CN108315595A - 一种可铸造且可变形用的环保锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可铸造且可变形用的环保锌合金，涉及合金技术领域。一种可铸造且可变形用的环保锌合金，按照重量百分比计，由以下组分组成：Al 4.8％‑5.8％、Mg 0.001％‑0.1％、其余为Zn以及不可避免的杂质。该合金具有优异的铸造性能、塑性变形性能、抛光及电镀性能，既可用于压铸、重力或低压铸造生产，又可用于内高压胀形等生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件。

Description

一种可铸造且可变形用的环保锌合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，且特别涉及一种可铸造且可变形用的环保锌合金。

背景技术

锌合金因为其低廉的价格而广泛应用于各行业，相比于锌资源，铜资源较为匮乏且价格更高，促使人们研发锌合金作为铜合金的取代品。锌合金具有熔点低、流动性好及成型性能佳、能耗少、成本低等特点，被广泛应用于压铸及重力铸造生产。在制造业中被普遍应用的压铸锌合金为含Al 4wt％左右的Zn-Al系合金，即ZAMAK合金系列，有ZAMAK 2、ZAMAK3、ZAMAK5、ZAMAK7合金；而普遍应用的重力铸造锌合金主要为ZA8、ZA12、ZA27等锌合金，ZAMAK及ZA系列合金均具有良好的流动性，适用于相应铸造成型，但由于上述系列的合金塑性差，难以满足变形用的应用需求。

专利CN104073686公开了一种可铆接的变形低铜合金材料，该低铜合金材料由Al、Cu、M、Zn和不可避免的杂质组成，其中，Al的含量x＝0.1-6.0wt％，Cu的含量y＝0.1-4.0wt％，M的含量z＝0.001-1.0wt％，杂质的总量≤0.1wt％，余量为Zn；其中M为Ni、V、Ti、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Mo、Si、Be、Cr、Mn、Co和Mg中的至少一种元素，杂质包括Fe、Pb、Sn、Sb和Cd中的至少一种元素，且该合金要求Al与Cu的含量之比满足：1≤x/y≤4；该比例组成的合金流动性差，不适于铸造成型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可铸造且可变形用的环保锌合金，该环保锌合金具有良好的流动性和塑性，既适用于于压铸、重力或低压铸造生产，且其变形用性能优良，可用于内高压胀形生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种可铸造且可变形用的环保锌合金，按照重量百分比计，由以下组分组成：

Al 4.8％-5.8％；

Mg 0.001％-0.1％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

本发明实施例的可铸造且可变形用的环保锌合金的有益效果是：

铝是本发明锌合金中的主要合金元素，铝能防止锌液氧化，明显提高锌液的流动性，从而改善其铸造性能，提高铸件表面质量。Al含量为4.8％-5.8％时，合金流动性及铸造性最佳，且韧性较佳，既能满足合金的铸造要求，又可满足变形用生产的要求，极大扩大了锌合金的应用范围。同时加入0.001％-0.1％的Mg，一方面能够降低合金的晶间腐蚀倾向，改善合金的耐蚀性能；另一方面，镁的加入可以细化晶粒，提高合金的强度。同时严格控制Mg的添加量，当Mg含量高于0.1wt％时，合金冷裂、热裂倾向增加，合金塑性变差，同时熔炼时氧化渣增多，合金流动性明显降低，塑性下降、抛光性能变差。

本发明的锌合金区别于普通的已有牌号的ZAMAK及ZA系列合金，通过科学的合金设计，控制Al含量至Zn-Al二元相图中共晶点附近，使合金具有良好的铸造性能，同时获得良好的塑性，通过添加少量Mg等元素，确保合金具有优异的抛光及电镀性能。

本发明合金既可用于压铸、重力或低压铸造生产，又可用于内高压胀形生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的可铸造且可变形用的环保锌合金进行具体说明。

本发明实施例提供的一种可铸造且可变形用的环保锌合金，

按照重量百分比计，由以下组分组成：

Al 4.8％-5.8％；

Mg 0.001％-0.1％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

在锌合金中，铝主要以铝基固溶体的形式形成初生α枝晶和共晶体α相，冷却时转为共析体，少量固溶于富锌的η相中。铝能防止锌液氧化，明显提高锌液的流动性，从而改善其铸造性能，提高铸件表面质量。根据Zn-Al二元合金相图可知：Al含量在5％左右为共晶态，合金流动性及铸造性最佳，但韧性相对较差。发明人经过长期研究发现，当Al含量为4.8～5.8wt％时，能够满足合金即可铸造又可变形用生产等要求，Al含量小于4.8％，合金塑性变差，Al含量大于5.8wt％,偏离共晶成分太多，流动性降低。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量百分比计，Al为4.8％-5.6％。更为优选地，Al为4.8％-5.2％。在上述比例下，锌合金具有更好的流动性和较好的抗拉强度和断裂伸长率，塑性更佳，铸造性能更为优异，当Al为5.6％-5.8％时，本发明合金具有更高的抗拉强度，更适合成型对强度要求高的产品。通过调控Al的含量，使得本申请的锌合金可以满足不同的产品需求。

加入Mg，可降低合金的晶间腐蚀倾向，改善合金的耐蚀性能；另一方面，Mg的加入可以细化晶粒，提高合金的强度。将Mg含量控制在0.001～0.1wt％，当Mg含量高于0.1wt％时，合金冷裂、热裂倾向增加，合金塑性变差，同时熔炼时氧化渣增多，合金流动性明显降低，塑性下降、抛光性能变差。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量百分比计，Mg为0.02％-0.08％。更为优选地，Mg为0.05％-0.08％。进一步调控Mg的含量，有助于进一步改善锌合金的性能。

进一步地，在本发明较佳实施例中，Al和Mg的质量比为60-100:1。将Al和Mg的比例控制在该范围内，能够较好保持锌合金的铸造性能和塑性。当Al/Mg＞100时，锌合金的流动性降低，且塑性明显下降。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量百分比计，环保锌合金还含有B、Zr、Ti和RE中的至少一种元素。其中B的含量为0.001-0.1wt％，Ti的含量为0.001-0.2wt％，Zr的含量为0.001-0.1wt％，RE的含量为0.001-0.1wt％。选择性地添加B、Zr、Ti和RE中的至少一种元素是为了细化晶粒并对合金进行变质处理，这些元素在锌中的溶解度很小，将与Al、Zn元素形成高熔点块状化合物或细小的质点，如添加少量Ti后，合金中将形成TiZn₃质点和TiAlZn₃化合物，TiZn₃质点可作为非均质形核核心而增核，从而使合金的组织得到细化，提高合金强度，改善合金的铸造性能。含RE的铸态锌合金中，大部分RE分布在η相中，对铸态组织起到细化作用，部分稀土元素富集在晶界，阻碍晶粒的长大，从而使晶粒细化。稀土很容易与某些合金元素反应形成第二相，起到强化合金的作用，改善合金的综合性能。RE其还能抑制有害元素，净化锌液，提高合金的耐蚀性、尺寸稳定性。

进一步地，控制选择性地添加B、Zr、Ti和RE中的至少一种元素的总量为0.01％-0.05％。添加量低于0.01％，则无法达到上述效果。添加量大于0.05％，则会引起锌合金的塑性加工性能下降。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量百分比计，环保锌合金由以下组分组成：Al 4.95％、Mg 0.05％、Zr 0.003％、Ti 0.01％、Zn 94.887％-94.987％，以及不可避免的杂质0～0.1％。Zr和Ti分别以少量的金属间化合物相存在于Zn的基体中，起到强化作用，Zr还能够细化晶粒、防止偏析。发明人通过研究发现，锌合金由以上组分组成时，能够得到更高的抗拉强度和断后伸长率，具备良好的塑性。

进一步地，在本发明较佳实施例中，环保锌合金还含有Ca、Ni和Mn中的至少一种元素。加入少量Ca、Ni、Mn元素，均有助于提升合金的抗晶间腐蚀性能，提高合金尺寸稳定性，延缓产品老化。优选地，Ca、Ni、Mn的总量控制在0.001％-0.1％，进一步地，总量控制在0.01％-0.03％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按照重量百分比计，所述环保锌合金由以下组分组成：Al 5.20％、Mg 0.08％、Ni 0.03％、Zn 94.59％-94.69％，以及不可避免的杂质0～0.1％。通过严格控制锌合金中各组分的比例，获得上述的锌合金，其具有良好的塑性和铸造性能。

进一步地，在本发明较佳实施例中，Si、Fe、Pb、Sn、Cd、Bi、Tl、In、Ag、Ga中的一种或多种元素最为杂质需严格控制其含量，其总和应小于0.1wt％，它们的存在均将增加合金的腐蚀敏感性，其中，按照重量百分比计，Sn<0.001％，Pb<0.003％，Tl<0.001％，Cd<0.001％。

此外，本发明实施例的锌合金不含Be、Cd、Co等有毒有害元素。也不含Cu元素，有效节约了铜资源。锌合金中存在Cu元素时，合金收缩倾向增加，合金流动性变差。

锌合金材料的晶粒尺寸也是锌合金材料性能的关键，本发明实施例的锌合金在用于铸造时，直接通过熔炼浇铸成型，使用时再进行重熔。当合金用于变形用时，合金需通过熔炼浇铸成铸锭后再热挤压、拉伸成棒材或管材，或通过热轧成板材再使用。在使用时，对微观组织进行均匀细化，将晶粒尺寸控制在10μm以内，进一步改善锌合金的塑性、铸造性能等。

本发明合金的具体熔炼制备方法为：先加入Al锭及中间合金(如AlTi合金或AlTiB、AlZr、AlMn等中间合金，Ti、RE等元素的合金方式加入不局限于所述的中间合金，还可以其它合金方式加入，如ZnTi中间合金等)，升温至700℃-1000℃，待所加物料全部熔化后添加所需量的镁锭及锌锭，待镁锭及锌锭融化后，进行精炼处理，而后捞渣，出炉浇锭。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例

本发明实施例和对比例提供的环保锌合金的成分如表1所示。

表1环保锌合金成分表(wt％)

对实施例和对比例提供的环保锌合金进行性能检测，具体性能检测项目及依据如下：

1.力学性能

本发明实施例1-7及对比例1(ZAMAK3)以及对比例2-4制成铸态试样；力学性能试样为锌合金锭重熔浇铸而成的基尔试样机加成Ф10试样，将本发明实施例8-14及对比例1(ZAMAK3)为热轧至2mm厚的板材试样，两种试样均在室温进行拉伸试验，结果见表2。

2.铸造性能

利用铸造合金通用的螺旋形试样测定熔体的流淌长度，评价合金的流动性，用于评价本发明实施例1-7及对比例1-4的铸造性能。各个试样均为手工浇注，浇注温度为500℃±2℃。结果如表2所示。

3.抛光性能

分别取各合金浇铸相同型号铸件，对铸件进行抛光，然后用肉眼进行观察，无硬质点、渣孔及缩松，则为优，用“〇”表示；硬质点、渣孔及缩松总数量小于3个，且每个硬质点直径小于0.5mm则为良，用“Δ”表示；硬质点、表面缩松、渣孔总数量超过3个则为差，用“×”表示，结果如表2所示。

4.电镀性能

分别取各合金浇铸相同型号铸件，对铸件进行抛光，选取抛光无硬质点、渣孔及缩松等缺陷的铸件进行电镀工序，电镀后对产品表面进行肉眼观察，如无起泡、麻点、气孔等缺陷即视为电镀性能良好，用“〇”表示，否则则视为电镀性能不佳，用“×”表示。

表2性能测试表

由表2可得，作为铸造合金使用，本发明合金具有与ZAMAK3锌合金相当的流动性，其中实施例2-5提供的环保锌合金的流动性较ZAMAK3合金的更佳，而实施例6-7提供的环保锌合金则具有较ZAMAK3合金更高的抗拉强度，适合应用于表面强度较高的压铸产品。当Al的含量过低时(对比例4)或是含有Cu元素时(对比例2、3)，流动性显著降低。作为变形合金使用，本发明实施例8-14提供的环保锌合金具有较ZAMAK3锌合金更高的抗拉强度及断后伸长率，塑性较对比合金更佳，尤其是实施例9和实施例11，提供的合金具有更优异的抗拉强度，适用于更高强度需求的产品，此外，本发明实施例1-14提供的锌合金均具有优异的抛光性能和电镀性能。

综上所述，本发明实施例提供的环保锌合金的铸造性能、塑性、抛光性能及耐蚀性能优异，既可用于压铸、重力或低压铸造生产，又可用于内高压胀形等生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件，应用范围广阔，具有良好的市场应用前景。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，

按照重量百分比计，由以下组分组成：

Al 4.8％-5.8％；

Mg 0.001％-0.1％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，按照重量百分比计，Al为4.8％-5.6％。

3.根据权利要求1所述的环保锌合金，其特征在于，按照重量百分比计，Al为4.8％-5.2％。

4.根据权利要求1所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，按照重量百分比计，Al为5.6％-5.8％。

5.根据权利要求1所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，按照重量百分比计，Mg为0.02％-0.08％。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，Al和Mg的质量比为60-100:1。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，所述环保锌合金还含有B、Zr、Ti和RE中的至少一种元素。

8.根据权利要求7所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，按照重量百分比计，所述环保锌合金由以下组分组成：Al 4.95％、Mg 0.05％、Zr 0.003％、Ti 0.01％、Zn94.887％-94.987％，以及不可避免的杂质0～0.1％。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，所述环保锌合金还含有Ca、Ni和Mn中的至少一种元素。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的可铸造且可变形用的环保锌合金，其特征在于，所述杂质中含有Si、Fe、Pb、Sn、Cd、Bi、Tl、In、Ag、Ga中的一种或多种元素，其中，按照重量百分比计，Sn<0.001％，Pb<0.003％，Tl<0.001％，Cd<0.001％。