锌合金

锌和其他元素组成的合金。[1]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。熔融法制备，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。锌合金的主要添加元素有铝，铜和镁等。锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类。铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好，适用于压铸仪表，汽车零件外壳等。

物质特点

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：温度影响

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。

物质种类

Zamak3：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。

Zamak5：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。

Zamak2：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。

超塑锌合金

具有超塑性的锌合金。其典型代表是Zn-22Al的共析合金，它具有很大的延伸率(>1000％)，很小的流变应力和高的应变速率敏感性指数(m=0.5)，具有良好的组织可处理性，通过强化处理，调节组织形态，可提高室温强度。该合金的超塑变形温度不高(250℃)，便于生产。但它的室温综合性能不理想，如抗蠕变性能和抗蚀性能都较差，为提高其综合性能，可加入少量Cu，Mg等合金元素。常用的锌基超塑合金还有Zn-22Al-0.2Cu，Zn-4Al和Zn-5Al共晶合金。它们可用于工艺美术品、塑料模具、旋钮和橡胶制品模具的生产。

物质选择

选择哪一种锌合金，主要从三个方面来考虑

（一）压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。

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。

（二）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。

（三）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。

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。铝对流动性和机械性能的影响见图3。流动性在铝含量5%时达到最大值；在3%时降到最小值。铝对冲击强度的影响见图3中虚线。冲击强度在含铝量3.5%达到最大值；6%时降到最小值。含铝量超过4.3%，合金变脆。含铝量低于规定范围，导致薄壁件充型困难，有铸后冷却破裂的可能。铝在锌合金中不利的影响是产生Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。

（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。

物质应用

豪华型锌合金汽车立标

1、此款立标采用锌合金镀铬材质，不会生锈。

2、橄榄型的底座，厚重而稳固。做工精细，质量一流。

3、底部使用3M胶。

使用方法

1、彻底清洁需要粘贴车标的位置，并使此位置干燥。

2、将车标底座的3M胶揭下来，粘在适当的位置，稍用力长按压一分钟左右即可。

新型锌合金防盗窗

传统不锈钢的产品特性已开始暴露了其中的弊端，其质量承诺开始产生质疑，其渠道价格体系已处于相对透明状态，金升锌合金彩钢防护窗，吸取了现行门窗的优点，成为独具功能和自身特色的新型产品，是防护窗第三代换代产品，它集安全性和美观性于一体，采用独特的免焊接流水线作业，组合式穿梭结构，已经接受了市场的洗礼，顺应了市场和消费者的需求，它的诞生将是防护窗历史上一次划时代性的革命。

锌合金彩钢防盗窗，所用材质和高速公路护栏、高压电塔等野外设施相同。高强度、外观精美、色泽鲜艳、质优价廉，是不锈钢防护网的最佳替代品。

分类

锌合金也称为锌基合金，一般分为二元合金、三元合金和多元合金。二元锌基合金一般指锌铝合金；三元锌基合金一般指锌铝铜合金；多元合金一般指锌铝铜及其他微量金属。

锌基合金、锌合金、锌铝合金都是一个宽泛的概念，不是指该合金可以满足某种特定功能的概念。如锌铝合金按照铝的含量分为低铝锌基合金、中铝锌基合金和高铝锌基合金。它们虽说都是锌铝合金，但它们的性能却有着很大不同。

低铝锌基合金一般为二元合金，主要用于防腐功能，现在基本上用喷镀锌铝合金替代了镀锌工艺（新技术）。中铝锌基合金一般为三元合金，主要用于紧固功能，常常用于制造铆钉等紧固件，其原因是除了其具有一定的强度和延伸率，最主要是其具有很好的施工方便性。高铝锌基合金一般为三元或多元合金，该合金具有这样的特性，即采用不同的熔炼参数和铸造工艺，制造出的材料在性能上存在着很大的差异；有的延伸率好适合于制造紧固件，有的强度高适合于制造高强度壳体，只有一少部分减摩系数小适合于制造滑动轴承；因此高铝锌基合金在国外被称作“魔术合金”。一般来说，锌基轴承合金都是高铝锌基合金，但高铝锌基合金并不都是滑动轴承合金。

新型滑动轴承合金的分类中的“锌基合金”和上述宽泛概念的锌基合金有着本质上的差异，严格说就不是一类材料。

滑动轴承合金要求要有一定的强度、延伸率和硬度，最重要的要有非常良好的减摩性能。

良好的减摩性绝对不是把几种有关的金属成份混合在一起熔炼就可以自然产生出来的，它是需要完整的工艺来保证其性能的；比如金刚石和石墨，它们具有相同的化学成份，如果采用不同的工艺，那么就可以生产出金刚石或石墨；金刚石的分子结构是三角形结构，它的特性是坚硬无比，可以用来制作刀具；石墨的分子结构是平行结构，它的特性是非常柔软，可以用来制作润滑剂；金刚石和石墨成分相同，其性能却是天壤之别。

多元合金的工艺比三元合金要复杂许多；三元合金是可以通过一次熔炼产生，也采用二次熔炼工艺。由于二次熔炼的成本比一次熔炼的高，许多企业愿意采用一次熔炼工艺生产三元合金。多元合金是在三元合金的基础上多加了一种或几种合金成份，熔炼技术自然就要复杂许多，一般的熔炼技术水平想随意多加一种或几种元素，其实都是很有难度加入进去的。

随着世界纳米技术的诞生，从纳米技术衍生出的微纳米应用技术给基础材料工业带来了全新的发展思路，彻底改变了人们的思维。

微纳米应用技术应用在了轴承合金领域，诞生了先进的“联合熔铸工艺”技术，因此实现了在多元的轴承合金基础上制造与世界同步的锌基微晶合金。

微晶合金是一种合金晶粒细化至微米级的锌基合金材料，具有这种超微晶粒的锌基合金可以实现在某一特殊方面表现出极其优异的综合机械性能、超强的尺寸稳定性和耐磨性。

使用注意

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，而使铸件的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。

4.锌合金压铸件由于锁模力不足、合模不良、模具强度不足、熔汤温度太高等问题会出现表面有毛刺的现象,这种现象叫做产品披锋,往往是企业必须要面对的后处理加工工序.目前主要是根据产品性质运用手工打磨,氢氧爆炸以及昭凌冷冻抛丸机去解决.

缺陷分析

前各种装饰方面，如家具配件、建筑装饰、浴室配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣、各种金属饰扣等都广泛用到锌合金压铸件，这也就要求其铸件表面的质量要高，并需具有良好的表面处理性能。而锌合金压铸件最常见的缺陷是表面起泡。

缺陷表征：压铸件表面有突起小泡。主要表现在：压铸出来就发现，抛光或加工后显露出来，还有喷油或电镀后会出现。

产生原因：

1．孔洞引起：主要是气孔和收缩机制，气孔往往是圆形，而收缩多数是不规则形。

（1）气孔产生原因：

a金属液在充型、凝固过程中，由于气体侵入，导致铸件表面或内部产生孔洞。

b涂料挥发出来的气体侵入。

c合金液含气量过高，凝固时析出。当型腔中的气体、涂料挥发出的气体、合金凝固析出的气体，

在模具排气不良时，最终留在铸件中形成的气孔。

（2）缩孔产生原因：

a金属液凝固过程中，由于体积缩小或最后凝固部位得不到金属液补缩，而产生缩孔。

b厚薄不均的铸件或铸件局部过热，造成某一部位凝固慢，体积收缩时表面形成凹位。由于气孔

和缩孔的存在，使压铸件在进行表面处理时，孔洞可能会进入水，当喷漆和电镀后进行烘烤时，孔

洞内气体受热膨胀；或孔洞内水会变蒸气，体积膨胀，因而导致铸件表面起泡。

2．晶间腐蚀引起：锌合金成分中有害杂质：铅、镉、锡会聚集在晶粒交界处导致晶间腐蚀，金属基体因晶间腐蚀而破碎，而电镀加速了这一祸害，受晶间腐蚀的部位会膨胀而将镀层顶起，造成铸件表面起泡。特别是在潮湿环境下晶间腐蚀会使铸件变形、开裂、甚至破碎。

3．裂纹引起：水纹、冷隔纹、热裂纹。

水纹、冷隔纹：金属液在充型过程中，先进入的金属液接触型壁过早凝固，后进入金属液不能和已凝固金属层熔合为一体，在铸件表面对接处形成叠纹，出现条状缺陷。水纹一般是在铸件表面浅层；而冷隔纹有可能渗入到铸件内部。

热裂纹：

a当铸件厚薄不均，凝固过程产生应力；

b过早顶出，金属强度不够；

c顶出时受力不均

d过高的模温使晶粒粗大；

e有害杂质存在。以上因素都有可能产生裂纹。当压铸件存在水纹、冷隔纹、热裂纹，电镀时溶

液会渗入到裂纹中，在烘烤时转化为蒸气，气压顶起电镀层形成起泡。

解决缺陷方案：控制气孔产生，关键是减少混入铸件内的气体量，理想的金属流应不断加速地由喷嘴经过分流锥和浇道进入型腔，形成一条顺滑及方向一致的金属流，采用锥形流道设计，即浇流应不断加速地由喷嘴向内浇口逐渐减少，可达到这个目的。在充填系统中，混入的气体是由于湍流与金属液相混合而形成气孔，从金属液由浇铸系统进入型腔的模拟压铸过程的研究中，明显看出浇道中尖锐的转变位和递增的浇道截面积，都会使金属液流出现湍流而卷气，平稳的金属液才有利于气体从浇道和型腔进入溢流槽和排气槽，排出模外。

对于缩孔：要使压铸凝固过程中各个部位尽量同时均匀散热，同时凝固。可通过合理的水口设计，内浇口厚度及位置，模具设计，模温控制及冷却，来避免缩孔产生。

对于晶间腐蚀现象：主要是控制合金原料中有害杂质含量，特别是铅<0.003%。注意废料带来的杂质元素。

对于水纹、冷隔纹，可提高模具温度，加大内浇口速度，或在冷隔区加大溢流槽，来减少冷隔纹的出现。

对于热裂纹：压铸件厚薄不要急剧变化以减少应力产生；相关的压铸工艺参数作调整；降低模温

电镀退镀

锌铝压铸件是──种以锌为主要成分的压铸零件。这种零件表面有──层很致密的表层，里面则是疏散多孔结构，又是活泼的两性金属。所以，只有采用适当的前处理方法和电镀工艺，才能确保锌合金上的电镀层有良好的附着力，达到合格品的要求。

电镀常用的锌合金材料为ZA4-1，其主要成分为：铝3.5%～4.5%，铜0.75%～1.25%，镁0.03%～0.08%，余量为锌，杂质总和≤0.2%。而925牌号的锌合金含铜量高，也易于电镀。通常，锌合金的密度为6.4～6.5g/cm，若密度<6.4g/cm，电镀后易发生起泡和麻点。总之，选材时务必严格把关。另外，压铸时模具必须设计合理，避免给电镀带来难以克服的缺陷（如麻点）

牺牲阳极

锌合金牺牲阳极按国标GB/T4950-2002《锌－铝－镉合金牺牲阳极》生产，用于管道的阳极同时符合SY/T0019-97《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》。执行标准： GB/T4950-2002 SY/T0019-97。锌合金牺牲阳极适用于海水、淡海水介质中的船舶、机械设备、海洋工程和海港设施以及低电阻率土壤中的管道、电缆等设施金属防腐蚀的阴极保护。