CN112126820A - 一种锌合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锌合金及其制造方法,本发明的锌合金含有3.5~4.3wt%的Al,0.005‑0.018wt%的Mg,余量为Zn和不可避免的杂质。该合金具有优异的抗铸造成型裂纹性能、铸造良品率高,抛光及电镀性能优异,可满足铸件的高表面质量要求,适用于压铸生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等产品。

Description

一种锌合金及其制造方法
技术领域
本发明属于合金技术领域,具体涉及一种抗裂纹性能优异的锌合金及其制造方法。
背景技术
压铸用锌合金是以锌为基础加入其他元素形成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低,流动性好,易熔焊、钎焊和塑性加工,在大气中耐腐蚀,残废料便于回收和重熔,但蠕变强度低,易发生自然时效引起尺寸变化。
常用的压铸用锌合金有ZAMAK3合金和ZAMAK5合金,这两种合金成分相对简单,最初主要含有锌元素、铝元素,有时候会添加铜元素等,这样的合金抗腐蚀性能较差。为了改善抗腐蚀性能,研发人员引入了镁元素,结果发现加入镁元素后晶间腐蚀性能得到了明显改善,且合金强度得到提升,因此,目前上市的ZAMAK3合金和ZAMAK5合金中均加入了镁元素,并且控制镁元素的含量在0.03-0.06%。
压铸用合金中,ZAMAK3合金因综合性能优异,成本低,目前已经被广泛应用于卫浴小五金行业。但是对于一些R角小的三通四通五金产品,采用ZAMAK3合金时在R角处易产生热裂纹,成型裂纹率达100%,且产品设计受客户要求所限,R角无法随意修改,成型裂纹得不到解决。与ZAMAK3 合金相比较,ZAMAK5合金硬度和强度高,柔软性较低,但是该合金同样存在ZAMAK3合金类似的易产生热裂纹的缺陷。
发明内容
为了克服以上现有技术的不足,本发明的发明人对现有的锌合金进行了充分研究,提供了一种抗热裂纹性能优异的锌合金及其制造方法,该锌合金具有优异的综合性能,尤其是抗热裂纹性能显著提高,可满足铸件,尤其是压铸铸件的高表面质量要求,也可以用于重铸铸件中,适用于水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件的生产,可大幅提升产品成型良品率,减少产品异常处理时间,有效提升产能,从而提高产品的市场竞争力。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
一方面,本发明提供一种锌合金,该锌合金含有3.5~4.3wt%的Al, 0.005-0.018wt%的Mg,余量为Zn和不可避免的杂质。
优选地,在所述锌合金中,Al的含量为3.7~4.2wt%,更优选为 3.9~4.1wt%。
优选地,在所述锌合金中,Mg的含量为0.005-0.015wt%。
优选地,所述锌合金还含有0.2-1.0wt%的Cu,优选为0.5-1.0wt%的Cu。
优选地,所述锌合金不含Zr、Sb、Cr、Mn、Ti、Bi、Se、Ni等元素,这些元素作为杂质存在时,单个元素的含量小于0.001wt%。
另一方面,本发明提供一种上述锌合金的制备方法,该方法包括以下步骤:
根据锌合金的成分称取锌锭、铝锭、镁锭和/或选择性添加的电解铜;在炉底加入铝锭,和/或选择性添加的电解铜及1/3锌锭,待物料全部熔化后搅拌均匀,加入剩余锌锭,待物料全部熔化后约540℃用钟罩压入镁锭至炉底,待镁锭化净后可选择性加入细化剂,待细化剂充分反应后加入精炼剂进行精炼,之后进行除渣除气处理,成分检测合格后静置、扒渣出炉,浇铸船型锭。
优选地,所述细化剂为盐类细化剂,例如钛盐或硼盐或两者的复合盐。优选地,所述细化剂不是含RE或Zr或B的中间合金。
使用本申请的细化剂可达到中间合金的细化效果,同时确保良好的抛光性能,可以避免使用含RE或Zr或B的中间合金带来的抛光硬质点的问题,使其满足镜面抛光等高要求。
在本发明的锌合金中,铝为主要合金元素,作用是防止锌液氧化,提高铸件表面质量,减少铸件脆性,减轻锌对铁质坩埚的侵蚀。另外,添加铝还可细化晶粒,提高合金的强度和硬度。本发明的Al含量为:3.5~4.3wt%,Al含量小于3.5wt%,合金流动性变差,铸造成型不良率上升。
在本发明的锌合金中加入镁,可明显降低合金的晶间腐蚀倾向,改善合金的耐蚀性能,这也是最初加入镁元素的意义所在,本领域的技术人员一般控制添加的镁元素的量为0.03-0.06%,该含量在整个合金体系中并不高,因此,本领域技术人员通常不会关注该含量的影响,在本发明的研发初期,发明人事实上也并未关注该元素的影响,主要考虑其他主要元素对于合金性能的影响。但是,发现控制其他元素始终未能解决热裂纹的缺陷,在一次偶然的实验中,发明人加入了不足量的镁,结果发现并未出现热裂纹的缺陷。因此,发明人开始研究镁元素对于锌合金的影响。结果发现,镁不仅可以细化晶粒,提高合金的强度,更为意想不到的是,通过控制镁元素的含量可以显著改善热裂纹的缺陷。在本发明中,Mg含量控制在0.005~0.018wt%,当 Mg含量低于0.005wt%时,合金耐蚀性差,尺寸稳定性降低,当Mg含量高于0.018wt%时,合金热裂倾向明显增加,塑性下降。
在本发明的锌合金中选择性添加少量铜,可改善合金的流动性并提高合金强度,也有助于提高合金的抗热裂能力。Cu含量的添加量控制在 0.2-1.0wt%,更高的Cu含量一方面增加原材料成本,另一方面随着Cu含量的增加,虽然合金的强度随之升高,但增加了合金的晶间腐蚀倾向。
本发明中的元素Zr、Sb、Cr、Mn、Ti、Bi、Se作为杂质存在时,单个元素的含量小于0.001wt%。这对保证合金的高质量抛光性能、降低成型裂纹及晶间腐蚀倾向具有重要意义。
本发明的锌合金与现有技术相比,至少具有以下有益效果:
本申请的锌合金的抗热裂纹效果显著,较常用的ZAMAK3及ZAMAK5 合金,热裂纹不良率可降低50%以上,减少产品异常处理时间,有效提升产能,从而提高产品的市场竞争力。
本发明的锌合金具有显著的抗热裂纹效果、抛光性,电镀性能优异,可满足铸件的高表面质量要求,适用于压铸生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件,尤其适用于易出现热裂纹的铸造产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本发明的合金和对比合金的成分如表1所示。
按照如下方法制备本发明的合金及对比合金:按合金成分称取锌锭、铝锭、电解铜(如有)、镁锭。在炉底加入铝锭,电解铜(如有)及1/3锌锭,待物料全部熔化后搅拌均匀,加入剩余锌锭,待物料全部熔化后约540℃用钟罩压入镁锭至炉底,待镁锭化净后可选择性加入细化剂,细化剂为钛盐,待细化剂充分反应后加入精炼剂进行精炼,之后进行除渣除气处理,成分检测合格后静置、扒渣出炉浇铸。
本发明的合金为重熔用的船型铸造锭。
以下将本发明的合金与对比合金进行性能检测,具体性能检测项目及依据如下:
1.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,用于评价本发明合金1-8及对比合金1-6的铸造性能。各个试样均为手工浇注,浇注温度为420℃±2℃。结果如表2所示。
2.产品抗成型热裂纹性能
采用同款模具、同样的压铸机台、同样的压铸参数,同一个操作人员,使用本发明的合金1-8及对比合金1-6进行压铸成型同款产品,压铸温度为 420℃±10℃,压铸成型裂纹不良率见表2。
3.抛光性能
分别对铸件进行抛光,然后用肉眼进行观察,无硬质点则为优,用“〇”表示;硬质点总数量大于3个,且每个硬质点直径小于0.5mm则为差,用“×”表示;结果如表2所示。
表1本发明合金及对比合金成分(wt%)
Figure BDA0002618682160000041
Figure BDA0002618682160000051
表2本发明的合金及对比合金的各项性能
Figure BDA0002618682160000052
Figure BDA0002618682160000061
根据表2的各项性能检测结果可知:作为铸造合金使用,本发明合金具有与ZAMAK3、ZAMAK5锌合金相当的流动性,但抗成型热裂纹性能明显优于ZAMAK3和ZAMAK5,本发明的合金1-8的抛光性能优于对比合金3 和4,其中本发明的合金3、5、6、7、8的抗成型裂纹性能、抛光性能等综合性能相对最佳,添加细化剂后的合金3和合金8的抗裂纹性能更佳。而对比合金1-6的抗成型热裂纹性能均不如本发明的合金,对比合金3-4的抗裂纹性能相对较好,但抛光性能差,不适合应用于抛光要求高的卫浴外观件。
综上可知,本发明的合金具有良好的铸造性能,优异的抗成型裂纹性能、优异的抛光及电镀性能,适用于压铸及重力铸造生产水暖卫浴、小五金饰品、电子电器、玩具等零部件,尤其适用于易出现成型裂纹的铸造产品。
上述实施例用于解释本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种锌合金,其特征在于,该合金含有3.5~4.3wt%的Al,0.005-0.018wt%的Mg,余量为Zn和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,所述合金中Al的含量为3.7~4.2wt%。
3.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,所述合金中Al的含量为3.9~4.1wt%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的合金,其特征在于,所述合金中Mg的含量为0.005-0.015wt%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的合金,其特征在于,所述合金还可选择性添加0.2-1.0wt%的Cu。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的合金,其特征在于,所述合金中Cu的含量为0.5-1.0wt%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的合金,其特征在于,所述合金不含Zr、Sb、Cr、Mn、Ti、Bi、Se、Ni等元素,这些元素作为杂质元素存在时,单个元素的含量小于0.001wt%。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的锌合金的制备方法,该方法包括以下步骤:根据锌合金的成分称取锌锭,铝锭,镁锭和/或选择性添加的电解铜;在炉底加入铝锭,和/或选择性添加的电解铜及1/3锌锭,待物料全部熔化后搅拌均匀,加入剩余锌锭,待物料全部熔化后约540℃用钟罩压入镁锭至炉底,待镁锭化净后可选择性加入细化剂,待细化剂充分反应后加入精炼剂进行精炼,之后进行除渣除气处理,成分检测合格后静置、扒渣出炉浇铸船型锭。
9.根据权利要求8的制备方法,其中所述的细化剂为盐类细化剂,例如钛盐或硼盐或两者的复合盐,且不是含RE或Zr或B的中间合金。
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