文/覃虹

摘要：鋅壓鑄合金自本世紀初來，應(yīng)用范圍日益擴大，廣大消費者對其使用性能的要求也不斷提高，合金的實物質(zhì)量已高于相應(yīng)的標準要術(shù)，各生產(chǎn)廠家已為此作出了較大努力。為了控制有害雜質(zhì)，對其在原料中的含量要求越來越低。為了提高合金的質(zhì)量，確保其使用性能的改善與穩(wěn)定，對生產(chǎn)工藝的控制也越來越嚴。人們不僅已意識到了合金煉制過程中溫度和氣體控制的重要性，而且還非常關(guān)注造渣劑、熔煉設(shè)備、雜質(zhì)等諸多方面質(zhì)量影響因素的控制。了解這些也將有益于生產(chǎn)廠家提高鋅壓鑄合金的產(chǎn)品質(zhì)量。

前言

鋅壓鑄合金自上世紀初問世以來，由于其具有鑄造速度快、溫度低、能耗少、鑄模壽命長等許多其他壓鑄合金所缺乏的優(yōu)點，而被很多工業(yè)部門采用，且品種逐漸增多，用量不斷擴大，已形成系列合金產(chǎn)品。此外，這些合金可采用熱壓室壓鑄機加工，比必須在冷壓室壓鑄機中鑄造的高鋁鋅合金和鋁合金的生產(chǎn)速度快得多，且易加工成較為經(jīng)濟的薄壁壓鑄件，其鑄件的表面也易加工、噴漆和電鍍。正因為如此鋅壓鑄合金市場才得以長盛不衰。

目前，各國鋅壓鑄合金都有標準且趨一致。我國市場上常見的鋅壓鑄合金有2# 、3#與7#合金，它們的化學成分如表l所示，其中3#合金市場評價最好。

一、市場上常見壓鑄鋅合金的質(zhì)量問題及分析

盡管鋅壓鑄合金的質(zhì)量標準已趨統(tǒng)一，其成分要求也大體相同，但不同的生產(chǎn)廠家所制造出來的壓鑄合金在市場上的反映卻不盡相同；有的合金質(zhì)量好，用戶使用滿意;有的合金則使用效果差，通常反映的問題有：（1）鋅渣較多，壓鑄件發(fā)脆;(2)合金液態(tài)時流動性能較差，壓鑄件走水不足；(3)壓鑄件表面狀況欠佳，造成鑄件在烘烤與電鍍時起黑點、起泡等缺陷。這些問題產(chǎn)生的原因較復雜，一般來說除了鋅壓鑄合金原料本身原因所致外，也不排除使用廠家工藝等方面問題的影響。

二、合金成分的影響及其控制

2. 1合金中主成分元素的影響

鋁是鋅壓鑄合金中不可缺少的重要元素;它的存在可減少鋅的氧化，提高合金錠的表觀質(zhì)量；0.1%的含量的鋁便可抑制FeZn7脆性物質(zhì)的生成，降低合金錠的脆性，減輕鋅對鐵模壁的腐蝕。在一定范圍內(nèi)加鋁可提高合金的強度、沖擊韌性和流動性能;市場目前反映鋁的最佳控制范圍4%-4. 2% 。鋁過高(4.5%以上)會使合金的沖擊韌性降低，超過5%的鋁含量將導致合金變脆、機械性能下降。據(jù)有關(guān)資料介紹，鋁含量高會導致壓鑄件在清洗時產(chǎn)生針孔，從而使鑄件在后續(xù)處理過程中吸氣并起泡。當然，鋁含量過低(〈3. 5%時)也不妥，合金的流動性能、機械強度將變差，且熱裂和收縮量增加。

鎂是鋅壓鑄合金另一個重要元素，它的存在可提高合金的抗蠕變性能;同時鎂也是改善鋅鋁合金耐蝕性能的比較有效的元素之一;有資料指出鎂含量為0.05%左右時，對雜質(zhì)有害作用的抑制效果最佳。也有資料指出，合金中鎂含量偏高是導致其發(fā)脆的原因之一;例如我國南方某地的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)他們采用雜料生產(chǎn)的鋅壓鑄合金中不專門加鎂，鎂的含量只有0.001%左右，合金硬度低而不易發(fā)脆，壓鑄過程走水性能較好，特別適合用來制造低成本、低檔次的玩具產(chǎn)品。

銅僅僅是部分鋅壓鑄合金所需加的元素，它的存在可削弱有害雜質(zhì)的不利影響，同時它還能提高鋅合金的硬度、強度及沖擊性能。但是它的存在又易引起鋅鋁合金的晶間腐蝕，并使合金尺寸穩(wěn)定性變差。有資料表明，銅含量大于4%時還會引起合金沖擊韌性下降、硬度增大、壓鑄件發(fā)脆等不良弊端;含銅的鋅合金還較易產(chǎn)生體積收縮現(xiàn)象。因此，含銅的壓鑄鋅合金一般控制銅含量在0.1%-1%。

2.2 合金中常見雜質(zhì)的影晌

鋅壓鑄合金中常見的有害雜質(zhì)一般是鐵、鉛、錫、鎘等元素;其中鉛、錫、鎘它們在合金中萬分之幾的含量也會使其強度下降、晶間產(chǎn)生腐蝕、體積與尺寸發(fā)生變化。但是通常它們在合金中含量有限(十萬分之幾)，不會造成有害影響。

鐵則不同，在鋅壓鑄合金生產(chǎn)過程中，它很容易通過不同的途徑混人合金產(chǎn)品之中，影響產(chǎn)品的使用質(zhì)量。據(jù)有關(guān)資料介紹，鐵的含量在0. 018% ,溫度為419℃時，與鋅發(fā)生共晶反應(yīng)生成脆性化合物FeZn7初晶(見圖2)。鋅壓鑄合金加工過程所出現(xiàn)的渣，經(jīng)實物分析表明就是鐵鋅化合物并夾雜有純鋅。另外，鐵能明顯提高鋅壓鑄合金再結(jié)晶溫度;十萬分之幾的鐵就能增加鋅的硬度〔見圖3)。鐵的存在不僅增加渣量，造成工藝過程鋅的損失，而且由于渣熔點高、吸熱，會降低鋅合金在鑄造時的流動性，使鑄件表面質(zhì)量因走水不足、夾渣等原因而變差，鑄件廢品率上升，僅從這方面考慮，鋅合金中的鐵含不宜超過0. 02%。此外，鋅與鐵的電位差為-0.60V，鐵的存在將會降低鋅合金的抗腐蝕性能;當鐵含量超過0. 02%時，由于在合金基體中出現(xiàn)FeZn7初晶，將嚴重影響鑄件的耐蝕性能。因此，鐵元素實際上為鋅壓鑄合金生產(chǎn)過程中最需要嚴格控制的有害雜質(zhì)。目前國內(nèi)一些合金生產(chǎn)廠家雖然已將鋅壓鑄合金中鐵的含量標準從不大于0. 075%修改到不大于0. 03%，大部分消費者也接受這一標準，但也還有部分消費者提出了更嚴的要求，即Fe≤0. 003%暫時只有少數(shù)合金生產(chǎn)工廠可以滿足此要求。

鋅壓鑄合金中鐵的主要來源有兩個途徑，一是熔煉過程中采用鐵質(zhì)工具進行攪拌和耙渣，有的工廠甚至采用鐵質(zhì)坩鍋熔煉合金;由于鋁對鐵有較大的腐蝕性，再加上鋅液本身對鐵的腐蝕，熔煉工具上的鐵與坩鍋上的鐵都會有部分進人鋅合金溶液中，造成合金含鐵增高。另一途徑則是因為我國A1-00的含鐵量控制標準為不大于0. 16%，按此計算，合金中4%的鋁將帶入近0.0064%的鐵，加之高純鋅(含鋅≥99. 995%)本身含鐵標準是小于0.001%,若按上限計算，原料帶入的總鐵量幾乎為0.0074%;而外國合金工廠所選用的鋁一般都是在倫敦金屬交易所注冊的鋁錠，其含鐵不大于0. 12%，若按上述同樣方法計算，則他們生產(chǎn)的鋅壓鑄合金中由原料帶入的總鐵量不會大于0.0058%，比國內(nèi)合金含鐵降低21.62%;這也從一個方面說明了國內(nèi)鋅壓鑄合金含鐵為什么會普遍高于國外同類產(chǎn)品。

三、改善合金質(zhì)量的對策

3.1嚴格控制原料的化學成分

如上所述，原料鋁錠中鐵的含量對鋅壓鑄合金質(zhì)的影響極大。從目前國外同類壓鑄合金產(chǎn)品的實際含鐵量(含鐵為0. 00 2%一0. 003%)分析，其原料鋁錠的含鐵量實際應(yīng)在0. 05%以下。因此，為了滿足國內(nèi)部分消費者對鋅壓鑄合金的高標準質(zhì)量要求，我國合金工廠可以考慮從國外進口鐵含量較低的鋁錠作為合金生產(chǎn)的原料。與此同時，主要原料鋅錠也必須采用高純鋅(又叫0#號鋅;含鋅≥99. 995%)，以保證鋅壓鑄合金主要化學成分特別是鐵等雜質(zhì)成分控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.2正確使用熔煉工具

在條件容許的情況下，鋅壓鑄合金熔煉過程應(yīng)盡可能采用非鐵質(zhì)材料或者是314以及3I6不銹鋼作熔煉過程的操作工具以及坩鍋等，以防止工具或坩鍋中的鐵進入到合金中;沒有條件的工廠也應(yīng)在使用鐵質(zhì)工具和坩鍋時，在其接觸鋅合金熔體的表面預先涂上保護層。

3. 3合理應(yīng)用造渣劑

眾所周知，在合金生產(chǎn)過程中，合金熔體中鐵與鋅易形成鋅一鐵合金渣，且熔體中鐵含量越高，其渣量就越大。因此，熔煉過程中必須造渣和耙渣。目前國內(nèi)使用的造渣劑種類繁多，其中經(jīng)濟且除渣效果又好的造渣劑還是氯化銨;有些工廠操作工人因嫌其在造渣過程產(chǎn)生較多的煙霧和氨氣，而未認真攪拌和耙渣，有的甚至故意不加，致使未耙凈的渣與鋅合金熔體一起進人澆鑄模中鑄錠，影響鋅壓鑄合金錠質(zhì)量。為避免類似問題再出現(xiàn)，可采用以下對策措施:

（1）嚴格進行操作過程管理，改善工廠通風排氣條件。

（2）積極尋找和采用無味、無煙、價格便宜且造渣效果好的造渣劑替代。

3.4加強回爐物料管理

為了確保鋅壓鑄合金和壓鑄件的質(zhì)量，除了選用高純度的原料外。在合金生產(chǎn)及壓鑄件制造過程中，應(yīng)嚴格控制回爐料的成分，對其中有害雜質(zhì)(Fe. Pb. Cd. Sn等)要檢驗分析并確定其含量后再搭配使用。

3.5注意熔煉過程溫度與氣氛的控制

鋅本身熔點低、沸點低。易揮發(fā)又易氧化。常溫下鋅與空氣不怎么反應(yīng)，但高于200度時，則會被迅速氧化;在熔煉溫度下，鋅的氧化會更加劇烈。因此，通常選擇控制鋅合金熔煉溫度在410-480℃之間，并在熔體表面覆蓋木炭，使熔體與空氣隔開，一方面可保持熔體上方還原性氣氛，另一方面還可以使部分氧化鋅還原，降低渣含鋅。此外，熔煉過程結(jié)束之后的澆鑄過程也要特別注意防止合金液體因流動距離太長、落差太大而增加被空氣氧化的機會。

3.6選用先進的熔煉設(shè)備

我國生產(chǎn)鋅壓鑄合金的熔煉設(shè)備種類較多，從鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)乃至個體戶的土爐、反射爐到實力雄厚的大、中型國企的工頻無芯電爐，可謂五花八門，從確保產(chǎn)品質(zhì)量這一觀點看，工頻無芯爐無疑是生產(chǎn)鋅壓鑄合金的最佳熔煉設(shè)備，其理由是:(1)此爐密封性能好,能將爐內(nèi)熔體與空氣隔開，爐內(nèi)氣氛基本保持中性，可以少加或者不加木炭等覆蓋劑。(2)無芯爐是自動攪拌而無需人工攪動熔體，既降低工人勞動強度又減少鐵質(zhì)工具與鋅合金熔體接觸的機會，同時還能降低合金中鐵的含量以及熔煉過程渣率。(3)爐內(nèi)熔體攪拌速度快而均勻，添加的物料和造渣劑能迅速均勻的分布到熔體之中，并與之充分反應(yīng)作用，故造渣效果好，合金成分非常均勻。

四、結(jié)束語

綜上所述，影響鋅壓鑄合金質(zhì)量的因素眾多，相應(yīng)的對策措施也不少;總的歸納起來提高合金質(zhì)量可以從下述幾方面著手 （1）嚴格控制進人熔煉爐內(nèi)原料的化學成分。（2）選用先進的熔煉設(shè)備與合適的造渣劑。（3）調(diào)整好熔煉過程的溫度與氣氛；嚴格控制合金中加人的某些元素(如：A1.Mg,Gu等)。（4）在合金熔煉過程盡量使用非鐵質(zhì)的(或者是314與316不銹鋼)操作工具。當然也可使用涂上保護層的鐵質(zhì)工具。