锌合金及其制备方法
锌合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及经济型锌（生态型锌）合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 镁（Mg)是在当前元素锌（Zn)合金中的一种主要的合金元素。大多数的锌合金包 括90%或更多的锌、和1至几％的铝、锑、镁、铜、锡等。
[0003] 采用压铸方法用于机动车或无线电部件的锌合金通常包括92% Zn、少量的Mg、 Cu、Al或Sn。然而，这种合金具有低的拉伸强度（17kg/mm2)和低的伸长率。因此，普遍使 用具有4~5重量％ Al、3重量％ Cu和92~93重量％ Zn的锌合金。其拉伸强度为26~ 30kg/mm2,伸长率为2~3%，和HB为80。这种锌合金容易铸造且具有铸造产品的洁净表 面。
[0004] 用于压铸的锌合金是以多种名称可商购的。例如，微量Cahill合金、Apex合金、 镜面金属等。此外，存在用于阳极板的休眠（惰性）金属，其包括A1和Hg，且具有高的对游 离酸的耐腐蚀性。此外，存在用于轴承合金的锌合金。这种锌合金具有低的摩擦系数和高 的压缩强度，且比Sn或Pb合金更便宜。
[0005] 例如，这种锌合金具有卢门锌基轴承青铜（80重量％ Zn、10重量％ Cu和4重量％ Al)、E1心合金（2. 5重量％ Al、l重量％ Pb和少量的Sn)或芬顿锌基耐摩轴承合金（80重 量％ Zn、14重量％ Sn和6重量％ Cu)。在这些合金中，添加少量的Mg元素作为合金元素。
[0006] 近来，Mg被用作锌合金中的主要的添加元素，且在锌合金中的Mg的量增加。当在 常规锌合金中添加Mg时，可发生一些问题，如由渣滓（浮渣）（如氧化物）的产生引起的品 质劣化问题和由低的Mg的实际添加量引起的生产率和经济效益的降低问题。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明具有如下目的：通过添加经济型镁（生态型镁）代替常规镁（其为用于形 成锌合金的添加剂之一）而最小化在锌合金的形成期间形成的氧化物或夹杂物。在这个过 程期间，本发明具有如下目的：改善锌合金的机械性质和提高锌合金的内在品质。
[0009] 此外，本发明具有如下目的：通过最小化氧化物的形成而改善镁循环比，以及通过 减少高成本镁的使用而改善锌合金的形成的经济效益。
[0010] 本发明不限于以上提及的技术目的，且以上未提及的其它技术问题将由本领域普 通技术人员从以下说明清楚地理解。
[0011] 技术方案
[0012] 根据本发明的一方面，提供锌合金的制备方法。锌合金的制备方法包括：提供锌和 包括基于钙的化合物的镁母合金（中间合金）；形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔 融金属；和铸造所述熔融金属。
[0013] 可将所述镁母合金输入至锌熔融金属中且在其中熔融，或与锌一起熔融。在这里， 锌可为纯锌或锌合金。具体而言，形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔融金属可包括： 通过熔融锌而形成锌熔融金属；和添加所述镁母合金到所述锌熔融金属中并且熔融所述镁 母合金。
[0014] 在该方法的其它实施方式中，形成熔融金属可具有：将所述镁母合金和所述锌输 入至熔融炉中；且将所述镁母合金和所述锌一起熔融。所述镁母合金在所述锌合金中可为 0.01-46重量％。这里，所述镁母合金在所述锌合金中可为5-30重量％。所述镁母合金可 通过将基于钙的添加剂添加至纯镁或镁合金而形成。镁合金可包含铝。
[0015] 所述镁母合金可通过如下形成：通过熔融纯镁或镁合金形成熔融金属；和将基于 钙的添加剂添加至纯镁或镁合金熔融金属中。
[0016] 在该方法的其它实施方式中，所述镁母合金可通过如下形成：将纯镁或镁合金和 基于钙的添加剂输入至熔融炉中；且将纯镁或镁合金和基于钙的添加剂一起熔融。这里，为 形成镁母合金而添加的基于钙的添加剂可具有碱土金属氧化物的至少一种。优选地，碱土 金属氧化物可为氧化钙（CaO)。碱土金属氧化物可包括氰氨化钙（CaCN 2)和碳化钙（CaC2) 的至少一种。
[0017] 因此，当在纯镁或镁合金中添加基于钙的添加剂以形成合金时，钙（Ca)被还原并 且与基于钙的添加剂分离。被还原的钙可与纯镁或镁合金中的其它元素（例如，镁和/或 铝）反应，由此在镁母合金中形成基于钙的化合物。
[0018] 因此，基于钙的添加剂是用于在母合金中形成基于钙的化合物的钙源且为在形成 母合金期间添加至纯镁或镁合金熔融金属中的添加元素。然而，基于钙的化合物是通过由 基于钙的添加剂提供的钙与纯镁或镁合金的合金元素反应而新形成的化合物。
[0019] 如上所述，基于钙的添加剂可在镁熔融金属中被还原。通过在还原过程中形成的 钙的反应而形成的基于钙的化合物可具有Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和Mg-Al-Ca化合物 的至少一种。
[0020] 所述Mg-Ca化合物可包括Mg2Ca，所述Al-Ca化合物可包括Al 2Ca和Al4Ca的至少 一种，和所述Mg-Al-Ca化合物可包括（Mg，Al)2Ca。可在相对于纯镁或镁合金的0.0001-30 重量％的范围内添加所述基于钙的添加剂。
[0021] 根据本发明的锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化合物的锌合金的 拉伸强度。根据本发明的锌合金具有的伸长率大于或等于不含所述基于钙的化合物的锌合 金的伸长率。
[0022] 有益效果
[0023] 如上所述，根据本发明，当形成锌合金时，可通过添加经济型镁来最小化通常在锌 合金的形成期间形成的氧化物或夹杂物的产生，所述经济型镁通过将来自碱土金属氧化物 的碱土金属（例如，来自CaO的Ca)合金化形成。因此，锌合金产品的内在洁净性和机械性 质提尚。
【附图说明】
[0024] 图1是说明根据本发明的实施方式在制造锌合金时添加至锌熔融金属的镁母合 金（即，经济型镁）的制备方法的流程图。
[0025] 图2是说明根据本发明的实施方式的锌合金的制备方法的流程图。
[0026] 图3是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0027] 图4是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0028] 图5是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0029] 图6是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0030] 图7是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0031] 图8是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0032] 图9是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0033] 图10是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0034] 图11是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0035] 图12是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0036] 图13是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0037] 图14是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0038] 图15是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0039] 图16是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0040] 图17是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0041] 图18是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0042] 图19是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0043] 图20是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0044] 图21是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0045] 图22是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0046] 图23是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0047] 图24是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0048] 图25是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0049] 图26是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
【具体实施方式】
[0050] 尽管已参照本发明的示例性实施方式具体展示和描述本发明，但本领域普通技术 人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可在其中进行形式和细节方面的各种 变化。本发明的实质技术范围在所附权利要求中示出，且本发明的实质技术范围的等同范 围中的任何差异包括在本发明中。
[0051] 在下文中，现将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的示例性实 施方式。然而，本发明不受后述的实施方式限制，而是以各方面实现。在本说明中的实施方 式将使本发明的公开内容完整，并且向本领域普通技术人员提供本发明的范围。
[0052] 基于镁的母合金（经济塑镁）的制各方法
[0053] 用于本发明中的基于镁的母合金使用称为经济型镁的镁母合金。这里，通过如下 形成经济型镁：将碱土金属氧化物（例如，CaO)施加在镁（纯镁或镁合金）熔融金属的表 面上，和然后搅拌熔融金属的表面以在形成镁合金时产生碱土金属氧化物与熔融金属的表 面反应。
[0054] 图1是说明根据本发明的实施方式的镁母合金的制备方法的流程图。如图1中所 示，根据本发明的镁母合金的制备方法包括：形成基于镁的熔融金属（S1)、添加碱土金属 氧化物（氧化钙，CaO,对于本发明）（S2)、搅拌（S3)、消耗碱土金属氧化物（S4)、进行碱土 金属的反应（S5)、铸造（S6)、和进行固化（S7)。为了解释将消耗碱土金属氧化物（S4)和进 行碱土金属的反应（S5)分开，这些步骤（S4，S5)几乎同时发生。
[0055] 在形成基于镁的熔融金属（S1)中，将镁或镁合金输入到坩埚中并且在保护气体 氛围下将其加热至400-800°C的温度，由此形成基于镁的熔融金属。当温度低于600°C时， 难以形成镁熔融金属。这里，当温度超过800°C时，可引燃基于镁的熔融金属。
[0056] 在添加添加剂（S2)中，将添加剂添加到纯镁的熔融金属或镁合金的熔融金属中。 添加剂优选为粉末形式以增加用于与熔融金属反应的表面积。然而，当添加剂的粒度细，例 如小于0. 1 y m时，添加剂可由于升华的镁或热风而损失，于是可未被输入至炉中。此外，所 述添加剂可附聚以形成团（簇），然后成团的添加剂可不溶于熔融金属中。当添加剂的粒度 大时，反应的表面积可降低。优选的添加剂粉末的粒度在0.1-500 ym的范围内。更优选的 添加剂粉末的粒度等于或小于200 ym。
[0057] 在添加添加剂（S2)中，可在0.001-30重量％、和优选0. 1-15重量％的范围内添 加添加剂。当碱土金属氧化物的量小于0. 001重量％时，可减少由添加碱土金属氧化物引 起的效果，如硬度的增加、氧化的减少、引燃温度的增加和保护气体的量的降低。当添加剂 超过30重量％时，可使镁的原始性质消失。添加的添加剂主要是碱土金属氧化物。所述碱 土金属氧化物可为CaO。此外，所述碱土金属氧化物可为SrO、BeO或MgO及其等同材料的 至少一种。
[0058] 在搅拌（S3)中，搅拌镁熔融金属1-400分钟并且保持。当完成搅拌时，在预定的 时间内使镁熔融金属保持原样。在添加和搅拌的时间内，进行步骤（S4, S5)。当搅拌的时间 少于1分钟时，添加剂不令人满意地与镁熔融金属混合。当搅拌的时间超过400分钟时，镁 熔融金属的搅拌时间不必要地更长。搅拌的时间取决于熔融金属的量和添加的碱土金属氧 化物的量。在搅拌（S3)中，镁熔融金属的搅拌时间可为1秒-60分钟/0. 1重量％的添加 到镁熔融金属中的碱土金属氧化物。
[0059] 优选搅拌在添加氧化物粉末的同时开始。以另外的方式，通过从熔融金属传递热 来将氧化物加热至预定的温度，然后开始搅拌以促进反应。搅拌继续，直至添加的氧化物粉 末在熔融金属的表面处消失。在碱土金属氧化物被反应消耗（耗尽）之后，完成搅拌。在 将添加剂添加至基于镁的熔融金属中和搅拌的过程中，添加剂被还原为钙。通常，添加剂比 镁更为热力学稳定，预期钙在镁熔融金属中不被还原并且不与镁熔融金属分离。然而，根据 本发明的发明人的实验结果，添加剂在镁熔融金属中被还原。
[0060] 从还原产生的钙可与基础材料中的其它元素（例如镁和/或铝）反应，由此形成 基于钙的化合物。因此，添加剂是用于形成在镁母合金中形成的基于钙的化合物的钙源。添 加剂是在形成母合金期间添加至熔融金属中的添加元素。然而，基于钙的化合物是通过由 添加剂提供的钙与在基础材料中的其它元素反应而新形成的。当镁母合金由纯镁制备时， 基于钙的化合物可为Mg-Ca化合物，例如Mg 2Ca。
[0061] 此外，当镁母合金由镁合金（例如，镁-铝合金）形成时，基于钙的化合物包括 Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。例如，所述Mg-Ca化合物可包 括Mg 2Ca，所述Al-Ca化合物可包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种，和所述Mg-Al-Ca化合物可 包括（Mg，Al) 2Ca。
[0062] 通讨碱土金属氣化物的表而檔拌的表而反应
[0063] 在本发明中，提供如下的反应环境是重要的：其中碱土金属氧化物在熔融金属的 表面上（而非在熔融金属内部）反应。因此，不将漂浮在熔融金属的表面上的氧化物强制 地搅拌到熔融金属中是重要的。简单地，使碱土金属氧化物均匀地散布在暴露于空气的熔 融金属的表面上是重要的。
[0064] 与在不搅拌的情况下相比，在搅拌熔融金属的情况下反应进行地更好，而且在外 表面（上层部分的表面）处（而非在熔融金属内部）反应进行地更好。即，熔融金属在其 外表面（上层部分的表面）处与暴露于空气的粉末反应地更好。然而，在真空或环境气体 的状态下结果是不令人满意的。对于充分的反应，通过上层部分的搅拌诱导表面反应是必 要的。
[0065] 对于表面搅拌，在上层部分处进行搅拌，上层部分的深度为从熔融金属的表面起 的熔融金属的总深度的约10%。诱导基本上漂浮的碱土金属氧化物以位于上层部分中，由 此最小化熔融金属的湍流，所述上层部分的深度为熔融金属的实际深度的10%。
[0066] 在消耗碱土金属氧化物（S4)中，通过熔融金属和添加的碱土金属氧化物之间的 反应，碱土金属氧化物被消耗，以至少部分地或基本上不保留在镁合金中。在本发明中，输 入的所有的碱土金属氧化物优选通过充分反应而耗尽。然而，即使一些部分未反应且保留 在合金中，如果这些没有大大地影响物理性质则也是有效的。
[0067] 这里，碱土金属氧化物的消耗涉及从碱土金属氧化物除去氧组分。以氧气（02)的 形式或以通过与在熔融金属中的镁或合金组分的结合的渣滓或泥渣的形式除去氧组分。通 过搅拌熔融金属的上层部分，基本上从熔融金属的顶表面除去氧组分。
[0068] 在实施方式中，对于纯镁和镁合金，对于与氧化钙反应的反应方程如下。
[0 069] 反应方稈1
[0070] 纯Mg+Ca〇->Mg(基体）+Mg2Ca. ?.
[0071 ] ? ? ?[产生02+产生MgO渣滓]
[0072] 反应方稈2
[0073] Mg合金 +Ca〇->Mg合金（基体）+ (Mg2Ca+Al2Ca+ (Mg，A1，其它合金元素）2Ca)
[0074] ? ? ?[产生02+产生MgO渣滓]
[0075] 在进行碱土金属的反应（S5)中，通过碱土金属氧化物的消耗产生的碱土金属与 熔融金属反应，以至少部分地或基本上不保留在镁合金中。这里，这意味着通过消耗产生的 碱土金属与镁合金中的镁和铝以及在熔融金属中的其它合金元素（组分）的至少一种化 合，并且因此基本上不让其保留。这里，化合物指通过金属之间的结合（键合）获得的金属 间化合物。
[0076] 因此，通过经由与熔融金属（例如镁合金）的反应除去氧化合物，来部分地或基本 上消耗添加的碱土金属氧化物，并且其中氧化合物被除去的碱土金属与镁合金中的镁和铝 以及在熔融金属中的其它合金元素（组分）的至少一种生成化合物，使得碱土金属部分地 或基本上不保留在镁合金中。
[0077]当完成熔融金属的搅拌（S3)时，将基于镁的熔融金属输入模具中以铸造它（S4)， 将模具冷却下来，并且随后从模具中取出固化的母合金（S7)。这里，在铸造（S6)中，可预热 模具。此外，在冷却（S6)中，可将模具冷却至室温，然后可从模具中取出母合金。然而，在 达到室温之前，在完成母合金的固化时可从模具中取出母合金。
[0078] 经济塑锌合金的制各方法
[0079] 在下文中，将描述根据本发明的实施方式的使用经济型镁合金的经济型锌合金的 制备方法。这里，"经济型锌合金"指通过使用经济型镁母合金形成的锌合金。即，经济型锌 合金通过使用经济型镁母合金形成。
[0080] 锌合金的制备方法包括：提供锌和具有基于钙的化合物的镁母合金（基于经济型 镁的母合金），形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属，和铸造所述熔融金属。
[0081] 这里，为了形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属，首先熔融锌以形成锌熔融金 属，然后将具有基于钙的化合物的镁母合金（基于经济型镁的母合金）输入到锌熔融金属 中以熔融。
[0082] 在该方法的其它实施方式中，将锌和镁母合金一同输入到熔融装置（如坩埚）中， 然后一起加热和恪融。
[0083] 图2是说明根据本发明的实施方式的锌合金的制备方法的流程图。在锌合金的制 备方法中，首先形成锌熔融金属，然后将通过上述方法形成的镁母合金添加到锌熔融金属 中并且将其熔融。如图2中所示，锌合金的制备方法包括：形成锌熔融金属（S11)、添加镁 母合金（S12)、搅拌和保持（S13)、铸造（S14)和冷却（S15)。
[0084] 首先，在形成锌熔融金属（S11)中，将锌输入到坩埚中并且将其熔融以形成锌熔 融金属。在形成锌熔融金属（S11)中的锌是选自纯锌、锌合金及其等同材料的任一种。
[0085] 接着，在添加镁母合金（S12)中，将通过上述方法形成的镁母合金添加到锌熔融 金属中。在添加镁母合金（S12)中使用的镁母合金（S12)在锌合金中为0.01-46重量％。 当镁母合金的量小于〇. 01重量％时，由添加镁母合金引起的效果（硬度、耐腐蚀性、可焊 性）是不显著的。此外，镁母合金的量超过46重量％，可使锌合金的原始性质消失。优选 地，镁母合金在锌合金中可为5-30重量％。
[0086] 镁母合金可作为块添加，但本发明不限于此。镁母合金可具有粉末、粒料等形式。 此外，不限制镁母合金的尺寸。
[0087] 当添加镁母合金时，也将包括在镁母合金中的基于钙的化合物提供到锌熔融金属 中。如上所述，提供到锌熔融金属中的基于钙的化合物可包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物 和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。
[0088] 这里，可另外地提供少量的保护气体，以防止镁母合金的氧化。保护气体可包括常 规气体如3? 6、502、〇)2、册(：-134&、此^^ 111612，惰性气体及其等同材料、或其混合气体。保护 气体的添加可防止镁母合金的氧化。
[0089] 然而，保护气体在本发明中不是必要的，且可不提供。即，在本发明的实施方式 中，与添加不含基于钙的化合物的镁的常规情况相比，在镁母合金具有基于钙的化合物时， 镁母合金由于增加的耐氧化性而具有较大的抗引燃性，由此减少熔融金属中杂质（如氧化 物）的产生。因此，根据本发明的制备方法，即使在不采用保护气体的情况下，锌熔融金属 的洁净性也显著改善，由此改善熔融金属的品质。
[0090] 接着，在搅拌和保持（S13)中，搅拌锌熔融金属1-400分钟并且保持。当搅拌和保 持的时间少于1分钟时，镁母合金不令人满意地与锌熔融金属混合。当搅拌和保持的时间 超过400分钟时，锌熔融金属的搅拌和保持的时间不必要地更长。接着，当完成锌熔融金属 的搅拌和保持（S13)时，将锌熔融金属输入到模具中以铸造它（S14)，将模具冷却下来，并 且随后从模具中取出固化的锌合金（S7)。
[0091] 如上所述，将镁母合金用于添加到锌合金中。如上所述，镁母合金具有通过在形成 镁母合金期间来自基于钙的添加剂的钙与镁和/或铝之间的反应形成的基于钙的化合物。 基于钙的化合物是金属间化合物且具有比锌的熔点（419. 5°C )更高的熔点。例如，Al2Ca和 Al4Ca(Al-Ca化合物）的熔点分别为1079°C和700°C，且高于铝的熔点。
[0092] 因此，当将具有基于钙的化合物的母合金添加到锌熔融金属中时，基于钙的化合 物不能在熔融金属中熔融且保持原样。当铸造熔融金属以形成锌合金时，锌合金可包括基 于钙的化合物。
[0093] 经济塑锌合金的氣化和引燃的防|h以及机械件质
[0094] 如上所述，当添加具有基于钙的化合物的镁母合金时，改善锌熔融金属的洁净性 并且也显著改善铸造的锌合金的机械性质。即，在所铸造的锌合金中不存在使机械性质劣 化的杂质如氧化物或夹杂物，且在铸造的锌合金内的气泡的形成显著减少。由于铸造的锌 合金的内部具有比常规的锌合金的内部更洁净的结构，所以根据本发明的锌合金具有更好 的机械性质，如更大的屈服强度、更大的拉伸强度和改善的伸长率。
[0095] 因此，即使当形成具有相同量的镁的锌合金时，本发明提供更好的熔融金属的洁 净性和更好的铸造的锌合金的性质。
[0096] 此外，由于在锌中添加的镁的损失在熔融金属中减少，即使当镁的量与常规情况 相比较少地添加时，在锌合金中镁的实际量基本上相同，由此提供形成锌合金的经济优势。
[0097] 此外，当根据本发明将镁母合金添加至锌熔融金属时，与常规情况相比，镁在锌熔 融金属中的不稳定性显著降低，于是可增加添加的镁的量。
[0098] 常规地，镁是高度氧化的，并且因此通过镁氧化形成的氧化物和夹杂物可引入熔 融金属中，由此劣化锌合金的品质。这个问题随着镁的量增加而变得更恶劣。因此，即使通 过使用保护气体也不能增加在锌熔融金属中添加的镁的量。
[0099] 然而，根据本发明，由于镁母合金可稳定地添加到锌熔融金属中，所以与常规情况 相比，可容易地增加镁在锌合金中的量，并且甚至在镁的量的增加中也可提供可铸性。因 此，通过添加根据本发明的镁母合金到锌合金中，防止混合氧化物或夹杂物，由此改善可铸 性、强度和伸长率。
[0100] 经济塑锌合金的机械件质
[0101] 在下文中，将详述通过本发明的锌合金的制备方法形成的锌合金的性质。
[0102] 根据本发明的制备方法的锌合金包括锌基础物和存在于锌基础物中的基于钙的 化合物。在锌基础物中，可溶解镁。
[0103] 如上所述，由添加至镁母合金中的基于钙的添加剂还原的钙大部分作为基于钙的 化合物存在，并且部分地溶解于镁基础物中。当将镁母合金添加到锌熔融金属中时，溶解于 镁母合金中的钙被稀释，于是溶解于实际的锌合金的基础物中的钙的量少于溶解极限。
[0104] 根据本发明的锌合金由于在镁母合金中形成的基于钙的化合物而具有改善的机 械性质。当将镁母合金添加到锌熔融金属中时，包括在镁母合金中的基于钙的化合物被一 同添加在熔融金属中。基于钙的化合物是通过钙与其它金属元素之间的反应形成的金属间 化合物且具有高于锌的熔点的熔点。
[0105] 因此，当将具有基于钙的化合物的母合金添加到锌熔融金属中时，基于钙的化合 物在熔融金属中不熔融并且保持原样。当铸造熔融金属以形成锌合金时，基于钙的化合物 可存在于锌合金中。
[0106] 基于钙的化合物可作为细颗粒分布于锌合金中。这里，基于钙的化合物是金属间 化合物，具有比基础材料的锌更大的强度。由于高强度物质的分 布，可增加锌合金的强度。
[0107] 在基于钙的化合物的从液相向固相的相转变期间，可提供成核的位点。即，当锌合 金固化时，从液相向固相的相转变作为成核和生长的形式发生。这里，基于钙的化合物自身 作为异相成核位点起作用，且向固相的相转变的成核优先在基于钙的化合物和液相的界面 处发生。通过成核形成的固相在基于钙的化合物的周围产生并且生长。
[0108] 当多个基于钙的化合物分布时，在基于钙的化合物的界面处生长的固相彼此相遇 以形成边界。这些边界变成晶界或相界。因此，当基于钙的化合物作为成核位点起作用时， 基于钙的化合物存在于晶粒或相畴中，由此与不存在基于钙的化合物的情况相比减小晶粒 或相畴的尺寸。
[0109] 基于钙的化合物可分布在晶粒之间的晶界中或相畴之间的相界中。与晶粒或相畴 的内部相比，这些边界具有开放的结构，且具有相对较高的能态，由此提供基于钙的化合物 的成核和生长的位点。
[0110] 当基于钙的化合物分布在锌合金的晶界或相界中时，基于钙的化合物作为对于晶 界或相界的移动的障碍物起作用，由此减小晶粒或相界的平均尺寸。
[0111] 因此，与不含基于钙的化合物的锌合金相比，本发明的锌合金具有较小的平均晶 粒或相畴。
[0112] 由于基于钙的化合物造成的晶粒或相畴的尺寸的减小改善铝合金的强度和伸长 率。
[0113] 即，如上所述，当使用根据本发明的锌合金的制备方法的通过添加添加剂而形成 的镁母合金时，可稳定地增加在锌熔融金属中添加的镁的量，由此增加溶解在锌基础物中 的镁的溶解量。
[0114] 镁的溶解量的增加可由于固溶强化和热处理而提供高的锌合金强度，和提供与常 规合金相比更好的可铸性和机械性质。
[0115] 实骀实施例
[0116] 在下文中，将提供实验实施例以理解本发明。然而，提供以下实验实施例仅为了理 解本发明，但以下实验实施例不限制本发明。
[0117] 图3-6是通过添加常规的镁母合金形成的锌熔融金属的状态的结果，和图7-10是 通过添加经济型镁母合金形成的锌熔融金属的状态的结果。
[0118] 图3是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0119] 在本说明书中，使用常规的镁母合金的锌合金指"常规锌合金"。即，常规锌合金通 过使用常规的镁母合金形成。这里，常规的镁母合金指通过使用常规的镁而不是通过使用 经济型镁形成的镁合金。对于常规锌合金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的 表面上发现快速的氧化和引燃。为了避免这样，在熔融金属的表面上添加保护气体如SF6。
[0120] 在合金的形成期间，用于确认锌合金的氧化和引燃的产生的锌合金的组成为Zn-5 重量 ％ Mg (图 3)、Zn-10 重量 ％ Mg-10 重量 ％ A1 (图 4)、Zn-30 重量 ％ % Mg-20 重量 ％ A1 (图 5)和 Zn-45 重量 ％ Mg-5 重量 ％ A1 (图 6)。
[0121] 图4是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0122] 图5是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0123] 图6是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0124] 图7是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0125] 通过使用经济型镁母合金形成的锌合金指"经济型锌合金"。即，经济型锌合金通 过使用经济型镁母合金形成。这里，经济型镁指通过如下形成的镁合金：添加CaO到镁（合 金）的熔融金属中和当形成镁合金时搅拌其表面以产生表面反应。经济型锌合金的最终组 成为 Zn-5 重量 ％ Mg (图 7)、Zn-10 重量 ％ Mg-10 重量 ％ A1 (图 8)、Zn-30 重量 ％ Mg-20 重 量％ A1 (图9)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图10)。对于经济型锌合金的情况，即使在 不使用保护气体时，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上也不发生氧化或 引燃。
[0126] 与图3、4、5和6的常规锌合金相反，所有的Zn-5重量％ Mg、Zn-10重量％ Mg-10 重量％ Al、Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的经济型锌合金 具有在经济型镁母合金中的1. 5重量％ Ca。对于经济型镁的情况，通过由于使用CaO的经 由表面搅拌的表面反应而还原CaO, Mg或Mg合金包括Ca。添加到四种经济型锌合金中的 经济型镁母合金包括1. 5重量％ Ca。这里，1. 5重量％ Ca是在形成母合金中的Ca含量的 比例，并且因此在最终经济型锌合金中的Ca含量变得小得多，因为在最终经济型锌合金中 的Ca含量取决于经济型镁母合金的量。
[0127] 图8是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0128] 图9是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0129] 图10是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0130] 参照图3-6和图7-10,经济型锌合金的熔融金属的状态是令人满意的，而常规锌 合金的熔融金属的表面显示黑色且渣滓的量增加。
[0131] 表1显示在通过如下形成合金中产生的渣滓重量：将具有多种组成的常规镁母合 金和经济型镁母合金添加到锌熔融金属中。
[0132] [表 1]
[0133]
[0134] '测量和比较在形成常规锌合金（图
11-图14)和经济型锌合金（图15-图' 18)期 间的渣滓的量。参照表1，与通过添加常规的镁母合金形成的常规锌合金相比，漂浮在通过 添加经济型镁母合金形成的经济型锌合金的熔融金属的表面上的杂质的量（渣滓的量）小 得多。
[0135] 即，与在经济型锌合金中渣滓的量相比，在常规锌合金中渣滓的量大得多。其可发 现于所有的合金，例如Zn-5重量％ Mg的合金（图11关于常规锌合金和图15关于经济型 锌合金）、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的合金（图12关于常规锌合金和图16关于经济 型锌合金）、Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的合金（图13关于常规锌合金和图17关于经 济型锌合金）和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的合金（图14关于常规锌合金和图18关于 经济型锌合金）。
[0136] 因此，与常规的镁母合金的使用相比，当通过本发明形成锌合金时，镁的损失显著 降低。此外，与常规的镁母合金的使用相比，当添加经济型镁母合金时，改善熔融金属的流 动性和锌合金的硬度。
[0137] 图11是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0138] 图11显示在常规锌合金的形成期间在熔融金属的表面上形成的渣滓的形状。常 规锌合金的最终组成为Zn-5重量％ Mg(图11)、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1 (图12)、 Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1 (图13)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图14)。对于常规 锌合金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上快速地发生氧化和引燃，并 且因此使用保护气体如SF 6以防止熔融金属的氧化和引燃。
[0139] 图12是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0140] 图13是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0141] 图14是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0142] 图15是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。[0143] 显示在经济型锌合金的形成期间在熔融金属的表面上形成的渣滓的形状。经济型 锌合金的最终组成为Zn-5重量％ Mg(图15)、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1 (图16)、Zn-30 重量％ Mg-20重量％ A1 (图17)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图18)。对于经济型锌合 金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上不发生氧化和引燃，并且因此与 常规锌合金相比渣滓的量较少。
[0144] 图16是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0145] 图17是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0146] 图18是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0147] 图19-26显示比较锌熔融金属与常规镁母合金的铸造产品的表面和锌熔融金属 与经济型镁母合金的铸造产品的表面的结果。
[0148] 图19是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0149] 在常规锌合金（Zn-5重量％Mg、Zn-10重量％Mg-10重量％Al、Zn-30重量％Mg-20 重量％ A1和Zn_45重量％ Mg_5重量％ A1)中，由于添加的儀，在铸造过程之后在固化过程 期间在铸造产品的表面上快速形成氧化物。
[0150] 图20是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0151] 图21是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0152] 图22是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0153] 图23是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0154] 在经济型锌合金（从左起为Zn-5重量％Mg、Zn-10重量％Mg-10重量％Al、Zn-30 重量％ Mg-20重量％ A1和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1)中，在铸造过程之后在固化过程 期间在铸造产品的表面上不形成氧化物。
[0155] 图24是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0156] 图25是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0157] 图26是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0158] 参照图19-26,与其中添加常规的镁母合金的锌合金的铸造产品相比，其中添加经 济型镁母合金的锌合金的铸造产品具有洁净的表面。这意味着通过添加到经济型镁母合金 中的氧化钙（CaO)而使可铸性改善。即，其中添加常规的镁母合金的锌合金由于在铸造期 间的镁的氧化而显示出在其表面上的引燃现象，而其中添加具有添加剂（氧化钙，CaO)的 经济型镁母合金的锌合金由于引燃现象的限制而显示出洁净的表面。
[0159] 因此，与添加常规的镁母合金的情况相比，当添加经济型镁母合金时，显著改善熔 融金属的品质，由此改善可铸性。
[0160] 尽管已参照本发明的优选实施方式具体展示和描述本发明，但本领域技术人员将 理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行形式 和细节方面的各种变化。因此，本发明的范围不由本发明的详述限定，而是由所附权利要求 限定，且在所述范围内的所有差异应解释为包括在本发明中。
【主权项】
1. 锌合金的制备方法，所述方法包括： 提供锌和包括基于钙的化合物的镁母合金； 形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔融金属；和 铸造所述熔融金属。2. 权利要求1的方法，其中形成熔融金属包括： 通过熔融所述锌而形成锌熔融金属；和 添加所述镁母合金到所述锌熔融金属中并且熔融所述镁母合金。3. 权利要求1的方法，其中形成熔融金属包括： 将所述镁母合金和所述锌输入至熔融炉中；和 将所述镁母合金和所述锌一起熔融。4. 权利要求1的方法，其中所述镁母合金在所述锌合金中为0. 01-46重量％。5. 权利要求4的方法，其中所述镁母合金在所述锌合金中为5-30重量％。6. 权利要求1的方法，其中所述镁母合金通过将基于钙的添加剂添加至纯镁或镁合金 而形成。7. 权利要求6的方法，其中所述镁合金包含铝。8. 权利要求6的方法，其中所述镁母合金通过包括如下的方法形成： 通过熔融所述纯镁或所述镁合金形成熔融金属；和 将所述基于钙的添加剂添加至所述熔融金属。9. 权利要求6的方法，其中所述镁母合金通过包括如下的方法形成： 将所述纯镁或所述镁合金和所述基于钙的添加剂输入至熔融炉中；和 将所述纯镁或所述镁合金和所述基于钙的添加剂一起熔融。10. 权利要求7的方法，其中所述基于钙的添加剂包括碱土金属氧化物的至少一种。11. 权利要求10的方法，其中所述碱土金属氧化物为氧化钙。12. 权利要求10的方法，其中基于钙的化合物通过由所述基于钙的添加剂提供的钙与 所述纯镁或所述镁合金中的元素反应而形成。13. 权利要求12的方法，其中所述基于钙的化合物包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和 Mg-Al-Ca化合物的至少一种。14. 权利要求13的方法，其中所述Mg-Ca化合物包括Mg2Ca。15. 权利要求13的方法，其中所述Al-Ca化合物包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种。16. 权利要求13的方法，其中所述Mg-Al-Ca化合物包括（Mg,Al) 2Ca。17. 权利要求6的方法，其中在相对于所述纯镁或所述镁合金的0. 0001-30重量％的范 围内添加所述基于钙的添加剂。18. 权利要求1的方法，其中所述锌为纯锌或锌合金。19. 通过权利要求1-18的任一项的方法形成的锌合金。20. 锌合金，包括： 锌基础物；和 在所述锌基础物中的基于钙的化合物， 其中镁溶解在所述锌基础物中。21. 权利要求20的锌合金，其中所述基于钙的化合物包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物 和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。22. 权利要求20的锌合金，其中所述Mg-Ca化合物包括Mg2Ca。23. 权利要求20的锌合金，其中所述Al-Ca化合物包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种。24. 权利要求21的锌合金，其中所述Mg-Al-Ca化合物包括（Mg,Al) 2Ca。25. 权利要求20的锌合金，其中所述锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的拉伸强度。26. 权利要求20的锌合金，其中所述锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的拉伸强度，其中所述锌合金具有的伸长率大于或等于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的伸长率。27. 权利要求20的锌合金，其中所述基于钙的化合物通过碱土金属氧化物形成。
【专利摘要】本发明提供具有改善的合金特性如流动性、可铸性、机械性质、耐腐蚀性和伸长率的锌合金及其制备方法。根据本发明的一方面，用于制备锌合金的方法包括如下步骤：提供锌和包括基于钙的化合物的镁母合金；和形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属；和铸造所述熔融金属。根据本发明的另一方面，锌合金包括锌基础物和存在于锌基础物中的基于钙的化合物，其中将镁施加于锌基础物。
【IPC分类】C22C18/00, C22C1/03, B22D21/02
【公开号】CN104903480
【申请号】CN201380069966
【发明人】金世侊
【申请人】韩国生产技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月19日
【公告号】US20150361528, WO2014077653A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及经济型锌（生态型锌）合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 镁（Mg)是在当前元素锌（Zn)合金中的一种主要的合金元素。大多数的锌合金包 括90%或更多的锌、和1至几％的铝、锑、镁、铜、锡等。
[0003] 采用压铸方法用于机动车或无线电部件的锌合金通常包括92% Zn、少量的Mg、 Cu、Al或Sn。然而，这种合金具有低的拉伸强度（17kg/mm2)和低的伸长率。因此，普遍使 用具有4~5重量％ Al、3重量％ Cu和92~93重量％ Zn的锌合金。其拉伸强度为26~ 30kg/mm2,伸长率为2~3%，和HB为80。这种锌合金容易铸造且具有铸造产品的洁净表 面。
[0004] 用于压铸的锌合金是以多种名称可商购的。例如，微量Cahill合金、Apex合金、 镜面金属等。此外，存在用于阳极板的休眠（惰性）金属，其包括A1和Hg，且具有高的对游 离酸的耐腐蚀性。此外，存在用于轴承合金的锌合金。这种锌合金具有低的摩擦系数和高 的压缩强度，且比Sn或Pb合金更便宜。
[0005] 例如，这种锌合金具有卢门锌基轴承青铜（80重量％ Zn、10重量％ Cu和4重量％ Al)、E1心合金（2. 5重量％ Al、l重量％ Pb和少量的Sn)或芬顿锌基耐摩轴承合金（80重 量％ Zn、14重量％ Sn和6重量％ Cu)。在这些合金中，添加少量的Mg元素作为合金元素。
[0006] 近来，Mg被用作锌合金中的主要的添加元素，且在锌合金中的Mg的量增加。当在 常规锌合金中添加Mg时，可发生一些问题，如由渣滓（浮渣）（如氧化物）的产生引起的品 质劣化问题和由低的Mg的实际添加量引起的生产率和经济效益的降低问题。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 本发明具有如下目的：通过添加经济型镁（生态型镁）代替常规镁（其为用于形 成锌合金的添加剂之一）而最小化在锌合金的形成期间形成的氧化物或夹杂物。在这个过 程期间，本发明具有如下目的：改善锌合金的机械性质和提高锌合金的内在品质。
[0009] 此外，本发明具有如下目的：通过最小化氧化物的形成而改善镁循环比，以及通过 减少高成本镁的使用而改善锌合金的形成的经济效益。
[0010] 本发明不限于以上提及的技术目的，且以上未提及的其它技术问题将由本领域普 通技术人员从以下说明清楚地理解。
[0011] 技术方案
[0012] 根据本发明的一方面，提供锌合金的制备方法。锌合金的制备方法包括：提供锌和 包括基于钙的化合物的镁母合金（中间合金）；形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔 融金属；和铸造所述熔融金属。
[0013] 可将所述镁母合金输入至锌熔融金属中且在其中熔融，或与锌一起熔融。在这里， 锌可为纯锌或锌合金。具体而言，形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔融金属可包括： 通过熔融锌而形成锌熔融金属；和添加所述镁母合金到所述锌熔融金属中并且熔融所述镁 母合金。
[0014] 在该方法的其它实施方式中，形成熔融金属可具有：将所述镁母合金和所述锌输 入至熔融炉中；且将所述镁母合金和所述锌一起熔融。所述镁母合金在所述锌合金中可为 0.01-46重量％。这里，所述镁母合金在所述锌合金中可为5-30重量％。所述镁母合金可 通过将基于钙的添加剂添加至纯镁或镁合金而形成。镁合金可包含铝。
[0015] 所述镁母合金可通过如下形成：通过熔融纯镁或镁合金形成熔融金属；和将基于 钙的添加剂添加至纯镁或镁合金熔融金属中。
[0016] 在该方法的其它实施方式中，所述镁母合金可通过如下形成：将纯镁或镁合金和 基于钙的添加剂输入至熔融炉中；且将纯镁或镁合金和基于钙的添加剂一起熔融。这里，为 形成镁母合金而添加的基于钙的添加剂可具有碱土金属氧化物的至少一种。优选地，碱土 金属氧化物可为氧化钙（CaO)。碱土金属氧化物可包括氰氨化钙（CaCN 2)和碳化钙（CaC2) 的至少一种。
[0017] 因此，当在纯镁或镁合金中添加基于钙的添加剂以形成合金时，钙（Ca)被还原并 且与基于钙的添加剂分离。被还原的钙可与纯镁或镁合金中的其它元素（例如，镁和/或 铝）反应，由此在镁母合金中形成基于钙的化合物。
[0018] 因此，基于钙的添加剂是用于在母合金中形成基于钙的化合物的钙源且为在形成 母合金期间添加至纯镁或镁合金熔融金属中的添加元素。然而，基于钙的化合物是通过由 基于钙的添加剂提供的钙与纯镁或镁合金的合金元素反应而新形成的化合物。
[0019] 如上所述，基于钙的添加剂可在镁熔融金属中被还原。通过在还原过程中形成的 钙的反应而形成的基于钙的化合物可具有Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和Mg-Al-Ca化合物 的至少一种。
[0020] 所述Mg-Ca化合物可包括Mg2Ca，所述Al-Ca化合物可包括Al 2Ca和Al4Ca的至少 一种，和所述Mg-Al-Ca化合物可包括（Mg，Al)2Ca。可在相对于纯镁或镁合金的0.0001-30 重量％的范围内添加所述基于钙的添加剂。
[0021] 根据本发明的锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化合物的锌合金的 拉伸强度。根据本发明的锌合金具有的伸长率大于或等于不含所述基于钙的化合物的锌合 金的伸长率。
[0022] 有益效果
[0023] 如上所述，根据本发明，当形成锌合金时，可通过添加经济型镁来最小化通常在锌 合金的形成期间形成的氧化物或夹杂物的产生，所述经济型镁通过将来自碱土金属氧化物 的碱土金属（例如，来自CaO的Ca)合金化形成。因此，锌合金产品的内在洁净性和机械性 质提尚。
【附图说明】
[0024] 图1是说明根据本发明的实施方式在制造锌合金时添加至锌熔融金属的镁母合 金（即，经济型镁）的制备方法的流程图。
[0025] 图2是说明根据本发明的实施方式的锌合金的制备方法的流程图。
[0026] 图3是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0027] 图4是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0028] 图5是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0029] 图6是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0030] 图7是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0031] 图8是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0032] 图9是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0033] 图10是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0034] 图11是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0035] 图12是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0036] 图13是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0037] 图14是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0038] 图15是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0039] 图16是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0040] 图17是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0041] 图18是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0042] 图19是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0043] 图20是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0044] 图21是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0045] 图22是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0046] 图23是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0047] 图24是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0048] 图25是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0049] 图26是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
【具体实施方式】
[0050] 尽管已参照本发明的示例性实施方式具体展示和描述本发明，但本领域普通技术 人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可在其中进行形式和细节方面的各种 变化。本发明的实质技术范围在所附权利要求中示出，且本发明的实质技术范围的等同范 围中的任何差异包括在本发明中。
[0051] 在下文中，现将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的示例性实 施方式。然而，本发明不受后述的实施方式限制，而是以各方面实现。在本说明中的实施方 式将使本发明的公开内容完整，并且向本领域普通技术人员提供本发明的范围。
[0052] 基于镁的母合金（经济塑镁）的制各方法
[0053] 用于本发明中的基于镁的母合金使用称为经济型镁的镁母合金。这里，通过如下 形成经济型镁：将碱土金属氧化物（例如，CaO)施加在镁（纯镁或镁合金）熔融金属的表 面上，和然后搅拌熔融金属的表面以在形成镁合金时产生碱土金属氧化物与熔融金属的表 面反应。
[0054] 图1是说明根据本发明的实施方式的镁母合金的制备方法的流程图。如图1中所 示，根据本发明的镁母合金的制备方法包括：形成基于镁的熔融金属（S1)、添加碱土金属 氧化物（氧化钙，CaO,对于本发明）（S2)、搅拌（S3)、消耗碱土金属氧化物（S4)、进行碱土 金属的反应（S5)、铸造（S6)、和进行固化（S7)。为了解释将消耗碱土金属氧化物（S4)和进 行碱土金属的反应（S5)分开，这些步骤（S4，S5)几乎同时发生。
[0055] 在形成基于镁的熔融金属（S1)中，将镁或镁合金输入到坩埚中并且在保护气体 氛围下将其加热至400-800°C的温度，由此形成基于镁的熔融金属。当温度低于600°C时， 难以形成镁熔融金属。这里，当温度超过800°C时，可引燃基于镁的熔融金属。
[0056] 在添加添加剂（S2)中，将添加剂添加到纯镁的熔融金属或镁合金的熔融金属中。 添加剂优选为粉末形式以增加用于与熔融金属反应的表面积。然而，当添加剂的粒度细，例 如小于0. 1 y m时，添加剂可由于升华的镁或热风而损失，于是可未被输入至炉中。此外，所 述添加剂可附聚以形成团（簇），然后成团的添加剂可不溶于熔融金属中。当添加剂的粒度 大时，反应的表面积可降低。优选的添加剂粉末的粒度在0.1-500 ym的范围内。更优选的 添加剂粉末的粒度等于或小于200 ym。
[0057] 在添加添加剂（S2)中，可在0.001-30重量％、和优选0. 1-15重量％的范围内添 加添加剂。当碱土金属氧化物的量小于0. 001重量％时，可减少由添加碱土金属氧化物引 起的效果，如硬度的增加、氧化的减少、引燃温度的增加和保护气体的量的降低。当添加剂 超过30重量％时，可使镁的原始性质消失。添加的添加剂主要是碱土金属氧化物。所述碱 土金属氧化物可为CaO。此外，所述碱土金属氧化物可为SrO、BeO或MgO及其等同材料的 至少一种。
[0058] 在搅拌（S3)中，搅拌镁熔融金属1-400分钟并且保持。当完成搅拌时，在预定的 时间内使镁熔融金属保持原样。在添加和搅拌的时间内，进行步骤（S4, S5)。当搅拌的时间 少于1分钟时，添加剂不令人满意地与镁熔融金属混合。当搅拌的时间超过400分钟时，镁 熔融金属的搅拌时间不必要地更长。搅拌的时间取决于熔融金属的量和添加的碱土金属氧 化物的量。在搅拌（S3)中，镁熔融金属的搅拌时间可为1秒-60分钟/0. 1重量％的添加 到镁熔融金属中的碱土金属氧化物。
[0059] 优选搅拌在添加氧化物粉末的同时开始。以另外的方式，通过从熔融金属传递热 来将氧化物加热至预定的温度，然后开始搅拌以促进反应。搅拌继续，直至添加的氧化物粉 末在熔融金属的表面处消失。在碱土金属氧化物被反应消耗（耗尽）之后，完成搅拌。在 将添加剂添加至基于镁的熔融金属中和搅拌的过程中，添加剂被还原为钙。通常，添加剂比 镁更为热力学稳定，预期钙在镁熔融金属中不被还原并且不与镁熔融金属分离。然而，根据 本发明的发明人的实验结果，添加剂在镁熔融金属中被还原。
[0060] 从还原产生的钙可与基础材料中的其它元素（例如镁和/或铝）反应，由此形成 基于钙的化合物。因此，添加剂是用于形成在镁母合金中形成的基于钙的化合物的钙源。添 加剂是在形成母合金期间添加至熔融金属中的添加元素。然而，基于钙的化合物是通过由 添加剂提供的钙与在基础材料中的其它元素反应而新形成的。当镁母合金由纯镁制备时， 基于钙的化合物可为Mg-Ca化合物，例如Mg 2Ca。
[0061] 此外，当镁母合金由镁合金（例如，镁-铝合金）形成时，基于钙的化合物包括 Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。例如，所述Mg-Ca化合物可包 括Mg 2Ca，所述Al-Ca化合物可包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种，和所述Mg-Al-Ca化合物可 包括（Mg，Al) 2Ca。
[0062] 通讨碱土金属氣化物的表而檔拌的表而反应
[0063] 在本发明中，提供如下的反应环境是重要的：其中碱土金属氧化物在熔融金属的 表面上（而非在熔融金属内部）反应。因此，不将漂浮在熔融金属的表面上的氧化物强制 地搅拌到熔融金属中是重要的。简单地，使碱土金属氧化物均匀地散布在暴露于空气的熔 融金属的表面上是重要的。
[0064] 与在不搅拌的情况下相比，在搅拌熔融金属的情况下反应进行地更好，而且在外 表面（上层部分的表面）处（而非在熔融金属内部）反应进行地更好。即，熔融金属在其 外表面（上层部分的表面）处与暴露于空气的粉末反应地更好。然而，在真空或环境气体 的状态下结果是不令人满意的。对于充分的反应，通过上层部分的搅拌诱导表面反应是必 要的。
[0065] 对于表面搅拌，在上层部分处进行搅拌，上层部分的深度为从熔融金属的表面起 的熔融金属的总深度的约10%。诱导基本上漂浮的碱土金属氧化物以位于上层部分中，由 此最小化熔融金属的湍流，所述上层部分的深度为熔融金属的实际深度的10%。
[0066] 在消耗碱土金属氧化物（S4)中，通过熔融金属和添加的碱土金属氧化物之间的 反应，碱土金属氧化物被消耗，以至少部分地或基本上不保留在镁合金中。在本发明中，输 入的所有的碱土金属氧化物优选通过充分反应而耗尽。然而，即使一些部分未反应且保留 在合金中，如果这些没有大大地影响物理性质则也是有效的。
[0067] 这里，碱土金属氧化物的消耗涉及从碱土金属氧化物除去氧组分。以氧气（02)的 形式或以通过与在熔融金属中的镁或合金组分的结合的渣滓或泥渣的形式除去氧组分。通 过搅拌熔融金属的上层部分，基本上从熔融金属的顶表面除去氧组分。
[0068] 在实施方式中，对于纯镁和镁合金，对于与氧化钙反应的反应方程如下。
[0 069] 反应方稈1
[0070] 纯Mg+Ca〇->Mg(基体）+Mg2Ca. ?.
[0071 ] ? ? ?[产生02+产生MgO渣滓]
[0072] 反应方稈2
[0073] Mg合金 +Ca〇->Mg合金（基体）+ (Mg2Ca+Al2Ca+ (Mg，A1，其它合金元素）2Ca)
[0074] ? ? ?[产生02+产生MgO渣滓]
[0075] 在进行碱土金属的反应（S5)中，通过碱土金属氧化物的消耗产生的碱土金属与 熔融金属反应，以至少部分地或基本上不保留在镁合金中。这里，这意味着通过消耗产生的 碱土金属与镁合金中的镁和铝以及在熔融金属中的其它合金元素（组分）的至少一种化 合，并且因此基本上不让其保留。这里，化合物指通过金属之间的结合（键合）获得的金属 间化合物。
[0076] 因此，通过经由与熔融金属（例如镁合金）的反应除去氧化合物，来部分地或基本 上消耗添加的碱土金属氧化物，并且其中氧化合物被除去的碱土金属与镁合金中的镁和铝 以及在熔融金属中的其它合金元素（组分）的至少一种生成化合物，使得碱土金属部分地 或基本上不保留在镁合金中。
[0077]当完成熔融金属的搅拌（S3)时，将基于镁的熔融金属输入模具中以铸造它（S4)， 将模具冷却下来，并且随后从模具中取出固化的母合金（S7)。这里，在铸造（S6)中，可预热 模具。此外，在冷却（S6)中，可将模具冷却至室温，然后可从模具中取出母合金。然而，在 达到室温之前，在完成母合金的固化时可从模具中取出母合金。
[0078] 经济塑锌合金的制各方法
[0079] 在下文中，将描述根据本发明的实施方式的使用经济型镁合金的经济型锌合金的 制备方法。这里，"经济型锌合金"指通过使用经济型镁母合金形成的锌合金。即，经济型锌 合金通过使用经济型镁母合金形成。
[0080] 锌合金的制备方法包括：提供锌和具有基于钙的化合物的镁母合金（基于经济型 镁的母合金），形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属，和铸造所述熔融金属。
[0081] 这里，为了形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属，首先熔融锌以形成锌熔融金 属，然后将具有基于钙的化合物的镁母合金（基于经济型镁的母合金）输入到锌熔融金属 中以熔融。
[0082] 在该方法的其它实施方式中，将锌和镁母合金一同输入到熔融装置（如坩埚）中， 然后一起加热和恪融。
[0083] 图2是说明根据本发明的实施方式的锌合金的制备方法的流程图。在锌合金的制 备方法中，首先形成锌熔融金属，然后将通过上述方法形成的镁母合金添加到锌熔融金属 中并且将其熔融。如图2中所示，锌合金的制备方法包括：形成锌熔融金属（S11)、添加镁 母合金（S12)、搅拌和保持（S13)、铸造（S14)和冷却（S15)。
[0084] 首先，在形成锌熔融金属（S11)中，将锌输入到坩埚中并且将其熔融以形成锌熔 融金属。在形成锌熔融金属（S11)中的锌是选自纯锌、锌合金及其等同材料的任一种。
[0085] 接着，在添加镁母合金（S12)中，将通过上述方法形成的镁母合金添加到锌熔融 金属中。在添加镁母合金（S12)中使用的镁母合金（S12)在锌合金中为0.01-46重量％。 当镁母合金的量小于〇. 01重量％时，由添加镁母合金引起的效果（硬度、耐腐蚀性、可焊 性）是不显著的。此外，镁母合金的量超过46重量％，可使锌合金的原始性质消失。优选 地，镁母合金在锌合金中可为5-30重量％。
[0086] 镁母合金可作为块添加，但本发明不限于此。镁母合金可具有粉末、粒料等形式。 此外，不限制镁母合金的尺寸。
[0087] 当添加镁母合金时，也将包括在镁母合金中的基于钙的化合物提供到锌熔融金属 中。如上所述，提供到锌熔融金属中的基于钙的化合物可包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物 和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。
[0088] 这里，可另外地提供少量的保护气体，以防止镁母合金的氧化。保护气体可包括常 规气体如3? 6、502、〇)2、册(：-134&、此^^ 111612，惰性气体及其等同材料、或其混合气体。保护 气体的添加可防止镁母合金的氧化。
[0089] 然而，保护气体在本发明中不是必要的，且可不提供。即，在本发明的实施方式 中，与添加不含基于钙的化合物的镁的常规情况相比，在镁母合金具有基于钙的化合物时， 镁母合金由于增加的耐氧化性而具有较大的抗引燃性，由此减少熔融金属中杂质（如氧化 物）的产生。因此，根据本发明的制备方法，即使在不采用保护气体的情况下，锌熔融金属 的洁净性也显著改善，由此改善熔融金属的品质。
[0090] 接着，在搅拌和保持（S13)中，搅拌锌熔融金属1-400分钟并且保持。当搅拌和保 持的时间少于1分钟时，镁母合金不令人满意地与锌熔融金属混合。当搅拌和保持的时间 超过400分钟时，锌熔融金属的搅拌和保持的时间不必要地更长。接着，当完成锌熔融金属 的搅拌和保持（S13)时，将锌熔融金属输入到模具中以铸造它（S14)，将模具冷却下来，并 且随后从模具中取出固化的锌合金（S7)。
[0091] 如上所述，将镁母合金用于添加到锌合金中。如上所述，镁母合金具有通过在形成 镁母合金期间来自基于钙的添加剂的钙与镁和/或铝之间的反应形成的基于钙的化合物。 基于钙的化合物是金属间化合物且具有比锌的熔点（419. 5°C )更高的熔点。例如，Al2Ca和 Al4Ca(Al-Ca化合物）的熔点分别为1079°C和700°C，且高于铝的熔点。
[0092] 因此，当将具有基于钙的化合物的母合金添加到锌熔融金属中时，基于钙的化合 物不能在熔融金属中熔融且保持原样。当铸造熔融金属以形成锌合金时，锌合金可包括基 于钙的化合物。
[0093] 经济塑锌合金的氣化和引燃的防|h以及机械件质
[0094] 如上所述，当添加具有基于钙的化合物的镁母合金时，改善锌熔融金属的洁净性 并且也显著改善铸造的锌合金的机械性质。即，在所铸造的锌合金中不存在使机械性质劣 化的杂质如氧化物或夹杂物，且在铸造的锌合金内的气泡的形成显著减少。由于铸造的锌 合金的内部具有比常规的锌合金的内部更洁净的结构，所以根据本发明的锌合金具有更好 的机械性质，如更大的屈服强度、更大的拉伸强度和改善的伸长率。
[0095] 因此，即使当形成具有相同量的镁的锌合金时，本发明提供更好的熔融金属的洁 净性和更好的铸造的锌合金的性质。
[0096] 此外，由于在锌中添加的镁的损失在熔融金属中减少，即使当镁的量与常规情况 相比较少地添加时，在锌合金中镁的实际量基本上相同，由此提供形成锌合金的经济优势。
[0097] 此外，当根据本发明将镁母合金添加至锌熔融金属时，与常规情况相比，镁在锌熔 融金属中的不稳定性显著降低，于是可增加添加的镁的量。
[0098] 常规地，镁是高度氧化的，并且因此通过镁氧化形成的氧化物和夹杂物可引入熔 融金属中，由此劣化锌合金的品质。这个问题随着镁的量增加而变得更恶劣。因此，即使通 过使用保护气体也不能增加在锌熔融金属中添加的镁的量。
[0099] 然而，根据本发明，由于镁母合金可稳定地添加到锌熔融金属中，所以与常规情况 相比，可容易地增加镁在锌合金中的量，并且甚至在镁的量的增加中也可提供可铸性。因 此，通过添加根据本发明的镁母合金到锌合金中，防止混合氧化物或夹杂物，由此改善可铸 性、强度和伸长率。
[0100] 经济塑锌合金的机械件质
[0101] 在下文中，将详述通过本发明的锌合金的制备方法形成的锌合金的性质。
[0102] 根据本发明的制备方法的锌合金包括锌基础物和存在于锌基础物中的基于钙的 化合物。在锌基础物中，可溶解镁。
[0103] 如上所述，由添加至镁母合金中的基于钙的添加剂还原的钙大部分作为基于钙的 化合物存在，并且部分地溶解于镁基础物中。当将镁母合金添加到锌熔融金属中时，溶解于 镁母合金中的钙被稀释，于是溶解于实际的锌合金的基础物中的钙的量少于溶解极限。
[0104] 根据本发明的锌合金由于在镁母合金中形成的基于钙的化合物而具有改善的机 械性质。当将镁母合金添加到锌熔融金属中时，包括在镁母合金中的基于钙的化合物被一 同添加在熔融金属中。基于钙的化合物是通过钙与其它金属元素之间的反应形成的金属间 化合物且具有高于锌的熔点的熔点。
[0105] 因此，当将具有基于钙的化合物的母合金添加到锌熔融金属中时，基于钙的化合 物在熔融金属中不熔融并且保持原样。当铸造熔融金属以形成锌合金时，基于钙的化合物 可存在于锌合金中。
[0106] 基于钙的化合物可作为细颗粒分布于锌合金中。这里，基于钙的化合物是金属间 化合物，具有比基础材料的锌更大的强度。由于高强度物质的分 布，可增加锌合金的强度。
[0107] 在基于钙的化合物的从液相向固相的相转变期间，可提供成核的位点。即，当锌合 金固化时，从液相向固相的相转变作为成核和生长的形式发生。这里，基于钙的化合物自身 作为异相成核位点起作用，且向固相的相转变的成核优先在基于钙的化合物和液相的界面 处发生。通过成核形成的固相在基于钙的化合物的周围产生并且生长。
[0108] 当多个基于钙的化合物分布时，在基于钙的化合物的界面处生长的固相彼此相遇 以形成边界。这些边界变成晶界或相界。因此，当基于钙的化合物作为成核位点起作用时， 基于钙的化合物存在于晶粒或相畴中，由此与不存在基于钙的化合物的情况相比减小晶粒 或相畴的尺寸。
[0109] 基于钙的化合物可分布在晶粒之间的晶界中或相畴之间的相界中。与晶粒或相畴 的内部相比，这些边界具有开放的结构，且具有相对较高的能态，由此提供基于钙的化合物 的成核和生长的位点。
[0110] 当基于钙的化合物分布在锌合金的晶界或相界中时，基于钙的化合物作为对于晶 界或相界的移动的障碍物起作用，由此减小晶粒或相界的平均尺寸。
[0111] 因此，与不含基于钙的化合物的锌合金相比，本发明的锌合金具有较小的平均晶 粒或相畴。
[0112] 由于基于钙的化合物造成的晶粒或相畴的尺寸的减小改善铝合金的强度和伸长 率。
[0113] 即，如上所述，当使用根据本发明的锌合金的制备方法的通过添加添加剂而形成 的镁母合金时，可稳定地增加在锌熔融金属中添加的镁的量，由此增加溶解在锌基础物中 的镁的溶解量。
[0114] 镁的溶解量的增加可由于固溶强化和热处理而提供高的锌合金强度，和提供与常 规合金相比更好的可铸性和机械性质。
[0115] 实骀实施例
[0116] 在下文中，将提供实验实施例以理解本发明。然而，提供以下实验实施例仅为了理 解本发明，但以下实验实施例不限制本发明。
[0117] 图3-6是通过添加常规的镁母合金形成的锌熔融金属的状态的结果，和图7-10是 通过添加经济型镁母合金形成的锌熔融金属的状态的结果。
[0118] 图3是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0119] 在本说明书中，使用常规的镁母合金的锌合金指"常规锌合金"。即，常规锌合金通 过使用常规的镁母合金形成。这里，常规的镁母合金指通过使用常规的镁而不是通过使用 经济型镁形成的镁合金。对于常规锌合金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的 表面上发现快速的氧化和引燃。为了避免这样，在熔融金属的表面上添加保护气体如SF6。
[0120] 在合金的形成期间，用于确认锌合金的氧化和引燃的产生的锌合金的组成为Zn-5 重量 ％ Mg (图 3)、Zn-10 重量 ％ Mg-10 重量 ％ A1 (图 4)、Zn-30 重量 ％ % Mg-20 重量 ％ A1 (图 5)和 Zn-45 重量 ％ Mg-5 重量 ％ A1 (图 6)。
[0121] 图4是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0122] 图5是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0123] 图6是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0124] 图7是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0125] 通过使用经济型镁母合金形成的锌合金指"经济型锌合金"。即，经济型锌合金通 过使用经济型镁母合金形成。这里，经济型镁指通过如下形成的镁合金：添加CaO到镁（合 金）的熔融金属中和当形成镁合金时搅拌其表面以产生表面反应。经济型锌合金的最终组 成为 Zn-5 重量 ％ Mg (图 7)、Zn-10 重量 ％ Mg-10 重量 ％ A1 (图 8)、Zn-30 重量 ％ Mg-20 重 量％ A1 (图9)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图10)。对于经济型锌合金的情况，即使在 不使用保护气体时，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上也不发生氧化或 引燃。
[0126] 与图3、4、5和6的常规锌合金相反，所有的Zn-5重量％ Mg、Zn-10重量％ Mg-10 重量％ Al、Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的经济型锌合金 具有在经济型镁母合金中的1. 5重量％ Ca。对于经济型镁的情况，通过由于使用CaO的经 由表面搅拌的表面反应而还原CaO, Mg或Mg合金包括Ca。添加到四种经济型锌合金中的 经济型镁母合金包括1. 5重量％ Ca。这里，1. 5重量％ Ca是在形成母合金中的Ca含量的 比例，并且因此在最终经济型锌合金中的Ca含量变得小得多，因为在最终经济型锌合金中 的Ca含量取决于经济型镁母合金的量。
[0127] 图8是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0128] 图9是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0129] 图10是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时熔融金属的表面的照片。
[0130] 参照图3-6和图7-10,经济型锌合金的熔融金属的状态是令人满意的，而常规锌 合金的熔融金属的表面显示黑色且渣滓的量增加。
[0131] 表1显示在通过如下形成合金中产生的渣滓重量：将具有多种组成的常规镁母合 金和经济型镁母合金添加到锌熔融金属中。
[0132] [表 1]
[0133]
[0134] '测量和比较在形成常规锌合金（图
11-图14)和经济型锌合金（图15-图' 18)期 间的渣滓的量。参照表1，与通过添加常规的镁母合金形成的常规锌合金相比，漂浮在通过 添加经济型镁母合金形成的经济型锌合金的熔融金属的表面上的杂质的量（渣滓的量）小 得多。
[0135] 即，与在经济型锌合金中渣滓的量相比，在常规锌合金中渣滓的量大得多。其可发 现于所有的合金，例如Zn-5重量％ Mg的合金（图11关于常规锌合金和图15关于经济型 锌合金）、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1的合金（图12关于常规锌合金和图16关于经济 型锌合金）、Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1的合金（图13关于常规锌合金和图17关于经 济型锌合金）和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1的合金（图14关于常规锌合金和图18关于 经济型锌合金）。
[0136] 因此，与常规的镁母合金的使用相比，当通过本发明形成锌合金时，镁的损失显著 降低。此外，与常规的镁母合金的使用相比，当添加经济型镁母合金时，改善熔融金属的流 动性和锌合金的硬度。
[0137] 图11是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0138] 图11显示在常规锌合金的形成期间在熔融金属的表面上形成的渣滓的形状。常 规锌合金的最终组成为Zn-5重量％ Mg(图11)、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1 (图12)、 Zn-30重量％ Mg-20重量％ A1 (图13)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图14)。对于常规 锌合金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上快速地发生氧化和引燃，并 且因此使用保护气体如SF 6以防止熔融金属的氧化和引燃。
[0139] 图12是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0140] 图13是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0141] 图14是说明当通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0142] 图15是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。[0143] 显示在经济型锌合金的形成期间在熔融金属的表面上形成的渣滓的形状。经济型 锌合金的最终组成为Zn-5重量％ Mg(图15)、Zn-10重量％ Mg-10重量％ A1 (图16)、Zn-30 重量％ Mg-20重量％ A1 (图17)和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1 (图18)。对于经济型锌合 金，在铸造过程之后在固化过程期间在熔融金属的表面上不发生氧化和引燃，并且因此与 常规锌合金相比渣滓的量较少。
[0144] 图16是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0145] 图17是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0146] 图18是说明当通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％ Mg-5重量％ A1的最终组成的锌合金时渣滓的形状的照片。
[0147] 图19-26显示比较锌熔融金属与常规镁母合金的铸造产品的表面和锌熔融金属 与经济型镁母合金的铸造产品的表面的结果。
[0148] 图19是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0149] 在常规锌合金（Zn-5重量％Mg、Zn-10重量％Mg-10重量％Al、Zn-30重量％Mg-20 重量％ A1和Zn_45重量％ Mg_5重量％ A1)中，由于添加的儀，在铸造过程之后在固化过程 期间在铸造产品的表面上快速形成氧化物。
[0150] 图20是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0151] 图21是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0152] 图22是说明在通过添加常规的镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0153] 图23是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-5重量％ Mg的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引燃状态的照片。
[0154] 在经济型锌合金（从左起为Zn-5重量％Mg、Zn-10重量％Mg-10重量％Al、Zn-30 重量％ Mg-20重量％ A1和Zn-45重量％ Mg-5重量％ A1)中，在铸造过程之后在固化过程 期间在铸造产品的表面上不形成氧化物。
[0155] 图24是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-10重 量％ Mg-10重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0156] 图25是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-30重 量％ Mg-20重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和 引燃状态的照片。
[0157] 图26是说明在通过添加经济型镁母合金至锌熔融金属中而形成具有Zn-45重 量％^- 5重量％ A1的最终组成的锌合金之后在固化过程期间铸造产品的表面的氧化和引 燃状态的照片。
[0158] 参照图19-26,与其中添加常规的镁母合金的锌合金的铸造产品相比，其中添加经 济型镁母合金的锌合金的铸造产品具有洁净的表面。这意味着通过添加到经济型镁母合金 中的氧化钙（CaO)而使可铸性改善。即，其中添加常规的镁母合金的锌合金由于在铸造期 间的镁的氧化而显示出在其表面上的引燃现象，而其中添加具有添加剂（氧化钙，CaO)的 经济型镁母合金的锌合金由于引燃现象的限制而显示出洁净的表面。
[0159] 因此，与添加常规的镁母合金的情况相比，当添加经济型镁母合金时，显著改善熔 融金属的品质，由此改善可铸性。
[0160] 尽管已参照本发明的优选实施方式具体展示和描述本发明，但本领域技术人员将 理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在其中进行形式 和细节方面的各种变化。因此，本发明的范围不由本发明的详述限定，而是由所附权利要求 限定，且在所述范围内的所有差异应解释为包括在本发明中。
【主权项】
1. 锌合金的制备方法，所述方法包括： 提供锌和包括基于钙的化合物的镁母合金； 形成其中所述镁母合金和所述锌熔融的熔融金属；和 铸造所述熔融金属。2. 权利要求1的方法，其中形成熔融金属包括： 通过熔融所述锌而形成锌熔融金属；和 添加所述镁母合金到所述锌熔融金属中并且熔融所述镁母合金。3. 权利要求1的方法，其中形成熔融金属包括： 将所述镁母合金和所述锌输入至熔融炉中；和 将所述镁母合金和所述锌一起熔融。4. 权利要求1的方法，其中所述镁母合金在所述锌合金中为0. 01-46重量％。5. 权利要求4的方法，其中所述镁母合金在所述锌合金中为5-30重量％。6. 权利要求1的方法，其中所述镁母合金通过将基于钙的添加剂添加至纯镁或镁合金 而形成。7. 权利要求6的方法，其中所述镁合金包含铝。8. 权利要求6的方法，其中所述镁母合金通过包括如下的方法形成： 通过熔融所述纯镁或所述镁合金形成熔融金属；和 将所述基于钙的添加剂添加至所述熔融金属。9. 权利要求6的方法，其中所述镁母合金通过包括如下的方法形成： 将所述纯镁或所述镁合金和所述基于钙的添加剂输入至熔融炉中；和 将所述纯镁或所述镁合金和所述基于钙的添加剂一起熔融。10. 权利要求7的方法，其中所述基于钙的添加剂包括碱土金属氧化物的至少一种。11. 权利要求10的方法，其中所述碱土金属氧化物为氧化钙。12. 权利要求10的方法，其中基于钙的化合物通过由所述基于钙的添加剂提供的钙与 所述纯镁或所述镁合金中的元素反应而形成。13. 权利要求12的方法，其中所述基于钙的化合物包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物和 Mg-Al-Ca化合物的至少一种。14. 权利要求13的方法，其中所述Mg-Ca化合物包括Mg2Ca。15. 权利要求13的方法，其中所述Al-Ca化合物包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种。16. 权利要求13的方法，其中所述Mg-Al-Ca化合物包括（Mg,Al) 2Ca。17. 权利要求6的方法，其中在相对于所述纯镁或所述镁合金的0. 0001-30重量％的范 围内添加所述基于钙的添加剂。18. 权利要求1的方法，其中所述锌为纯锌或锌合金。19. 通过权利要求1-18的任一项的方法形成的锌合金。20. 锌合金，包括： 锌基础物；和 在所述锌基础物中的基于钙的化合物， 其中镁溶解在所述锌基础物中。21. 权利要求20的锌合金，其中所述基于钙的化合物包括Mg-Ca化合物、Al-Ca化合物 和Mg-Al-Ca化合物的至少一种。22. 权利要求20的锌合金，其中所述Mg-Ca化合物包括Mg2Ca。23. 权利要求20的锌合金，其中所述Al-Ca化合物包括Al2Ca和Al4Ca的至少一种。24. 权利要求21的锌合金，其中所述Mg-Al-Ca化合物包括（Mg,Al) 2Ca。25. 权利要求20的锌合金，其中所述锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的拉伸强度。26. 权利要求20的锌合金，其中所述锌合金具有的拉伸强度大于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的拉伸强度，其中所述锌合金具有的伸长率大于或等于不含所述基于钙的化 合物的锌合金的伸长率。27. 权利要求20的锌合金，其中所述基于钙的化合物通过碱土金属氧化物形成。
【专利摘要】本发明提供具有改善的合金特性如流动性、可铸性、机械性质、耐腐蚀性和伸长率的锌合金及其制备方法。根据本发明的一方面，用于制备锌合金的方法包括如下步骤：提供锌和包括基于钙的化合物的镁母合金；和形成其中镁母合金和锌熔融的熔融金属；和铸造所述熔融金属。根据本发明的另一方面，锌合金包括锌基础物和存在于锌基础物中的基于钙的化合物，其中将镁施加于锌基础物。
【IPC分类】C22C18/00, C22C1/03, B22D21/02
【公开号】CN104903480
【申请号】CN201380069966
【发明人】金世侊
【申请人】韩国生产技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月19日
【公告号】US20150361528, WO2014077653A1
最新回复(0)