锌合金（以锌为基础加入其他元素的合金）
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更新时间：2023-05-20
锌合金
以锌为基础加入其他元素的合金
锌合金是以锌为基础加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。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。
基本信息
| 中文名 | 锌合金 |
| 外文名 | zinc alloy |
| 化学式 | |
| 具体 | 锌为基础加入其他元素组成的合金 |
| 分类 | 铸造锌合金、变形锌合金 |
成分品质
特点
锌合金
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。
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。
低温锌合金
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。
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。对应相关人才也在增多，收录齐全的有钢铁英才网。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。
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；
（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。
成分
1. 标准合金成分 | 铝 | 铜 | 镁 | 铁 | 铅 | 镉 | 锡 | 锌 |
Zamak 2 | 3.8 ~ 4.3 | 2.7 ~ 3.3 | 0.035 ~ 0.06 | <0.020 | <0.003 | <0.003 | <0.001 | 余量 |
Zamak 3 | 3.8 ~ 4.3 | <0.030 | 0.035 ~ 0.06 | <0.020 | <0.003 | <0.003 | <0.001 | 余量 |
Zamak 5 | 3.8 ~ 4.3 | 0.7 ~ 1.1 | 0.035 ~ 0.06 | <0.020 | <0.003 | <0.003 | <0.001 | 余量 |
ZA8 | 8.2 ~ 8.8 | 0.9 ~ 1.3 | 0.02 ~ 0.035 | <0.035 | <0.005 | <0.005 | <0.001 | 余量 |
Superloy | 6.6 ~ 7.2 | 3.2 ~ 3.8 | <0.005 | <0.020 | <0.003 | <0.003 | <0.001 | 余量 |
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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：
铝棒
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FeAl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。
五金铜套
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：
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。
生产注意
锌合金轴承
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。
分类
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，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。
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。
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。
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。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
锌合金
缺陷表征：压铸件表面有突起小泡。主要表现为：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。
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；
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。
发展历程
一、锌合金的发展
1939-1943年“二战”期间，德国铸造锌合金和铸造铝基合金的年使用总量由7800吨猛增到49000吨，这一变化引起了国际铅锌组织的高度关注和重视。
1959年，国际铅锌组织成员单位联合启动了一项科研计划，命名为“LONG-S PLAN”，其宗旨是研发一种比铜基合金和巴氏合金的性能更高、使用寿命更长的新一代减摩合金，在该计划中将此研发中的减摩合金称之为long-s metal。
1961-1963年间，国际铅锌组织成员单位率先研制出铝基long-s metal减摩合金，牌号分别为AS7、AS12、AS20等。铝基合金AS7、AS12首先被应用在汽车上替代了传统的铜基合金轴瓦，使汽车的高速性能得到了很大提高，促进了汽车工业快速发展；在此之后铝基合金AS20又在大、中型电动机、汽轮机、水轮机、工业泵、鼓风机、压缩机等高速、中低载荷的工况下得到了应用，替代了传统的巴氏合金，促进了装备制造业的快速发展。
上世纪70年代初期，加拿大Norand Mines Limied研究中心与美国Zastern公司合作，研制出锌基long-s metal减摩合金ZA8、ZA12、ZA27等，并将ZA27减摩合金应用在轧钢机、压力机、齿轮箱、磨煤机、空调、精密机床等低速、重载的工作场合，全面替代了传统的铜基合金减摩材料。
新一代long-s metal减摩合金的问世受到国际上广大用户的极大关注，许多工业发达国家都在long-s metal研发上投入更多的人力、物力，仅美国就有数十家公司开发long-s metal铝基、锌基等系列减摩合金。
由于long-s metal具有优良的减摩性、较好的经济性，在制造业领域迅速得到推广并全面替代铜基合金、巴氏合金等传统减摩合金，具有很强的市场竞争力。
后来人们称long-s metal轴承合金为新型减摩合金。
美国Zastern公司技术顾问Mr.Bess在其介绍“LONG-S PLAN”文章中指出：研制经济型long-s metal锌基合金的目的，不仅仅是要在传统轴承合金能够胜任的场合替代它们，更重要的是通过long-s技术，使long-s metal应用于铜基合金和巴氏合金在强度、耐磨性不能满足要求的场合。
据Mr.Bess当时的预测：“long-s metal锌基合金在近期会有一个很大的发展，其生产规模和销售市场将迅速扩大，二十一世纪将是long-s metal 锌基合金的全盛时期。”
二、国内锌合金的发展
缘于新型long-s metal锌合金与传统的巴氏合金皆可用于制造滑动轴承，而且制造成本远远低于巴氏合金，故long-s metal被国内音译为“龙氏合金”，业内称long-s metal为新型减摩合金，更多人习惯称之为新型轴承合金。
1982年，国家铸造技术的归口单位沈阳铸造研究所，引进了美国ASTM B791-1979标准中long-s metal ZA27锌合金，经过近二年的消化吸收，开发出了国产锌基ZA27新型轴承合金，国家标准代号为ZA27-2，标志了我国新型减摩合金的发展拉开了序幕。
1985年，由时任辽宁省副省长陈淑芝女士的倡导和沈阳铸造研究所有关领导的大力支持下，成立了由沈阳铸造研究所的技术骨干组成的沈阳轴瓦材料研究所，专门从事引进国外的long-s metal技术，以推动国内“龙氏合金”技术的发展及推广。
1991年，沈阳轴瓦材料研究所首先在锌基ZA27-2合金的基础上，研究开发了高铝锌基ZA303合金材料，解决了ZA27-2低温脆性等缺点，并与当年通过了沈阳市科学技术委员会科学技术成果鉴定，自此“龙氏合金”技术在国内各大高等院校和科研单位进行大范围的扩散和技术交流，推动了我国“龙氏合金”的快速发展。
三、锌基合金进入了“微晶合金”时代
1999年，纳米技术走向市场，基于纳米技术的产品全球年总营业额高达到500亿美元；一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心；中国也将纳米科技列为中国的“973计划”。
2001年，源自纳米技术所衍生出来的一个技术分支---微纳米应用技术。发达国家的微纳米应用技术在基础材料领域已经得到应用并取得了惊人的成果，尤其是应用微纳米技术制造出的许多微晶合金材料，正在对人类产生深远影响，已彻底改变了人们的思维方式。
中国微米纳米技术学会会员单位的科研人员将微纳米技术应用在特种减摩合金材料领域，先后开发出了为满足某些单项性能有特殊需求的微晶合金材料，如航空发动机用轻体镁基微晶合金、耐高温的镍基微晶合金、要求高度可靠性的银基微晶合金等。特种微晶轴承材料不仅填补了减摩材料国内的空白，而且从材料的单项性能方面保持了与世界微晶合金技术的同步发展。
2009年，中科院沈阳金属研究所、沈阳铸造研究所、沈阳理工大学等微纳米技术应用研究领域的专家们，开展产学研联合攻关；研发出一整套微合金化处理及低温急冷等联合熔铸工艺技术（俗称三次熔炼工艺法），实现了锌基微晶合金的制备；已有四种锌基微晶合金材料在国内已经实现了批量生产，其中包括具有超低减摩系数的微晶锌基合金LZA3805，具有较大PV值特性的微晶锌基合金LZA4008，具有超耐磨特性的微晶锌基合金LZA4205，具有良好抗冲击特性的微晶锌基合金LZA4510等。
锌基微晶合金可以满足单项性能特殊要求的特性，是区别于传统普通减摩合金的重要标志，为装备制造业实现减摩材料的定制化生产，满足了设备制造的个性化需求，为实现装备制造的高效率、高精度、高可靠性、低成本等方面提供了有力的保障。
锌基微晶合金产品以其高可靠性及稳定性成功替代传统减摩合金和新型减摩合金产品，取得了良好的社会效益和巨大的经济效益，标志我国锌基合金的发展进入了“微晶合金”时代。
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，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）。
