鈦鋅合金以及鈦鋅合金板材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦鋅合金以及鈦鋅合金板材的制備方法，屬于金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦鋅板建筑屋面材料作為一種新型綠色建材逐漸進(jìn)入中國建材市場，國內(nèi)與之相媲美的同類產(chǎn)品僅限于彩色涂層鋼板，而歐美各國采用鋅做成產(chǎn)品用在蓋頂上已有近200年的歷史。對于使用壽命和品質(zhì)要求更高的建筑，采用整體防腐蝕，壽命可超過百年的鈦鋅板是世界各地建筑師的首要選擇。鈦鋅板是一種合金，在符合歐洲質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)ENl 179的高純度Zl級金屬鋅(純度99.995% )中加入了鈦和銅熔煉而成。銅增加了合金的機(jī)械強(qiáng)度和硬度。含有這些金屬的合金使板材膨脹系數(shù)降低，更加適應(yīng)溫差較大的地區(qū)。鈦能夠改善合金的抗蠕變性，使其在熱脹冷縮后不至產(chǎn)生金屬疲勞。鈦鋅板為高級金屬合金板，依照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN988制造。
[0003]目前國內(nèi)尚無文獻(xiàn)和專利報(bào)道有鋅-銅-鈦合金的鑄造及乳制工藝，由于鋅熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于銅和鈦的熔點(diǎn)，加之鋅與鈦還存在一定的燒損率，若直接用純金屬進(jìn)行鋅-銅-鈦合金的熔煉會存在銅難以熔化或熔化不完全的問題，還會導(dǎo)致銅鈦組分難以均勻分布到合金當(dāng)中，無法達(dá)到理想的效果，若重復(fù)熔煉必然會使生產(chǎn)成本提高。目前常常將鋅-銅和鋅-鈦兩種二元合金加入鋅熔體，但是常常存在難以控制銅鈦比例的難題，而且熔煉鑄造復(fù)雜，熔煉精煉時(shí)間長，產(chǎn)生大量煙塵，釋放刺激性氣味，惡化操作環(huán)境，同時(shí)損害作業(yè)人員身體健康，并對周圍環(huán)境造成污染(耿浩然、王守仁、王艷等.鑄造鋅、銅合金[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:65?73)。因此，鈦鋅板合金的制備迫切需要一種與成品合金中銅鈦比例相同的鋅-銅-鈦三元中間合金參與熔煉，并合理設(shè)計(jì)精煉、乳制過程，簡化成分控制、熔煉等生產(chǎn)過程，方能使制備的鈦鋅板材料達(dá)到歐洲EN988標(biāo)準(zhǔn)(抗拉強(qiáng)度大于150MPa，延伸率大于35% )。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種鈦鋅合金以及鈦鋅合金板材的制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供一種鈦鋅合金的制備方法，其包括如下步驟:
[0007]—種鈦鋅合金的制備方法，其包括如下步驟:
[0008]將部分純鋅熔化成熔池之后，加入剩余純鋅；
[0009]待全部純鋅熔化后，升溫至450°C，加入鋅-銅-鈦三元中間合金；
[0010]待鋅-銅-鈦三元中間合金全部加入后，在熔體表面均勻撒一層覆蓋劑；
[0011]待全部鋅-銅-鈦三元中間合金熔化后，加入精煉劑，在不超過450°C的條件下進(jìn)行攪拌精煉；
[0012]撇去臟物和浮渣后，進(jìn)行澆鑄，得到鈦鋅合金錠；
[0013]所述部分純鋅的重量為純鋅重量的5?15% ;
[0014]所述鈦鋅合金的成分以EN998標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，如鋅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為98.78%，銅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.04%，鈦元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.08%不可避免的雜質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)不超過0.1 % ο
[0015]作為優(yōu)選方案，所述純鋅和鋅-銅-鈦三元中間合金在進(jìn)行熔化前需進(jìn)行去除氧化膜的處理。
[0016]作為優(yōu)選方案，所述鋅-銅-鈦三元中間合金中:鋅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為85?95%，銅元素和鈦元素的質(zhì)量百分含量比值符合EN988成分比例要求，不可避免的雜質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)不超過0.1%。
[0017]作為優(yōu)選方案，所述鋅-銅-鈦三元中間合金的制備方法包括如下步驟:
[0018]將純鋅、純銅和純鈦均去除氧化層；
[0019]將占純總鋅質(zhì)量10%的純鋅在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余純鋅；
[0020]待純鋅全部熔化后，升溫至690?740 °C，加入少量純鈦；
[0021]待所述少量純鈦完全熔化后，將剩余純鈦和全部純銅分3?5次加入，并保持溫度恒定在800?900 °C ；
[0022]待全部純鈦和純銅加入后保溫5?lOmin，停止加熱，在熔體表面均勻撒上一層覆蓋劑，待熔體冷卻至650°C時(shí)加入精煉劑，進(jìn)行攪拌精煉，分至少兩次撇去熔體中的臟物及浮渣；
[0023]進(jìn)行澆鑄后，得到所述鋅-銅-鈦三元中間合金；
[0024]其中，所述少量純鈦的質(zhì)量為全部純鈦質(zhì)量的5?10%。
[0025]作為優(yōu)選方案，所述覆蓋劑的組分包括:氯化鈉40?60wt%，氯化鉀40?60wt % ο
[0026]作為優(yōu)選方案，所述精煉劑的組分包括:碳酸鎂為50?70wt %，氯化鈉為10?30wt%,氯化鉀為10?30wt%。
[0027]作為優(yōu)選方案，所述精煉過程中，攪拌時(shí)間不超過lOmin。
[0028]—種鈦鋅合金板材的制備方法，其包括如下步驟:
[0029]將前述鈦鋅合金錠在250?300°C下進(jìn)行多道次的乳制，得到鈦鋅合金板材，乳制過程中，控制最后一道次的下壓量為13?15%，所述最后一道次之前的每一道次的下壓量為15?20%，且控制總壓下量為65?90%。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)方案中，其主要原理是采用銅鈦元素比例固定的鋅-銅-鈦三元中間合金與純鋅進(jìn)行鋅-銅-鈦三元合金錠的制備，從而解決了直接用純金屬進(jìn)行鋅-銅-鈦合金的熔煉中存在的銅難以熔化或熔化不完全的問題，使得銅鈦組分可以均勻分布到合金當(dāng)中，通過對熔體的精煉可有效去除合金錠中的缺陷，最后通過對合金錠的乳制可得到性能優(yōu)異的鈦鋅板材料。由于中間合金的使用簡化了合金錠的鑄造工藝，縮短了生產(chǎn)周期，制備過程中的能量得到了高效利用，降低生產(chǎn)成本，提高了鋅-銅-鈦合金錠和鈦鋅板材料的市場競爭力，適合推廣到規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0032]1、中間合金原料均為純金屬，來源廣泛，整個(gè)制備過程無雜質(zhì)元素滲入，制備的鋅-銅-鈦合金錠雜質(zhì)含量極低；
[0033]2、采用銅鈦元素比例固定的鋅-銅-鈦三元中間合金與純鋅進(jìn)行鋅-銅-鈦三元合金錠的制備，解決了直接用純金屬進(jìn)行鋅-銅-鈦合金的熔煉中存在的銅難以熔化或熔化不完全的問題，使得銅鈦組分可以均勻分布到合金當(dāng)中，最終使得鋅-銅-鈦合金錠的鑄造過程得以簡化；
[0034]3、鑄造過程中精煉劑的使用可有效去除鋅合金熔液中雜質(zhì)，有效改善了鋅及鋅合金的鑄造性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能；
[0035]4、綜上所述，采用本工藝可以簡化鑄造過程，提高生產(chǎn)效率，且工藝簡單，安全可靠，操作方便，最終制得的鈦鋅板材料表面無缺陷，具有較好的機(jī)械性能，具有較高的市場競爭力，適合推廣到規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中。
【附圖說明】
[0036]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0037]圖1為實(shí)施例1中鈦鋅板材的掃描電鏡照片；
[0038]圖2為實(shí)施例2中鈦鋅板材的掃描電鏡照片；
[0039]圖3為實(shí)施例3中鈦鋅板材的掃描電鏡照片；
[0040]圖4為實(shí)施例1-3中鈦鋅板材的拉伸-應(yīng)力應(yīng)變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042]本發(fā)明中所用的鋅-銅-鈦三元中間合金的制備方法為:
[0043]將純鋅、純銅和純鈦均去除氧化層；
[0044]將占純總鋅質(zhì)量10%的純鋅在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余純鋅；
[0045]待純鋅全部熔化后，升溫至690?740 °C，加入少量純鈦；
[0046]待所述少量純鈦完全熔化后，將剩余純鈦和全部純銅分3?5次加入，并保持溫度恒定在800?900 °C ；
[0047]待全部純鈦和純銅加入后保溫5?lOmin，停止加熱，在熔體表面均勻撒上一層覆蓋劑，待熔體冷卻至650°C時(shí)加入精煉劑，進(jìn)行攪拌精煉，分至少兩次撇去熔體中的臟物及浮渣；
[0048]進(jìn)行澆鑄后，得到所述鋅-銅-鈦三元中間合金。
[0049]實(shí)施例1
[0050]本實(shí)施例涉及一種由非真空鑄造得到的鈦鋅板材料，鋅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為98.78%，銅元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.04%，鈦元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.08%，不可避免的雜質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)不超過0.1 %。鑄造鋅-銅-鈦合金錠的原料為純鋅和鋅-銅-鈦三元中間合金(鋅-銅-鈦三元中間合金的組分包括:純鋅為90wt%，純銅9.29wt %,純鈦為0.71wt% ) ο
[0051]其制備方法是將純鋅和鋅-銅-鈦三元中間合金分別用320目砂紙打磨去除氧化層，分別放入鼓風(fēng)干燥箱中(200°C )進(jìn)行烘干預(yù)熱；使用不銹鋼坩禍進(jìn)行合金鑄造，將電阻加熱爐溫度設(shè)定為430°C，將占全部純鋅質(zhì)量的10%左右的少量純鋅在430?450°C下熔化成熔池后，加入剩余純鋅；待純鋅全部熔化后，升溫至450°C，加入鋅-銅-鈦三元中間合金，并保持溫度恒定在450°C ;待全部中間合金加入后在熔體表面均勻撒上一層覆蓋劑(氯化鈉50wt %，氯化鉀50