的区域，当裂纹穿越晶界时附力增大，因而有效地提高了锌合金抵抗断裂的能力。本发明提供的海洋平台用压铸锌合金，不仅显著提高了锌制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.02mm的超薄型锌制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到460Mpa，而普通铸造用锌合金的抗拉强度维持在350Mpa以下。此外，最终产品还具有优异的阻尼性能。在常温下，该材料的阻尼系数（SDC）维持在45%，而普通的锌合金阻尼系数一般在25%以下。此外，该材料比传统锌基合金的密度降低2.3%左右。且该锌钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于2.5wt.%左右。