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CN115216668B - 一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法 - Google Patents

一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法 Download PDF

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CN115216668B CN202210823280.0A CN202210823280A CN115216668B CN 115216668 B CN115216668 B CN 115216668B CN 202210823280 A CN202210823280 A CN 202210823280A CN 115216668 B CN115216668 B CN 115216668B
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Abstract

本发明公开了一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，首先在680‑720℃熔炼不同镁含量的Zn‑6Al‑xMg镀锌合金，然后随炉降温到470℃保温一段时间，最后浇铸到经液氮冷却的低温金属铸型中，待其凝固定型后取出合金锭。本发明制备的Zn‑6Al‑xMg镀锌合金中基本上不出现MgZn2和Mg2Zn11初生相，可用做高质量钢板热浸镀锌的生产。

Description

一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法
技术领域
本发明属于锌铝镁合金领域，具体涉及到一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法。
背景技术
热浸镀锌是一种有效提高钢铁材料耐腐蚀性能的工艺，其凭借低成本、工艺简单、镀层质量好等优点被广泛应用。锌涂层在大气等环境下不易腐蚀且具有电化学保护特性，与一些常见的金属入铁、铜、镍等相比具有较强的电负性，与电解液接触时，会优先牺牲自己，从而保护钢铁。锌铝镁合金是在热浸镀技术快速发展的大环境下出现的，常见的锌铝镁镀层产品有：Superzinc(Zn-4.5Al-0.1Mg)、SuperDyma(Zn-11Al-3Mg-0.2Si)和ZAM(Zn-6Al-3Mg)。其中ZAM合金镀层性能出众，表面质量优异，实验室条件下其耐腐蚀性能比常见涂层高5-10倍。ZAM镀层的使用率稳居同行业榜首，覆盖机械、家电和建筑等大部分行业。
ZAM合金的微观组织由富Zn相、富Al相和MgZn2相组成。文献表明MgZn2相具有硬而脆的特点，就锌铝镁合金的微塑性响应而言，是最有害的成分。依据Zn-Al-Mg合金涂层微观结构尺度变形和开裂的成因及机理，提高锌铝镁合金涂层性能，减少开裂倾向的方式有：调整涂层或热浸镀锌工艺参数中的成分，降低MgZn2相金属间化合物在显微组织中的体积分数；调整晶粒基面取向，平行于基材或涂层表面；使晶粒基面尽可能平行于拉伸加载方向。
此外，晶粒细化也可以被认为是提高延展性指数优化性能的合适解决方案，主要通过引入更多的晶界和位错障碍来抵抗裂纹扩展。目前，锌铝镁合金涂层的研究工作普遍分布在生产技术、微观结构和耐腐蚀性能等方面。
铸造工艺对锌铝镁镀锌合金凝固组织有明显的影响，如果镀锌合金凝固组织中存在粗大的MgZn2和Mg2Zn11相，那么采用这样的合金锭加入到热浸镀锌的锌锅中时，由于镀锌温度较低，锌铝镁合金中的粗大MgZn2和Mg2Zn11相难以得到彻底溶解，造成热浸镀锌组织中出现脆性的MgZn2和Mg2Zn11相。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，包括，
按质量百分比称量ZAM合金块、Zn块、纯Al块和纯Mg块；
将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金和Zn块，保温20min；
在8～10min内升温至680～720℃进行熔化和保温，然后将Al块按压至合金液底部保持5～8min；再将铝箔包裹的Mg块快速按压至合金液底部熔化，以避免镁元素的烧损；
加入精炼剂，搅拌，捞去浮渣，
在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温；
随炉降温至一定温度，保温一定时间，得到合金液；
将合金液浇铸到经液氮冷却的金属铸型中凝固，制成圆柱形试样的ZAM锌铝镁镀锌合金铸锭。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述锌铝镁合金由Zn、Al、Mg组成，按质量百分比分为：Al6.0％，Mg2.7～3.3％,余量为Zn。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述在10min内升温至680～720℃进行熔化和保温，其中，保温时间为5～15分钟。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温，其中，保温时间为10～20min。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述保温时间为10min。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述随炉降温至一定温度，保温一定时间，其中，ZAM合金的保温温度为470～490℃、保温时间为10min。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述经液氮冷却的金属铸型的内径为10mm、高度为100mm。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述经液氮冷却的金属铸型的温度为-120℃。
作为本发明所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法的一种优选方案，其中：所述在8～10min内升温至680～720℃进行熔化和保温，其中，温度为680℃。
本发明有益效果：
采用本发明方法制备的ZAM锌铝镁合金锭，合金凝固组织中基本不出现脆性的MgZn2初生相，同时使合金组织中粗大的α-Al树枝晶变得更为细小致密；将ZAM锌铝镁合金锭在镀锌温度进行重熔保温一定时间后再浇注到室温金属型中，在合金凝固组织中也不出现MgZn2和Mg2Zn11初生相。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1是本发明普通金属型凝固Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金的显微组织照片；
图2是本发明普通金属型凝固Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金的显微组织照片；
图3是本发明普通金属型凝固Zn-6.0％Al-3.3％Mg合金的显微组织照片；
图4是本发明急冷凝固处理Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金的显微组织照片；
图5是本发明急冷凝固处理Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金的显微组织照片；
图6是本发明急冷凝固处理Zn-6.0％Al-3.3％Mg的合金显微组织照片；
图7是本发明普通金属型凝固Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金经470℃重熔和金属型凝固后的合金显微组织照片；
图8是本发明急冷凝固处理Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金经470℃重熔和金属型凝固后的合金显微组织照片，含量均为质量百分比含量。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
(1)按比称量好ZAM合金块、Zn块、Al块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg2.7％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块90％、Zn块9.4％、Al块0.6％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金和Zn块，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，将铝箔包裹的Al块快速按压至合金液底部，保持5min；
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到经液氮冷却的金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的经急冷凝固处理的Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金凝固组织如图4所示，可以看出：当合金经急冷凝固处理后，合金凝固组织由深色的α-Al树枝晶和共晶组织构成。与图1所示的室温金属铸型凝固Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金相比，硬而脆的初生MgZn2和Mg2Zn11完全消失，α-Al树枝晶细化尤为明显且更加密集。
实施例2
(1)按比称量好ZAM合金块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg3.0％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块100％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，快速搅拌2min；
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到经液氮冷却的金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的经急冷凝固处理的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金凝固组织如图5所示，可以看出：当合金经急冷凝固处理后，合金凝固组织由深色的α-Al树枝晶和共晶组织构成。与图2所示的室温金属铸型凝固的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金相比，硬而脆的MgZn2和Mg2Zn11完全消失，α-Al树枝晶细化尤为明显且更加密集。
实施例3
(1)按比称量好ZAM合金块、Al块、Mg块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg3.3％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块99.67％、Al块0.02％、Mg块0.31％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，将铝箔包裹的Al块快速按压至合金液底部，保持5min；再将铝箔包裹的Mg块快速按压至合金液底部，保持5min
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到经液氮冷却的金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的经急冷凝固处理的Zn-6.0％Al-3.3％Mg合金凝固组织如图6所示，可以看出：当合金经急冷凝固处理后，合金凝固组织由深色的α-Al树枝晶和共晶组织构成。与图3所示的室温金属铸型凝固Zn-6.0％Al-3.3％Mg合金相比，硬而脆的MgZn2和Mg2Zn11完全消失，α-Al树枝晶细化尤为明显且更加密集。
实施例4
(1)取部分实例2制备的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金锭，放入石墨坩埚：
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至470℃，待合金完全熔化后保温10min；
(3)将合金液浇铸到室温金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的470℃重熔低温金属型制备的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金凝固组织照片如图8所示，可以看出：当急冷凝固处理的合金模拟热浸镀过程凝固后，与对比例4所示的图7相比，经急冷凝固处理的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金，在470℃重熔后再在室温金属型中凝固后，合金凝固组织中无硬脆的MgZn2和Mg2Zn11相，α-Al树枝晶尺寸变化不大。
对比例1
(1)按比称量好ZAM合金块、Zn块、Al块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg2.7％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块90％、Zn块9.4％、Al块0.6％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金和Zn块，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，将铝箔包裹的Al块快速按压至合金液底部，保持5min；
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到室温金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金的扫描电镜照片如图1所示，可以看出：当Zn-6.0％Al-2.7％Mg合金在室温金属型中冷却凝固后，合金组织由深色的α-Al树枝晶、浅灰色的初生MgZn2相、共晶组织和粗大Mg2Zn11相构成。
对比例2
(1)按比称量好ZAM合金块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg3.0％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块100％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，快速搅拌2min；
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到室温金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金的扫描电镜照片如图2所示，可以看出：当Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金在室温金属型中冷却凝固后，凝固组织由深色的α-Al树枝晶、浅灰色的初生MgZn2相和共晶组织构成。与对比例1相比，凝固组织中的初生MgZn2相更加粗大，Mg2Zn11相消失。
对比例3
(1)按比称量好ZAM合金块、Al块、Mg块，按质量百分比计，合金的成分为：Al6.0％、Mg3.3％、Zn余量，相应的原材料的质量百分比为：ZAM合金块99.67％、Al块0.02％、Mg块0.31％。
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金，保温20min；
(3)10min内升温至680℃，将铝箔包裹的Al块快速按压至合金液底部，保持5min；再将铝箔包裹的Mg块快速按压至合金液底部，保持5min；
(4)加入精炼剂，搅拌2min，捞去浮渣，在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温10min；
(5)随炉降温至470℃，保温10min；
(6)将合金液浇铸到室温金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的热浸镀Zn-6.0％Al-3.3％Mg合金的扫描电镜照片如图3所示，可以看出：当Zn-6.0％Al-3.3％Mg合金在室温金属型中冷却凝固后，凝固组织由深色的α-Al树枝晶、浅灰色的初生MgZn2相和共晶组织构成。与对比例1和2相比，凝固组织中的初生MgZn2相尺寸变小，未发现Mg2Zn11相。
对比例4
(1)取部分对比例2制备的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金锭，放入石墨坩埚：
(2)将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至470℃，待合金完全熔化后保温10min；
(3)将合金液浇铸到室温金属铸型中，制成直径为10毫米的圆柱形试样。
通过上述步骤得到的470℃重熔室温金属型制备的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金的凝固组织照片如图7所示，可以看出：当采用例2制备的Zn-6.0％Al-3.0％Mg合金锭在热浸镀温度下进行重熔再凝固后，合金凝固组织由深色的α-Al树枝晶、浅灰色的MgZn2相和共晶组织构成。由此可见，由于合金凝固组织的遗传性，在热浸镀锌合金重熔后难以消除初生MgZn2相。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：包括，
按质量百分比称量ZAM合金块、Zn块、纯Al块和纯Mg块;
将石墨坩埚放入电阻炉内，升温至500℃，放入ZAM合金和Zn块，保温20min;
在8~10min内升温至680~720℃进行熔化和保温，然后将Al块按压至合金液底部保持5~8min；再将铝箔包裹的Mg块快速按压至合金液底部熔化，以避免镁元素的烧损;
加入精炼剂，搅拌，捞去浮渣，
在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温；
随炉降温至一定温度，保温一定时间，得到合金液；
将合金液浇铸到经液氮冷却的金属铸型中凝固，制成圆柱形试样的ZAM锌铝镁镀锌合金铸锭；
其中，所述ZAM锌铝镁镀锌合金由Zn、Al、Mg组成，按质量百分比分为：Al6.0%，Mg2.7~3.3%,余量为Zn；所述经液氮冷却的金属铸型的温度为-120℃。
2.如权利要求1所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述在10min内升温至680~720℃进行熔化和保温，其中，保温时间为5~15分钟。
3.如权利要求1所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述在合金液上均匀地撒上覆盖剂，保温，其中，保温时间为10~20min。
4.如权利要求3所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述保温时间为10min。
5.如权利要求1所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述随炉降温至一定温度，保温一定时间，其中，ZAM合金的保温温度为470~490℃、保温时间为10min。
6.如权利要求1所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述经液氮冷却的金属铸型的内径为10mm、高度为100mm。
7.如权利要求1所述消除ZAM锌铝镁镀锌合金中MgZn2和Mg2Zn11初生相的方法，其特征在于：所述在8~10min内升温至680~720℃进行熔化和保温，其中，温度为680℃。
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