耐磨锌合金

中文名称

耐磨锌合金

英文名称

wear-resistant zinc alloy

定　　义

具有良好耐磨性能的锌基合金。主要是Zn-Al-Cu系合金。多用来做转速慢的承载轴承，如轧机轴承用。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），有色金属材料（三级学科），低熔点金属及其合金（四级学科）

锌合金特点

1. 相对比重大。

2.铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。

3. 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆、抛光、研磨等。

4. 熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。

5. 有很好的常温机械性能和耐磨性。

6. 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。

锌合金种类

传统的压铸锌合金有2、3、4、5、7号合金，应用最广泛的是3号锌合金。七十年代发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。

Zamak 3: 良好的流动性和机械性能。

应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。

Zamak 5: 良好的流动性和好的机械性能。

应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。

Zamak 2: 用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的机械零件。

ZA8: 具有良好的冲击强度和尺寸稳定性，但流动性较差。

应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。

Superloy: 流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。

不同的锌合金有不同的物理和机械特性，这样为压铸件设计提供了选择的空间。

锌合金按制造工艺又可分为铸造锌合金和变形锌合金两类。铸造合金的产量远大于变形合金。

铸造锌合金依铸造方法不同又分为压力铸造锌合金（在外加压力作用下凝固）和重力铸造锌合金（仅在重力作用下凝固）。

压力铸造锌合金：这种合金从1940年在汽车工业中应用以后，产量剧增，在锌的消耗总量中，约有25%用来生产这种合金。先进适用技术在不断采用，发展较快。最常用的合金系为Zn-Al-Cu-Mg系。 某些杂质明显影响压铸锌合金的性能。因此对铁、铅、镉、锡等杂质的含量限制极严，其上限分别为0.005%、0.004%、0.003%、0.02%，所以压铸锌合金应选用纯度大于99.99%的高纯锌作原料。

重力铸造锌合金：可在砂型、石膏模或硬模中铸造。这种锌合金不仅具有一般压铸锌合金的特性，而且强度高，铸造性能好，冷却速度对力学性能无明显影响，残、废料可循环使用，浇口简单，对过热和重熔不敏感，收缩率小，气孔少，能电镀，可用常规方法精整。

变形锌合金工业上应用的变形锌合金除了传统品种外，出现了Zn-Cu-0.1Ti和 Zn-22Al合金。前一种合金经轧制后，由于有TiZn15金属间化合物弥散质点沿轧向排列成行，可阻碍晶界移动。

锌合金选择

选择哪一种锌合金，主要从三个方面来考虑

1. 压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。包括：

（1） 力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的最大抗力；

伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标；

硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。

（2） 工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。

（3） 精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。

2.工艺性能好：

（1）铸造工艺；

（2）机械加工工艺性；

（3）表面处理工艺性。

3. 经济性好：原材料的成本与对生产装备的要求（包括熔炼设备、压铸机、模具等），以及生产成本。

锌合金成分

2. 合金中个元素的作用

合金成分中，有效合金元素：铝、铜、镁；有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。

（1）铝

作用：

① 改善合金的铸造性能，增加合金的流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。

② 降低锌对铁的反应能力，减少对铁质材料，如鹅颈、模具、坩埚的侵蚀。

铝含量控制在3.8 ~ 4.3%。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面光滑的铸件必需的条件。

（2） 铜

作用：

1. 增加合金的硬度和强度；

2. 改善合金的抗磨损性能；

3. 减少晶间腐蚀。

不利：

1. 含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化；

2. 降低合金的可延伸性。

作用：

① 减少晶间腐蚀

② 细化合金组织，从而增加合金的强度

③ 改善合金的抗磨损性能

不利：

① 含镁量 > 0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降。

② 易在合金熔融状态下氧化损耗。

（3）杂质元素：铅、镉、锡

使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。

当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后（八周至几个月），表面出现鼓泡。

（4）杂质元素：铁

① 铁与铝发生反应形成Al₅Fe₂金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣。

② 在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。

③ 增加合金的脆性。

铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加，每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和（当温度下降时），或不饱和（当温度上升时）。当铁元素过饱和时，处于过饱和的铁将与合金中铝发生反应，结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时，合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗，形成更多的浮渣。

锌合金生产注意

1. 控制合金成分从采购合金锭开始，合金锭必须是以特高纯度锌为基础，加上特高纯度铝、镁、铜配制成的合金锭，供应厂有严格的成分标准。优质的锌合金料是生产优质铸件的保证。

2. 采购回来合金锭要保证有清洁、干燥的堆放区，以避免长时间暴露在潮湿中而出现白锈，或被工厂脏物污染而增加渣的产生，也增加金属损耗。清洁的工厂环境对合金成分的有效控制是很有作用的。

3. 新料与水口等回炉料配比，回炉料不要超过50%，一般新料：旧料 = 70：30。连续的重熔合金中铝和镁逐渐减少。

4. 水口料重熔时，一定要严格控制重熔温度不要超过420℃，以避免铝和镁的损耗。

5. 有条件的压铸厂最好采用集中熔炉熔化锌合金，使合金锭与回炉料均匀配比，熔剂可更有效使用，使合金成分及温度保持均匀稳定。电镀废品、细屑应单独熔炉。

目前工业生产用铸造锌合金各国均形成了自己的标准，比较规范化。铸造锌合金锭主要用于铸造厂生产铸造件，重力铸造件和热镀锌件。