顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，屬于材料制備
技術領域。
【背景技術】
[0002] 鋅鋁合金具有優良的特性，如密度小、減摩耐磨性好、承載性好、阻尼性能高、無磁 性以及碰撞時不產生火花等；同時鋅鋁合金熔點低、耗能少、成本低廉、成型方便且無污染， 適合于多種鑄造方法。最近30年來，鋅鋁合金在汽車、模具和玩具等行業倍受青睞，己成為 研究和開發的熱點。然而由于鋅的熔點低、合金的共晶溫度低、凝固區間大，導致了鋅鋁合 金的高溫強度很低。此外，鋅鋁系中相的固溶度隨溫度升高變化較大，組織欠穩定，限制了 其耐熱性的提高。因此，大多數鋅鋁合金的實際使用溫度最高不超過150°C，在高溫下使用 顯然會嚴重惡化鋅鋁合金的使用性能。利用噴射沉積技術制備高性能金屬基復合材料是近 年來的一個研究熱點，但現行的國內外噴射沉積顆粒增強金屬基復合材料制備技術大多是 在噴射沉積成形過程中將一定量的增強相顆粒噴入霧化錐中，與金屬熔滴強制混合或原位 反應生成增強相之后在沉積器上共沉積以獲得復合材料坯件。這里的原位反應合成的增強 相無一例外是在霧化室中通過氣-液和液-固反應而成。這類方法的最大缺點是增強顆粒 利用率低、分布不均勻、材料制備成本高，原位反應噴射沉積是將原位反應和噴射沉積合為 一體的材料制備工藝，它是將顆粒的生成置于熔化室合金熔體中完成，然后再進行后續的 霧化噴射沉積。利用該工藝制備的材料基體中原位形核、長大的顆粒的熱力學穩定性強，與 基體界面無污染，結合強度高。TiB2是一種高熔點（2790°C)、高硬度（960HV)、高彈性模量 的陶瓷材料，具有穩定的化學特性，在l〇〇〇°C以下很難氧化，不易與熔融的Zn、Al、Cu等金 屬反應。
[0003] 在2003年3月14日北京有色金屬研究總院申請名為"一種超高強度高韌性鋁合 金材料及其制備方法"專利申請并授予專利權（專利號為03119605. 5)。在該專利中，詳細 記載了關于噴射成形方法和所使用的設備。噴射成形方法為：（1)按合金成分，配制預制合 金錠；(2)升溫將合金預制錠熔化后，采用惰性氣體并通過霧化噴嘴進行霧化，霧化噴嘴以 1~5Hz的頻率高速掃描，霧化氣體為高純惰性氣體，霧化壓力為0. 5~1.0 MPa ; (3)在氣 霧化的同時，將霧化液沉積在接收裝置上，即得到所需的鋁合金材料。噴射成形設備采用非 真空噴射成形設備，該非真空噴射成形設備包括：感應加熱熔爐、感應加熱或電阻加熱的中 間包、導流管、氣流霧化噴嘴，接收罐體，在接收罐體中安裝接收裝置。因此，噴射成形技術 是一個很成熟的技術。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提供一種利用原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方 法，實現合金高溫性能的改善。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] -種原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，采用噴射成形技術制備 Zn-Al-Cu合金時，在合金熔體內加入Al、Ti、B粉末壓制的預制塊，該預制塊在合金熔體 內進行原位反應，形成耐高溫顆粒TiB2，然后進行噴射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu復合材料。 TiB2顆粒具有穩定的化學特性，它的存在顯著改善了合金的高溫性能。
[0007] 所述Zn-Al-Cu合金中各成分的含量為：A125~35%，CuO. 8~L 5%，余量為Zn。
[0008] 所述預制塊中Al、Ti、B的重量比為1 : 3 : 6。
[0009] 所得TiB2/Zn-Al-Cu復合材料中TiB2顆粒的重量百分數為3~10%。
[0010] 所述噴射成形技術的工藝參數為：霧化氣體為氮氣，霧化壓力為〇. 6~0. 8MPa，熔 體溫度為973~1073K，沉積距離為400~500mm，導流管溫度為973~1173K，霧化器掃描 的頻率為1~5Hz，接收系統下降的速度為20mm/min，接收系統下降的角度為30°。
[0011] 本發明的優點在于：
[0012] 本發明在制備TiB2/Zn-(25~35% )Α1-(0· 8~I. 5% )Cu復合材料時，將原位反 應和噴射成形技術結合在一起，采用噴射成形快速凝固技術，制備出具有良好高溫性能的 鋅鋁合金。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例1中原位反應噴射成形TiB2/Zn-30Al-lCu合金的掃描電子顯微圖 像。
【具體實施方式】
[0014] 以下通過實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0015] 實施例1
[0016] 米用與ZL03119605. 5中相同的非真空噴射成形設備，利用噴射成形快速凝固技 術制備Zn-30Al-lCu(重量百分數，下同）合金時，將Al、Ti、B粉末按1 : 3 : 6的重量比例 壓制的預制塊。當Zn、Al、Cu原料合金化到1000K形成融化的合金熔體時，將3% (重量百分 數，下同）的Al-Ti-B預制塊體加入融化的合金熔體中，待熔體中的粉末塊體在高溫作用下 發生原位反應后，采用氮氣作為霧化氣體，霧化壓力為0. 65MPa，沉積距離為400mm，霧化器 掃描頻率為3Hz，接受系統下降速度為20mm/min，導流管溫度為1000K，制備的Zn-30Al-lCu 合金組織中形成明顯的原位TiB2顆粒。圖1是原位反應噴射成形TiB2/Zn-30Al-lCu合金 的掃描電子顯微圖像，可以看出，噴射成形Zn-30Al-lCu合金中形成了微米級TiB2顆粒。
[0017] 實施例2
[0018] 米用與ZL03119605. 5中相同的非真空噴射成形設備，利用噴射成形快速凝固技 術制備Zn-32A1-1. 2Cu合金時，將Al、Ti、B粉末按1 : 3 : 6的重量比例壓制的預制塊。 當Zn、Al、Cu原料合金化到973K形成融化的合金熔體時，將5% (重量百分數，下同）的 Al-Ti-B預制塊加入融化的合金熔體中，待熔體中的粉末塊體在高溫作用下發生原位反 應后，采用氮氣作為霧化氣體，霧化壓力為〇. 7MPa，沉積距離為500mm，霧化器掃描頻率為 3Hz，接受系統下降速度為20mm/min，導流管溫度為1000K，制備了 TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合 金。將通過噴射成形技術制備的無 TiB2顆粒的Zn-32A1-1. 2Cu合金和上述噴射成形技術 制備的TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合金進行200°C拉伸強度測試，如表1所示。結果表明，利用原 位反應TiB2顆粒增強噴射成形技術制備的Zn-32A1-1. 2Cu合金具有較高的高溫強度（抗 拉強度和屈服強度）。由此可見，噴射成形技術改善了合金的高溫性能。
[0019] 表1噴射成形Zn-32A1-1. 2Cu合金和TiB2/Zn-32Al-l. 2Cu合金的力學性能
【主權項】
1. 一種原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，其特征在于：采用噴射成形 技術制備Zn-Al-Cu合金時，在合金熔體內加入Al、Ti、B粉末壓制的預制塊，該預制塊在合 金熔體內進行原位反應，形成耐高溫顆粒TiB2，然后進行噴射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu復合 材料。2. 根據權利要求1所述的原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，其特征在 于：所述Zn-Al-Cu合金中各成分的含量為：A125~35%，CuO. 8~1. 5%，余量為Zn。3. 根據權利要求1所述的原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，其特征在 于：所述預制塊中Al、Ti、B的重量比為1 : 3 : 6。4. 根據權利要求1所述的原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，其特征在 于：所得TiB2An-Al-Cu復合材料中TiB2顆粒的重量百分數為3~10%。5. 根據權利要求1所述的原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，其特征在 于：所述噴射成形技術的工藝參數為：霧化氣體為氮氣，霧化壓力為0. 6~0. 8MPa，熔體溫 度為973~1073K，沉積距離為400~500mm，導流管溫度為973~1173K，霧化器掃描的頻 率為1~5Hz，接收系統下降的速度為20mm/min，接收系統下降的角度為30°。
【專利摘要】本發明公開了一種原位反應TiB2顆粒增強噴射成形鋅鋁合金的方法，采用噴射成形技術制備Zn-Al-Cu合金時，在合金熔體內加入Al、Ti、B粉末壓制的預制塊，該預制塊在合金熔體內進行原位反應，形成耐高溫顆粒TiB2，然后進行噴射成形得到TiB2/Zn-Al-Cu復合材料。本發明將原位反應和噴射成形技術結合在一起，采用噴射成形快速凝固技術，制備出具有良好高溫性能的鋅鋁合金。
【IPC分類】C22C18/04, C22C32/00, C22C1/10
【公開號】CN105177356
【申請號】
【發明人】王 鋒, 熊柏青, 張永安, 劉紅偉, 李志輝, 李錫武
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年5月28日