浅析锌压铸合金质量的影响因素

文/覃虹

摘要：锌压铸合金自本世纪初来，应用范围日益扩大，广大消费者对其使用性能的要求也不断提高，合金的实物质量已高于相应的标准要术，各生产厂家已为此作出了较大努力。为了控制有害杂质，对其在原料中的含量要求越来越低。为了提高合金的质量，确保其使用性能的改善与稳定，对生产工艺的控制也越来越严。人们不仅已意识到了合金炼制过程中温度和气体控制的重要性，而且还非常关注造渣剂、熔炼设备、杂质等诸多方面质量影响因素的控制。了解这些也将有益于生产厂家提高锌压铸合金的产品质量。

前言

锌压铸合金自上世纪初问世以来，由于其具有铸造速度快、温度低、能耗少、铸模寿命长等许多其他压铸合金所缺乏的优点，而被很多工业部门采用，且品种逐渐增多，用量不断扩大，已形成系列合金产品。此外，这些合金可采用热压室压铸机加工，比必须在冷压室压铸机中铸造的高铝锌合金和铝合金的生产速度快得多，且易加工成较为经济的薄壁压铸件，其铸件的表面也易加工、喷漆和电镀。正因为如此锌压铸合金市场才得以长盛不衰。

目前，各国锌压铸合金都有标准且趋一致。我国市场上常见的锌压铸合金有2# 、3#与7#合金，它们的化学成分如表l所示，其中3#合金市场评价最好。

一、市场上常见压铸锌合金的质量问题及分析

尽管锌压铸合金的质量标准已趋统一，其成分要求也大体相同，但不同的生产厂家所制造出来的压铸合金在市场上的反映却不尽相同；有的合金质量好，用户使用满意;有的合金则使用效果差，通常反映的问题有：（1）锌渣较多，压铸件发脆;(2)合金液态时流动性能较差，压铸件走水不足；(3)压铸件表面状况欠佳，造成铸件在烘烤与电镀时起黑点、起泡等缺陷。这些问题产生的原因较复杂，一般来说除了锌压铸合金原料本身原因所致外，也不排除使用厂家工艺等方面问题的影响。

二、合金成分的影响及其控制

2. 1合金中主成分元素的影响

铝是锌压铸合金中不可缺少的重要元素;它的存在可减少锌的氧化，提高合金锭的表观质量；0.1%的含量的铝便可抑制FeZn7脆性物质的生成，降低合金锭的脆性，减轻锌对铁模壁的腐蚀。在一定范围内加铝可提高合金的强度、冲击韧性和流动性能;市场目前反映铝的最佳控制范围4%-4. 2% 。铝过高(4.5%以上)会使合金的冲击韧性降低，超过5%的铝含量将导致合金变脆、机械性能下降。据有关资料介绍，铝含量高会导致压铸件在清洗时产生针孔，从而使铸件在后续处理过程中吸气并起泡。当然，铝含量过低(〈3. 5%时)也不妥，合金的流动性能、机械强度将变差，且热裂和收缩量增加。

镁是锌压铸合金另一个重要元素，它的存在可提高合金的抗蠕变性能;同时镁也是改善锌铝合金耐蚀性能的比较有效的元素之一;有资料指出镁含量为0.05%左右时，对杂质有害作用的抑制效果最佳。也有资料指出，合金中镁含量偏高是导致其发脆的原因之一;例如我国南方某地的一些乡镇企业他们采用杂料生产的锌压铸合金中不专门加镁，镁的含量只有0.001%左右，合金硬度低而不易发脆，压铸过程走水性能较好，特别适合用来制造低成本、低档次的玩具产品。

铜仅仅是部分锌压铸合金所需加的元素，它的存在可削弱有害杂质的不利影响，同时它还能提高锌合金的硬度、强度及冲击性能。但是它的存在又易引起锌铝合金的晶间腐蚀，并使合金尺寸稳定性变差。有资料表明，铜含量大于4%时还会引起合金冲击韧性下降、硬度增大、压铸件发脆等不良弊端;含铜的锌合金还较易产生体积收缩现象。因此，含铜的压铸锌合金一般控制铜含量在0.1%-1%。

2.2 合金中常见杂质的影晌

锌压铸合金中常见的有害杂质一般是铁、铅、锡、镉等元素;其中铅、锡、镉它们在合金中万分之几的含量也会使其强度下降、晶间产生腐蚀、体积与尺寸发生变化。但是通常它们在合金中含量有限(十万分之几)，不会造成有害影响。

铁则不同，在锌压铸合金生产过程中，它很容易通过不同的途径混人合金产品之中，影响产品的使用质量。据有关资料介绍，铁的含量在0. 018% ,温度为419℃时，与锌发生共晶反应生成脆性化合物FeZn7初晶(见图2)。锌压铸合金加工过程所出现的渣，经实物分析表明就是铁锌化合物并夹杂有纯锌。另外，铁能明显提高锌压铸合金再结晶温度;十万分之几的铁就能增加锌的硬度〔见图3)。铁的存在不仅增加渣量，造成工艺过程锌的损失，而且由于渣熔点高、吸热，会降低锌合金在铸造时的流动性，使铸件表面质量因走水不足、夹渣等原因而变差，铸件废品率上升，仅从这方面考虑，锌合金中的铁含不宜超过0. 02%。此外，锌与铁的电位差为-0.60V，铁的存在将会降低锌合金的抗腐蚀性能;当铁含量超过0. 02%时，由于在合金基体中出现FeZn7初晶，将严重影响铸件的耐蚀性能。因此，铁元素实际上为锌压铸合金生产过程中最需要严格控制的有害杂质。目前国内一些合金生产厂家虽然已将锌压铸合金中铁的含量标准从不大于0. 075%修改到不大于0. 03%，大部分消费者也接受这一标准，但也还有部分消费者提出了更严的要求，即Fe≤0. 003%暂时只有少数合金生产工厂可以满足此要求。

锌压铸合金中铁的主要来源有两个途径，一是熔炼过程中采用铁质工具进行搅拌和耙渣，有的工厂甚至采用铁质坩锅熔炼合金;由于铝对铁有较大的腐蚀性，再加上锌液本身对铁的腐蚀，熔炼工具上的铁与坩锅上的铁都会有部分进人锌合金溶液中，造成合金含铁增高。另一途径则是因为我国A1-00的含铁量控制标准为不大于0. 16%，按此计算，合金中4%的铝将带入近0.0064%的铁，加之高纯锌(含锌≥99. 995%)本身含铁标准是小于0.001%,若按上限计算，原料带入的总铁量几乎为0.0074%;而外国合金工厂所选用的铝一般都是在伦敦金属交易所注册的铝锭，其含铁不大于0. 12%，若按上述同样方法计算，则他们生产的锌压铸合金中由原料带入的总铁量不会大于0.0058%，比国内合金含铁降低21.62%;这也从一个方面说明了国内锌压铸合金含铁为什么会普遍高于国外同类产品。

三、改善合金质量的对策

3.1严格控制原料的化学成分

如上所述，原料铝锭中铁的含量对锌压铸合金质的影响极大。从目前国外同类压铸合金产品的实际含铁量(含铁为0. 00 2%一0. 003%)分析，其原料铝锭的含铁量实际应在0. 05%以下。因此，为了满足国内部分消费者对锌压铸合金的高标准质量要求，我国合金工厂可以考虑从国外进口铁含量较低的铝锭作为合金生产的原料。与此同时，主要原料锌锭也必须采用高纯锌(又叫0#号锌;含锌≥99. 995%)，以保证锌压铸合金主要化学成分特别是铁等杂质成分控制在规定的范围内。

3.2正确使用熔炼工具

在条件容许的情况下，锌压铸合金熔炼过程应尽可能采用非铁质材料或者是314以及3I6不锈钢作熔炼过程的操作工具以及坩锅等，以防止工具或坩锅中的铁进入到合金中;没有条件的工厂也应在使用铁质工具和坩锅时，在其接触锌合金熔体的表面预先涂上保护层。

3. 3合理应用造渣剂

众所周知，在合金生产过程中，合金熔体中铁与锌易形成锌一铁合金渣，且熔体中铁含量越高，其渣量就越大。因此，熔炼过程中必须造渣和耙渣。目前国内使用的造渣剂种类繁多，其中经济且除渣效果又好的造渣剂还是氯化铵;有些工厂操作工人因嫌其在造渣过程产生较多的烟雾和氨气，而未认真搅拌和耙渣，有的甚至故意不加，致使未耙净的渣与锌合金熔体一起进人浇铸模中铸锭，影响锌压铸合金锭质量。为避免类似问题再出现，可采用以下对策措施:

（1）严格进行操作过程管理，改善工厂通风排气条件。

（2）积极寻找和采用无味、无烟、价格便宜且造渣效果好的造渣剂替代。

3.4加强回炉物料管理

为了确保锌压铸合金和压铸件的质量，除了选用高纯度的原料外。在合金生产及压铸件制造过程中，应严格控制回炉料的成分，对其中有害杂质(Fe. Pb. Cd. Sn等)要检验分析并确定其含量后再搭配使用。

3.5注意熔炼过程温度与气氛的控制

锌本身熔点低、沸点低。易挥发又易氧化。常温下锌与空气不怎么反应，但高于200度时，则会被迅速氧化;在熔炼温度下，锌的氧化会更加剧烈。因此，通常选择控制锌合金熔炼温度在410-480℃之间，并在熔体表面覆盖木炭，使熔体与空气隔开，一方面可保持熔体上方还原性气氛，另一方面还可以使部分氧化锌还原，降低渣含锌。此外，熔炼过程结束之后的浇铸过程也要特别注意防止合金液体因流动距离太长、落差太大而增加被空气氧化的机会。

3.6选用先进的熔炼设备

我国生产锌压铸合金的熔炼设备种类较多，从乡镇企业乃至个体户的土炉、反射炉到实力雄厚的大、中型国企的工频无芯电炉，可谓五花八门，从确保产品质量这一观点看，工频无芯炉无疑是生产锌压铸合金的最佳熔炼设备，其理由是:(1)此炉密封性能好,能将炉内熔体与空气隔开，炉内气氛基本保持中性，可以少加或者不加木炭等覆盖剂。(2)无芯炉是自动搅拌而无需人工搅动熔体，既降低工人劳动强度又减少铁质工具与锌合金熔体接触的机会，同时还能降低合金中铁的含量以及熔炼过程渣率。(3)炉内熔体搅拌速度快而均匀，添加的物料和造渣剂能迅速均匀的分布到熔体之中，并与之充分反应作用，故造渣效果好，合金成分非常均匀。

四、结束语

综上所述，影响锌压铸合金质量的因素众多，相应的对策措施也不少;总的归纳起来提高合金质量可以从下述几方面着手 （1）严格控制进人熔炼炉内原料的化学成分。（2）选用先进的熔炼设备与合适的造渣剂。（3）调整好熔炼过程的温度与气氛；严格控制合金中加人的某些元素(如：A1.Mg,Gu等)。（4）在合金熔炼过程尽量使用非铁质的(或者是314与316不锈钢)操作工具。当然也可使用涂上保护层的铁质工具。