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锌合金的一些知识－锌合金压铸机

  关于锌合金的一些知识

锌合金的特点
　1.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。
　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。
使用过程中须注意的问题：
　1.抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。
　　铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。
　2.时效作用
　　锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件地形状和尺寸略起变化。
　3.锌合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

锌合金种类
　 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、尺寸精度要求一般的机械零件。
　 ZA8:良好的流动性和尺寸稳定性，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。

锌合金的选择
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。

锌合金成分控制
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。
（3）镁
　 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。
（4）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。
（5）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。

生产中注意的问题
　　　　 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430℃，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

锌的知识
锌的性质
锌在室温下性脆，加热到100-150℃变软，能压片抽丝。但到200℃以上又变脆，易碎为粉末。锌是活性金属，常温下在空气中表面生成致密的碱式碳酸锌薄膜，阻止本体锌继续氧化。锌加热至225℃后氧化激烈，燃烧时呈蓝绿色火焰。加温时锌同氟、氯、溴、硫作用生成化合物。锌属负电势金属，易溶于酸，也易从溶液中置换某些金属，如金、银、铜、镉等。重要化合物有氧化锌、硫酸锌、氯化锌。

■ 锌的资源

自然界锌的矿物种类较多，常见矿物有：闪锌矿、纤维锌矿、菱锌矿、异极矿、硅锌矿、水锌矿。全世界锌金属储量24亿吨，产量逐年增长，1980年产量614万吨。我国锌储量为3300万吨，1993年产量为85.69万吨。

■ 锌的制取

硫化铅锌矿浮选产出的锌精矿，成分一般为：锌50%左右，硫30%左右，铁5-14%，还含有少量铅、镉、铜和贵金属，以及微量的铟、锗、镓、铊等稀散金属。用硫化锌精矿炼锌的方法有湿法和火法。70年代各种炼锌方法产锌量的大致比例是：湿法炼锌74%，火法炼锌26%（其中竖罐法5.6%、横罐法2.2%、鼓风法11.4%、电热法6.8%）。
■ 锌的用途
锌广泛用于制造各种合金，如黄铜、白铜、青铜等。锌含量40%以下的黄铜使用价值最大，在黄铜中加入锡、镍、锰、铁、钨、铅等成分后能改变其物理性能，因此，这类合金叫做特种黄铜。锌的另一种用途是镀锌，也用于制造干电池，由于锌在铸造工业上的浇铸时能充满模内很精细的地方，故在汽车工业上常作为精度铸件的原料，锌的化合物可用于纺织工业以及医药、橡胶。制造油漆、颜料、染料等，农业上制作杀虫剂，锌还用以制微晶锌板、用于传真制板和压铸合金等技术。
镀锌的知识
1、热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展。
热镀锌板的生产工序主要包括：原板准备→镀前处理→热浸镀→镀后处理→成品检验等。按照习惯往往根据镀前处理方法的
不同把热镀锌工艺分为线外退火和线内退火两大类，即：
湿法 （单张钢板热镀锌法）
线外退火 单张钢板热镀锌法
热镀锌 惠林（Wheeling）法（带钢连续热镀锌法）
线内退火 森吉米尔（Sendzimir）法（保护气体法） 改良森吉米尔法
美钢联法（同日本川崎法）
赛拉斯（Selas）法
莎伦（Sharon）法

1． 线外退火：就是热轧或冷轧钢板进入热镀锌作业线之前，首先在抽底式退火炉或罩式退火炉中进行再结晶退火，这样，镀锌线就不存在退火工序了。钢板在热镀锌之前必须保持一个无氧化物和其他脏物存在的洁净的纯铁活性表面。这种方法是先由酸洗的方法把经退火的表面氧化铁皮清除，然后涂上一层由氯化锌或由氯化铵和氯化锌混合组成的溶剂进行保护，从而防止钢板再被氧化。
（1）湿法热镀锌：钢板表面的溶剂不经烘干（即表面还是湿的）就进入起表面覆盖有熔融态溶剂的锌液进行热镀锌。此方法的缺点是：
a.只能在无铅状态下镀锌，镀层的合金层很厚且粘附性很坏。
b.生成的锌渣都积存在锌液和铅液的界面处而不能沉积锅底（因为锌渣的比重大于锌液而小于铅液），这样钢板因穿过锌层污染了表面。因此，该方法已基本被淘汰。
（2）单张钢板：这种方法一般是采用热轧叠轧板作为原料，首先把经过退火的钢板送入酸洗车间用硫酸或盐酸清除钢板表面的氧热镀锌法化铁皮。酸洗之后的钢板立即进入水箱中浸泡等待镀锌,这样可以防止钢板再氧化。后经过酸洗、水清洗、挤干、烘干、进入锌锅（温度一直保持在445—465℃）热镀锌，再进行涂油和铬化处理。这种方法生产的热镀锌板比湿法镀锌成品质量有显著提高，只对小规模生产有一定价值。
（3）惠林法热：该连续镀锌生产线包括碱液脱脂、盐酸酸洗、水冲洗、涂溶剂、烘干等一系列前处理工序，而且原板进入镀锌线镀锌前还需要进行罩式炉退火。这种方法生产工艺复杂，生产成本高，更为主要的是此方法生产的产品常常带有溶剂缺陷，影响镀层的耐蚀性。并且锌锅中的AL常常和钢板表面的溶剂发生作用生成三氯化铝而耗掉镀层的粘附性变坏。因而此方法虽然已问世近三十年，但在世界热镀锌行业中并未得到发展。
2．线内退火：就是由冷轧或热轧车间直接提供带卷作为热镀锌的原板，在热镀锌作业线内进行气体保护再结晶退火。属于这个类行业的热镀锌方法包括：森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）；赛拉斯法；莎伦法。

森吉米尔法：它是把退火工艺和热镀锌工艺联合起来，其线内退火主要包括氧化炉，还原炉两部份组成。带钢在氧化炉中煤气火焰直接加热到450度左右，把带钢表面残存的轧制油烧掉，净化表面。后再把带钢加热到700-800度完成再结晶退火，经冷却段控制进锌锅前温度在480度左右，最后在不接触空气的情况下进入锌锅镀锌，因此，森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用。
美钢联法: 它是森吉米尔法的一个变种，它仅仅是利用一个碱性电解脱脂槽取代了氧化炉的脱脂作用，其余工序与森吉米尔法基本相同。在原板进入作业线后，首先进行电解脱脂，而后水洗、烘干，再通过有保护气体的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅热镀锌。这种方法因带钢不经过氧化炉加热，所以表面的氧化膜较薄，可适当降低还原炉中保护气体的氢含量。这样，对炉安全和降低生产成本有利。但是，由于带钢得不到预加热就进入还原炉中，这样无疑提高了还原炉的热负荷，影响炉子的寿命。因此这种方法并未得广泛应用。

赛拉斯法: 又称火焰直接加热法；首先带钢经碱洗脱脂，而后用盐酸清除表面的氧化皮，并经水洗、烘干后再进入由煤气火焰直接加热的立式线内退火炉，通过严格控制炉内煤气和空气的焰烧比例，使之在煤气过剩和氧气不足的情况下进行不完全焰烧，从而使炉内造成还原气氛。使其快速加热达到再结晶温度并在低氢保护气氛下冷却带钢，最后在密闭情况下浸入锌液，进行热镀锌。该法设备紧凑，投资费用低，产量高（最高可达50/小时）。但生产工艺复杂，特别是在机组停止运转时，为了避免烧断带钢，需要采用炉子横移离开钢带的方法，这样操作问题很多，所以，热镀锌工业采用此法很少。

莎伦法：1939年美国莎伦公司投产一台新型的热镀锌机组，所以也叫莎伦法。该法是在退火炉内向带钢喷射氯化氢气体并使带钢达到再结晶温度，所以也称为气体酸洗法。采用氯化氢气体酸洗，不但能去除带钢表面的氧化皮，而且同时去除了带钢表面的油脂，由于带钢表面被氧化气体腐蚀，形成麻面，所以使用莎伦法所得到的镀层粘附性特别好。但是由于设备腐蚀严重，由此造成很高的设备维修和更新费用。因而此种方法很少被采用。

改良森吉米：它是一种更优越的热镀锌工艺方法；它把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉由一个截面积较小的过道连接起来，这样包括预热炉、还原炉和冷却段在内的整个退火炉构成一个有机整体。实践证明，该法具有许多优点：优质、高产、低耗、安全等优点已逐渐被人们所认识。其发展速度非常快，1965年以来新建的作业线几乎全部采用了这种方法，近年来老的森吉米尔机组也大都按照此方法进行了改造