CN102825556B - 锌基合金丸粒 - Google Patents

Abstract

本发明以提供一种锌基合金丸粒为目的，该锌基合金丸粒使用于通过喷丸处理将铝压铸制品、镁压铸制品去飞边、研扫的表面处理中，是单位成本率优异的、不降低锌基合金耐腐蚀性的、与被处理制品的表面硬度相应的锌基合金丸粒。该锌基合金丸粒的特征在于，是含有Cu：1.800～6.000质量％、Fe：0.0010～0.5000质量％作为添加元素，余量由锌和不可避免的杂质构成的三成分体系锌基合金丸粒，并且，维氏硬度为80～110HV。其特征在于添加元素Cu的纯度为99.9质量％以上。锌基合金丸粒用于铝合金压铸或镁合金压铸的喷丸处理。

Description

锌基合金丸粒

技术领域

本发明涉及以非铁金属部件的去飞边、研扫，铸造物的落砂等为目的的喷丸处理用的丸粒(シヨツト)。

更详细而言，本发明涉及在铝基合金或镁基合金等轻合金制压铸的、铸件的制品的飞边和氧化皮的清除，金属制品的涂料、脱模剂的粘砂的除去，或在氧化膜、波纹的除去中使用的投射加工、喷砂加工中所用的锌基合金丸粒。

背景技术

以往，为了进行以在汽车部件等中使用的压铸制品的去飞边、研扫等为目的的表面处理，常用将被称为丸粒的小球以高速向制品投射的喷丸处理。

作为该喷丸处理所用的丸粒的材料，通常使用铝基合金、不锈钢、锌基合金等。

锌基合金丸粒与铝基合金丸粒、不锈钢丸粒相比，起因于丸粒破碎的粉尘的爆炸灵敏度低。因此，出于安全性方面考虑，近年来，作为非铁金属制的压铸制品的喷丸处理用丸粒被广泛使用(例如，专利文献1、2)。

【专利文献】

【专利文献1】特开平9-70758号公报

【专利文献2】特开2002-224962号公报

然而，专利文献1所记载的丸粒由于硬度为50HV～60HV，所以存在去飞边或研扫的生产率低这样的问题。另外，Cu的含量超过2.00重量％时，固溶体的绝对数变得过多，与锌相比韧性显著受损而变脆，变得容易进行丸粒自身的破裂、破碎，而无法作为丸粒使用(专利文献1的0009段)。

另一方面，专利文献2所记载的丸粒的硬度大于60HV且小于等于150HV。在此，若是太柔软的丸粒则去飞边或研扫的生产率低。另一方面太硬的丸粒有寿命短、对被处理制品带来损伤等的问题。即，锌基合金丸粒中，维氏硬度低于60HV时，去飞边能力和研扫能力不充分，超过150HV时，在去飞边时、研扫时，容易发生锌基合金丸粒的破裂、损耗，丸粒的消耗量增大。

但是，专利文献2所记载的丸粒的锌中的Cu含量为1.8～13.0％。然而，Cu的价格比Zn高，所以如果Cu的含量过多则存在丸粒的价格变高这样的问题。

另外，利用以往的锌基合金丸粒时，有在投射后的被处理制品的表面产生发黑这样的问题。因此，专利文献2所记载的丸粒中，通过向锌基合金丸粒中添加Cu而使发黑减少，但希望即使减少Cu时也不使其性质下降。

发明内容

本发明是鉴于这些问题而进行的。本发明以提供一种锌基合金丸粒为目的，该锌基合金丸粒用于通过喷丸处理将铝压铸制品、镁压铸制品去飞边、研扫的表面处理中，是单位成本率优异的、不使锌基合金的耐腐蚀性降低的、与被处理制品的表面硬度相适应的锌基合金丸粒。

本发明人等为了解决这些锌基合金丸粒的课题而反复进行了深入研究，结果发现在锌基合金中通过与主添加元素Cu一起将Fe作为副添加元素以微量进行调整、添加，从而调节为特定的合金组成时，能够制造维氏硬度具有80～110HV且被处理制品不产生发黑的锌基合金丸粒，进而完成了本发明。

即，在上述专利文献1、2中，有关Cu与Fe的关系的研究并不充分。通过深入研究该关系而完成了本发明。在锌-铜-铁三成分体系的本发明的锌基合金中，发现Fe通过非常微量的添加含有，在与Cu协同下而具有使硬度增大的作用的同时，还具有抑制腐蚀、减少变色的作用。如果Fe的含有率过低则难以获得这些作用。然而，如果Fe的含有率高，则与Cu的含有率高的情况相同，显示出虽然机械强度、维氏硬度提高，但韧性、耐冲击性下降的倾向，以此为基础完成了本发明。

本发明的锌基合金丸粒的特征在于，是含有Cu：1.800～6.000质量％、Fe：0.0010～0.5000质量％作为添加元素，余量由锌和不可避免的杂质构成的三成分体系锌基合金丸粒，并且，维氏硬度为80～110HV。其中，丸粒的硬度(以下只要没有特别说明，就将“维氏硬度”简称为硬度)是指未使用时的硬度。并且，本发明中，表示合金组成的“％”只要没有特别说明，就是指“质量％”。

根据本发明，能够提供硬度最适且抑制了能够成为被处理制品产生发黑的原因的锌基合金的腐蚀物的发生的、与被处理制品的表面硬度相适应的锌基合金丸粒。由此，对作为被处理制品的铝压铸制品、镁压铸制品，即使在以通过喷丸处理进行去飞边、研扫为目的的表面处理中使用也不产生被处理制品的发黑，此外单位成本率也良好。

即，根据本发明，能提供对维氏硬度为90HV～110HV的铝压铸制品、维氏硬度为85HV～105HV的镁压铸制品的研扫、去飞边优异的丸粒。

应予说明，本发明的锌基合金丸粒未含成为PRTR制度的对象的Ni、Mn等，从环境保护及作业安全性的观点出发也优选。

进而，本发明的锌基合金丸粒在调制相同硬度的丸粒时，能使Cu含有率相对降低。

附图说明

图1是表示本发明的合金组成范围的三成分体系状态图。

图2是表示本发明的锌基合金丸粒制造方法的一例的流程图。

图3是说明本发明的锌基合金丸粒制造装置的图。

图4是表示本发明的锌基合金丸粒和维氏硬度的关系的图表。

图5是表示本发明的锌基合金丸粒的腐蚀率的图表。

符号说明

1...熔液保持容器

1a..喷嘴

2...冷却介质

3...冷却槽

4...粒状体

5...坩锅

6...电阻加热装置(加热手段)

L...熔液

具体实施方式

下面，对本发明的锌基合金丸粒进行详细的说明。图1中概略地表示锌基合金丸粒的三成分体系合金的组成状态图中的本发明的组成范围(涂黑部)。本发明的锌基合金丸粒出于最优化调整硬度的目的，将Fe作为副添加元素与主添加元素Cu一起进行调整管理而含有。

本发明的锌基合金丸粒的化学成分组成从丸粒的硬度(或研扫能力)与造粒性、耐脆性、耐腐蚀性的平衡出发，进行适宜选定。

锌-铜-铁的三成分体系的本发明锌基合金中，Cu具有使锌基合金的机械强度、硬度增大的作用，如果Cu的含有率过低时难以获得这些作用。但是如果Cu含有率高则显示出虽然机械强度、硬度提高但韧性(耐冲击性)下降的倾向。

进而，在锌-铜-铁三成分体系的本发明锌基合金中，通过添加Fe而调节合金组成时，与在锌-铜二元合金中混入了其他元素的情况相同，有时无法分散流下而不能制成粒状体。所以，下面对Fe的影响进行详述。

本实施方式的锌基合金丸粒的制造方法具有如下工序：熔化锌、铜和铁的熔化工序，使熔化了的金属熔液向水等冷却介质中滴落而造粒的造粒工序，使造粒物在冷却介质中凝固、堆积而回收的回收工序，使回收物进行干燥的干燥工序，将含有经干燥工序的丸粒的粒状体进行分级的分级工序(参照图2)。并且，由于通过将调整了组成的熔化了的金属熔液向冷却介质中滴落而使上述金属熔液急剧冷却，所以与一般的铸造材料相比成为微细且均匀的组织。

(1)造粒性

锌-铜二元合金中，由于Fe加入而使用于熔液滴落的喷嘴发生孔堵塞，因此Fe成为制造上的阻碍元素。例如，超过0.02％时孔堵塞开始发生，超过0.05％左右时孔堵塞的频率增加。孔堵塞在制造上使生产率降低。

图3表示本发明的锌基合金丸粒的制造装置。图3中，制造装置使用在底部设有熔液滴落用喷嘴1a的熔液保持容器1。另外，在喷嘴1a的下部设有投入水等冷却介质2的冷却槽3。另外，该冷却槽3上附设有未图示的作为冷却机构的冷却塔。然后，熔液保持容器1中的熔液L从滴落用喷嘴1a滴落，从而在从滴落用喷嘴1a到冷却介质2为止的非氧化性环境(例如，与氮气接触)下，进而伴随着由与冷却介质2的接触产生的冷却，受表面张力的影响而形成球状。由此，制造锌基合金的粒状体4。

为了减少滴落用喷嘴1a的孔堵塞，制造适当粒度的丸粒，优选将熔化了的金属熔液由直径0.1mm～1.0mm的喷嘴向水等冷却介质中滴落。这是由于直径小于0.1mm时变得容易孔堵塞，大于直径1.0mm时粒状体4的直径变得过大，无法获得适当粒度的锌基合金丸粒。

(2)耐脆性

另外，Fe在使锌基合金的硬度提高的另一面，仅稍微添加也使锌基合金变脆。锌基合金中，Fe的添加量大于0.006％时耐脆性开始劣化。另外，Fe的极限添加量为0.5％左右。

(3)耐腐蚀性

进而，在锌-铜二元合金中，将Fe添加至0.02～0.7％的合金具有强耐腐蚀性。

(4)粒径

本发明的锌基合金丸粒的平均粒径(中值粒径)优选为0.1～3.0mm 的范围。平均粒径虽然因被处理制品的强度和处理目的不同而异，但过小时难以获得充分的去飞边能力和研扫能力。反之，平均粒径过大时，表面处理(去飞边、研扫)中对被处理制品带来损伤，或超出必要地被加工成梨皮状而无法维持规定的表面粗糙度。

(5)与被处理制品的硬度的关系

下面对本发明的锌基合金丸粒与被处理制品的维氏硬度的关系进行说明。本发明的锌基合金丸粒的维氏硬度为80～110HV，所以能对铝合金或镁合金(维氏硬度85～110)的制品的表面，顺畅且不伤该表面地进行处理。相对于此，使用维氏硬度超过110HV的锌基合金丸粒时，有时给表面带来损伤，或超出必要地被加工成梨皮状而无法维持规定的表面粗糙度。

(6)不可避免的杂质

将上述锌基合金的粒状体4分级成规定大小而获得锌基合金丸粒。本发明的锌基合金丸粒中，其所含的Zn、Cu、Fe以外的不可避免的杂质的总含量尽可能地越少越好。不可避免的杂质的含有率高时，韧性容易变低，易出现裂纹。另外，关系到锌基合金丸粒的寿命的下降。应予说明，当Zn、Cu等的原料(下面有时也称为“金属坯”)中作为杂质含有Fe时，可利用该Fe作为本发明的副添加元素的全部或一部分。

具体而言，锌基合金丸粒所含的上述三成分以外的不可避免的杂质或非必需元素优选为至少含有Pb、Cd、Sn、Si、Ti、As、Sb、Bi、S、Mn、Al、Mg、Be中的1种以上，这些不可避免的杂质的总含量为0.0100～0.0300质量％，更优选为0.0100～0.0200质量％。

(7)原料

作为基础元素Zn的原料，例如可举出JISH2107的普通锌金属坯(99.97％以上)、最纯锌金属坯(99.995％以上)、特种锌金属坯(99.99％以上)等。顺便说明，锌金属坯的Fe含有率一般为0.005％以下。

作为Cu的原料，例如可举出JISH2121的电解铜金属坯(99.96％以上)等。

另外，作为Fe的原料，例如可适宜使用在JIS G 0203中规定的各 种钢锭、钢片、钢材。

(8)组成

另外，本发明中，为了得到维氏硬度：约80～110HV，如上所述，使用与Cu含有率：1.800～6.000％相同的Cu。然而，优选的是作为添加元素含有Cu：2.200～4.500质量％、Fe：0.0030～0.0450质量％的三成分体系锌基合金丸粒，且维氏硬度为80～100HV为好。

更优选的是Cu：2.200～3.000质量％且维氏硬度为85～97HV为好。由此，为获得相同硬度的丸粒，能大幅降低Cu的含有率且能抑制丸粒的韧性下降。认为这是由于丸粒的硬度因含有Fe和Cu而显著增大的缘故。

本发明的锌基合金丸粒因Fe的添加而抑制了丸粒的腐蚀，所以与被处理制品撞击时腐蚀物未被转印到被处理制品的表面。因此，在应用于由铝合金或镁合金形成的被处理制品的表面处理中时，还可以期待抑制被处理制品产生发黑，效果变得显著。

在喷丸处理中使用时，锌基合金丸粒受到非常大的外力，所以通过制成微细且均匀的组织而能提高耐冲击性、拉伸强度等的机械性质，可作为锌基合金丸粒很好地应用。下面，对使用上述制造方法进行制造的情况进行具体说明(参照图2)。

首先，量取基础元素(Zn)和添加元素(Cu及Fe)的坯料等的原料，以成为设定合金组成比的方式投入坩锅5。接着，将坩锅5电阻加热或用燃烧气体进行加热，从而熔化所投入的坯料混合物，得到熔液L。此时的熔化加热温度因合金组成、生产规模而不同，通常适宜设定在550～700℃的范围。其中，各元素的熔点如下所述。

Zn：419.6℃、Cu：1083.4℃、Fe：1535℃

接着，将熔液L投入熔液保持容器1。熔液保持容器1上具备作为加热机构的电阻加热装置6，在锌基合金丸粒的制造时，能够以不被超出必要地冷却的方式保持熔液L。此时的熔液保持温度因合金组成、生产规模而不同，通常适宜设定在450～650℃的范围。

在熔液保持容器1的底部设有熔液滴落用喷嘴1a。在该喷嘴1a的 下部配置有冷却槽3，该冷却槽3中投入有水等冷却介质2。上述冷却槽3上附设有作为用于使冷却介质冷却的机构的冷却塔(未图示)。其中，冷却介质2可以是油等。熔液保持容器中的熔液通过从喷嘴1a滴落，与在从喷嘴1a到冷却介质2为止的非氧化性环境下的氮气进行接触，进而伴随着由与冷却介质2接触所致的冷却，受表面张力的影响而形成球状。

并且，冷却介质2与滴落的熔液L接触而温度上升，成为妨碍所滴落的熔液L的迅速冷却的原因，所以通过上述冷却塔将冷却介质2保持在设定温度。该设定冷却温度例如在冷却介质2为水时，通常为60℃以下。超过60℃时则与所滴落的熔液L接触的水发生沸腾，界面成为气化状态，难以发挥迅速冷却的作用。

在冷却介质2的底部堆积有锌基合金的粒状体4。将其回收，例如用旋转干燥机干燥后，在振动筛上进行分级而得到锌基合金丸粒。其中，分级是根据锌基合金丸粒的使用目的而成为规定粒径的方式进行的。

并且，锌基合金丸粒的制造方法并不局限于如本实施方式这样的滴落造粒法。例如，可根据作为目标的锌基合金丸粒的形状、粒度等，分别适当选择气雾化法、离心雾化法、水雾化法等公知的方法。

实施例

下面，对为了确认本发明的效果而进行的评价试验进行说明。各锌基合金丸粒的制造是使用图2和图3所示的滴落造粒法进行的。将这样制造的各丸粒进行分级，调制了平均粒径(中值粒径)为1.0mm的各试样的投射用丸粒。然后，对各试样的丸粒进行下述各项的试验，进行了评价。将其结果示于表1。

表1

(1)硬度

图4是表示本发明的锌基合金丸粒的Fe添加量与硬度(维氏硬度)的关系的图表。根据本图表可知，即使Cu含有率少到2.5％，通过添加微量的Fe，也容易得到高硬度的丸粒。

应予说明，维氏硬度是如下测定的。对于各试样(Φ1mm丸粒)，各取10个丸粒埋入树脂进行固定后，将丸粒研磨成一半而调制了试验片。然后，对各试验片按照JIS Z 2244对使用(注射)前的维氏硬度进行测定。测定采用了n＝10的算术平均。

在此，本发明的锌基合金丸粒中，Fe：0.0200～0.0300质量％时能得到硬度比较高的丸粒。此外，能得到耐腐蚀性尤其良好的丸粒。

另外，本发明的锌基合金丸粒中，Fe：0.0030～0.0180质量％且维氏硬度为85～93HV时，能得到硬度、造粒性尤其优异的锌基合金丸粒。

进而，本发明的锌基合金丸粒中，Fe：0.0030～0.0060质量％时，能得到硬度、造粒性、耐脆性尤其优异的锌基合金丸粒。

(2)喷丸处理评价试验

将在上述中准备的各试样的丸粒(平均粒径1.0mm)100kg，通过“The Ervin TestMachine(Ervin公司制)”以60m/s的投射速度，以钢材(洛氏硬度65HRC(根据JIS G0202、JISZ2245规定))为靶进行了5000次的投射(注射)。

(3)丸粒寿命

对于各试样，每次投射时均用筛分级丸粒，测定残留于筛上的残留率。其结果，发现存在随着Fe含有率增大寿命存在下降的倾向。另外，其下降率在将Fe含有率：0.005％的情况设定为100％时，Fe含有率：0.2％时能确保为约90％以上，进而Fe含有率：0.05％时能确保为约95％以上，能够确认在实用上没有问题。

(4)腐蚀试验

对于由与各试样相同组成的合金形成的圆柱状试样(Φ2×10mm)，各取10个水平埋入树脂固定后，在轴向上切断为一半调制了试验片。然后，对各试验片按照JIS Z 2371进行了中性盐水喷雾试验。然后使用精密件尺(卡尺)以目视测量，通过下式求得了合金露出面的腐蚀率(白色锈：ZnO)。锈的颜色为白色。

腐蚀率(％)＝100×总腐蚀面积(mm²)/样品总表面积(mm²)

从表示腐蚀试验结果的图5可知，仅稍微含有(0.0030～0.0050％)Fe就能显著降低腐蚀率。

产业上的利用可能性

如上所述，通过喷丸处理评价试验和腐蚀试验，与主添加元素Cu一起含有副添加元素Fe的本发明的锌基合金丸粒成为相应于作为被处理制品的铝压铸制品和镁压铸制品的、以通过喷丸处理去飞边和研扫为目的的表面处理中使用的最适维氏硬度。此外，能提供单位成本率良好、不使耐腐蚀性下降的锌基合金丸粒。此外，丸粒的寿命也被证实在实用上是充分的。

Claims (7)

1.一种锌基合金丸粒，其特征在于，是含有Cu：1.800～6.000质量％、Fe：0.05～0.2质量％作为添加元素，余量由锌和不可避免的杂质构成的三成分体系锌基合金丸粒，在Fe含量增加的同时具有降低的腐蚀率，并且，维氏硬度为80～110HV。

2.如权利要求1所述的锌基合金丸粒，其特征在于，所述添加元素Cu的纯度为99.9质量％以上。

3.如权利要求1或2所述的锌基合金丸粒，其特征在于，所述锌基合金丸粒所含的所述不可避免的杂质是选自Pb、Cd、Sn、Si、Ti、As、Sb、Bi、S、Mn、Al、Mg、Be中的至少一种，所述不可避免的杂质的总含量为0.0100～0.3000质量％。

4.如权利要求3所述的锌基合金丸粒，其特征在于，所述不可避免的杂质的总含量为0.0100～0.0200质量％。

5.如权利要求1所述的锌基合金丸粒，其特征在于，所述锌基合金丸粒用于铝合金压铸或镁合金压铸的喷丸处理。

6.如权利要求5所述的锌基合金丸粒，其特征在于，粒子平均粒径为0.1～3mm。

7.一种锌基合金丸粒的制造方法，其特征在于，是权利要求6所述的锌基合金丸粒的制造方法，是将经如下工序而得的粒状体进行分级而制造：使熔化的金属熔液由直径为0.1mm～1.0mm的喷嘴向冷却介质中滴落的工序，在该冷却介质中凝固、堆积的工序，和使该凝固、堆积物干燥的工序。