CN114231793B - 一种重力铸造锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力铸造锌合金，按照质量百分含量计，所述锌合金包括：Al：4.35％‑4.75％；Mg：0.005％‑0.025％；Cu：0.5％‑1.5％；其余为Zn以及不可避免的杂质。本发明的合金具有优异的抛光和电镀性能，适用于重力铸造生产大尺寸复杂产品，尤其适用于对电镀表面质量要求高的重力铸造锌合金水暖卫浴零部件。

Description

一种重力铸造锌合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种重力铸造锌合金，特别是涉及一种电镀性能优异的重力铸造锌合金。

背景技术

锌合金作为一类重要的原材料已被大量应用于卫浴、小五金、饰品等零配件的生产，其主要成型工艺为高压铸造和重力铸造，当产品结构复杂无法抽芯时，产品便不能通过高压铸造成型，此时可选择重力铸造成型。

常用的高压铸造锌合金，如ZAMAK3(Cu≤0.1wt％)、ZAMAK5(Cu:0.7-1.1wt％)、ZAMAK7(Cu≤0.1wt％)等，这些合金的流动性、收缩倾向等铸造性能差异在高压铸造时对产品成型影响不大，对于流动性略差的合金，在高压及表面急冷作用下仍能获得较高质量的毛坯。

但对于重力铸造锌合金，因其是在合金自身重力作用下自然成型凝固，合金的流动性、收缩及热裂倾向对产品的表面质量影响重大，尤其对于毛坯存在的微小渣孔、气孔、疏松等表面缺陷，抛光后肉眼无法发现，但经电镀后这些表面缺陷被放大，因而变得更明显。

使用普通的ZAMAK3、ZAMAK5、ZAMAK7等锌合金无法满足铸件的高品质表面要求，尤其是一些大尺寸方形产品，电镀良品率极低。

中国专利申请201811545236.8公开了一种高流动性压铸用锌合金，其合金成分为铝4.0-5.0％，铜0.01-0.1％，镁0.001-0.05％，钛0.001-1％，铁≤0.03％，铅≤0.003％，镉≤0.002％，其余为不可避免的杂质。该合金具有优异的流动性，合金中的钛在锌合金中形成Al₅Ti₂Zn相具有细化晶粒的作用，但易形成TiAl₃化合物，造成产品表面抛光硬质点，从而无法满足高质量的电镀表面要求。

中国专利申请201810536883.6公开了一种重力铸造用锌合金，该合金含有：Al：4-6wt％，Cu：0.3-1wt％，Mg：0.05-0.08wt％，Fe：0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％，Ti：0.001-0.003wt％，杂质总量<0.15wt％；余量为Zn。该合金含有较高含量的Fe、RE及Ti等高熔点元素，亦导致抛光硬质点，尤其是对于大尺寸方形产品，难以满足其高质量抛光要求。该发明合金的Mg含量为0.05-0.08wt％，产品的热裂倾向较大，尤其是大尺寸产品，成型时易产生裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重力铸造锌合金，该锌合金成型、抛光等综合性能优良，并具有优异的电镀性能，可应用于铸造生产水暖卫浴零部件，尤其适用于重力铸造用大尺寸产品的成型。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种重力铸造锌合金，按照重量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.35％-4.75％；

Mg 0.005％-0.025％；

Cu 0.5％-1.5％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

按照质量百分含量计，上述锌合金中，Al可以为4.6％-4.75％。

按照质量百分含量计，上述锌合金中，Cu可以为1.0-1.5％。

在一个具体实施方案中，本发明提供一种重力铸造锌合金，按照重量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.35％-4.55％；

Mg 0.005％-0.025％；

Cu 0.5％-1.0％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

在另一个具体实施方案中，按照重量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.6％-4.75％；

Mg 0.005％-0.025％；

Cu 1.2％-1.5％；

其余为Zn以及不可避免的杂质。

优选地，按照质量百分含量计，上述锌合金中，Mg为0.02％-0.025％。

优选地，所述锌合金还含有Ni，其重量百分含量不大于0.15％。

优选地，所述锌合金还含有Ni，其重量百分含量为0.005％-0.05％。

优选地，所述锌合金不含B、Zr、Ti、RE中的任何一种元素，且按照质量百分含量计，B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.001％。

优选地，所述锌合金不含B、Zr、Ti、RE中的任何一种元素，且按照质量百分含量计，B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.0003％。

优选地，所述锌合金还含有Fe，优选地，按照质量百分含量计，所述锌合金的Fe含量小于0.015％。

优选地，按照质量百分含量计，所述锌合金的Fe含量小于0.01％。

在本发明中，为了获得优异的流动性和抗拉强度，铝含量较ZAMAK3、ZAMAK5合金的Al含量更高，Al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。重力铸造产品时，即使0.05％的Al含量变化也会对合金流动性及产品的收缩性能产生非常明显的影响，这点在压铸产品时并无明显体现。Al含量控制在4.35％以上，合金流动性较ZAMAK3、ZAMAK5明显提高，随着Al含量的提高，合金流动性随之提升，当Al含量大于4.75％时，由于接近Zn-Al二元合金的共晶点(Al＝5％)，合金虽然具有更优异的流动性，但合金脆性急剧增加，且合金的热裂倾向也显著增加。

在本发明中，较高的Al含量虽然可以提高合金的流动性，但是会使合金的脆性、收缩和热裂倾向增加，为此，本发明向合金中添加了Mg。本发明将Mg含量控制在0.005％-0.025％，Mg含量大于0.025％，合金流动性明显下降，更优的Mg含量为0.02％-0.025％；本发明通过在原ZAMAK3/ZAMAK5合金Mg含量为0.03-0.06％的基础上降低Mg含量，从而减小了提高Al的含量带来的脆性、收缩和热裂倾向增加的不利影响，同时获得更优的流动性能。此外，加入少量的Mg，也可抑制α相分解、稳定铸件的尺寸和性能，降低锌合金的晶间腐蚀倾向，防止合金“老化”。

合金中添加一定量的铜，通过固溶强化，进一步提高合金的力学性能。随着合金中Al含量的增加，合金的热裂倾向和收缩倾向均随之增加，添加一定量的Cu可明显降低因Al含量提高带来的合金的热裂和收缩倾向。本合金中Cu的含量控制在0.5％-1.5％，当Cu含量小于0.5％时，合金的热裂纹改善不明显，当Cu含量大于1.5％时，合金的材料成本增加，且流动性降低，合金塑性明显变差。

为进一步改善合金的抗晶间腐蚀性能和尺寸稳定性，合金中可添加不大于0.15％的Ni，综合考虑原料成本及其他性能，最优含量为0.005-0.05％。

现有技术中已经存在重力铸造用锌合金，但是这些合金流动性差，或流动性好，但收缩倾向大。为保证重力铸造的锌合金铸件具有优异的抛光性能，本发明合金不含有B、Zr、Ti、RE中的任何一种元素，且B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量不高于0.001％，上述单个元素的含量不高于0.0003％则更佳。

Fe作为锌铝合金中不可避免的杂质元素，应尽量降低其含量，以获取良好的抛光性能和耐蚀性能，本发明锌合金的Fe含量小于0.015％。

本发明的合金熔炼过程中不使用锌合金电镀废料。可按照如下方法可以制备本发明的合金：按合金成分称取锌锭、铝锭、电解铜、镁锭。在炉底加入铝锭，电解铜及1/2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500℃用钟罩压入镁锭至炉底，待镁锭化净后可选择性加入合金类变质剂，待变质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、扒渣低温出炉浇铸。

本发明的锌合金区别于已有牌号ZAMAK系列合金，通过合金设计，优化了Al、Mg、Cu三者的含量，虽然Al含量仅较ZAMAK3、ZAMAK5略有提升，但是，研究发现Al的含量每提升0.05％，合金的性能会发生明显的改变，在本发明中，不同含量的Al需匹配不同的Cu及Mg含量才可达到相当的性能，若Mg含量不进行相应调整时，合金的流动性不能满足产品要求，同样地，仅提升Cu的含量合金的流动性将降低，因此，需同时调整Al和Mg的含量以获得优异的综合性能。总之，本发明合金是发明人经过大量试验，使Al、Mg、Cu三者处于特定组合范围内才获得的本发明效果，合金具有较ZAMAK3、ZAMAK 5更优异的流动性能同时，减少了铸件表面的疏松、气孔等缺陷，同时降低了合金的抗热裂性能，使其具有优异的成型和抛光性能，大幅提升了大尺寸高难度产品的电镀良品率，特别适用于重力铸造成型铸件，然而该合金应用于压铸生产时，并不能体现以上性能优势。

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。

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、镁锭。在炉底加入铝锭，电解铜及1/2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500℃用钟罩压入镁锭至炉底，待镁锭化净后可选择性加入合金类变质剂，待变质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.流动性/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1-9及对比合金1-9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。

2.产品抗成型热裂纹性能及收缩性能

在相同条件下，采用同款模具、同样的重铸机台和重铸参数，同一个操作人员，使用本发明的合金1-9及对比合金1-9进行重力铸造成型同款产品，浇铸温度为500℃±10℃，统计产品的成型裂纹不良率及局部收缩情况，具体见表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、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

分别对各抛光好的铸件进行检验，除对比合金9外，其它均为仅对抛光良品进行镀铬处理，电镀层为Cu/Ni/Cr，并统计电镀当道成型归口不良率。

本发明合金为简单的熔炼浇铸成型，无需进行冷热加工、热处理等复杂工序，生产效率高，合金生产成本低，市场竞争优势明显，尤其适合重力铸造生产具有高品质电镀要求的水暖卫浴、小五金饰品等零部件。

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1-9和对比合金1-9的成分如表1所示。

表1本发明合金1-9与对比合金1-9的成分(wt％)

表2本发明合金与对比合金的相关性能

根据表2的各项性能检测结果可知：本发明合金1-9具有较传统合金ZAMAK3(对比合金1)、ZAMAK5(对比合金2)及对比合金7更优异的流动性能及抛光、电镀性能；较对比合金3-6、8具有更优异的抗热裂、抗收缩和电镀性能；使用本发明合金铸造的产品的抛光性能优于对比合金1-3和对比合金9，对比合金1和2抛光不良主要为渣孔、疏松，对比合金3和9抛光时出现大片硬质点，对比合金9电镀后表面仍存在大片硬质点不良，不适用于高品质外观要求的卫浴产品；对比合金3，4，5成型时裂纹严重，且出水口收缩严重，产品因收缩导致的缺料报废高，对比合金8成型时裂纹比例10％，出水口亦有轻微收缩。

本发明合金的电镀性能成型归口不良率明显优于传统合金ZAMAK3(对比合金1)、ZAMAK5(对比合金2)及对比合金6-9，略优于对比合金3-5，本发明合金1-9的电镀性能均较好，电镀不良率均降至12％以下。

综合以上，本发明实施例的铸造性能、抗裂性能、抗收缩性能、抛光及电镀性能均十分优异，适用于重力铸造成型大尺寸复杂产品，尤其适合生产具有高品质表面质量要求、需电镀的水暖卫浴用零部件。

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做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 (9)

1.一种重力铸造锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.35%-4.75%；

Mg 0.005%-0.025%；

Cu 1.0%-1.5%；

B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.001%；Fe含量小于0.015%，其余为Zn以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，Al为4.6%-4.75%。

3.一种重力铸造锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.35%-4.45%；

Mg 0.005%-0.025%；

Cu 0.5%-1.0%；

B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.001%；Fe含量小于0.015%，其余为Zn以及不可避免的杂质。

4.一种重力铸造锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，所述锌合金包括：

Al 4.6%-4.75%；

Mg 0.005%-0.025%；

Cu 1.2%-1.5%；

B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.001%；Fe含量小于0.015%，其余为Zn以及不可避免的杂质。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，Mg为0.02%-0.025%。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的锌合金，其特征在于，所述锌合金还含有Ni，其重量百分含量不大于0.15%。

7.根据权利要求6所述的锌合金，其特征在于，所述锌合金还含有Ni，其重量百分含量为0.005%-0.05%。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的锌合金，其特征在于，

按照质量百分含量计，B、Zr、Ti、RE中单个元素的含量均低于0.0003%。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的锌合金，其特征在于，按照质量百分含量计，所述锌合金的Fe含量小于0.01%。