专利名称：一种锌合金喷丸及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于金属表面处理的合金喷丸，尤其涉及一种用于合金铸件和不锈钢铸件制品的除锈清砂、表面改良、铆接处理等表面处理的锌合金喷丸，本发明还涉及该锌合金喷丸的制备方法。
背景技术：
在金属铸造领域，金属的表面处理是一项必不可少的工序，对提高产品质量具有重要的作用。对于压铸、模铸轻合金和不锈钢铸件制品的金属表面处理包括毛边毛刺的去除、除锈抛光等，而喷丸(也称抛丸)是常用的方法之一。目前现有的喷(抛)丸包括钢丸、不锈钢丸、铝合金丸和纯锌丸，根据被处理铸件的材质硬度选用不同材质的喷丸。对于像铝合金、锌合金、锰合金等被用做汽车零件的轻合金压铸件，由于钢丸和不锈钢丸硬度太高，容易破坏被处理品表面而不被采用，目前采用的是铝合金丸和纯锌丸。但是由于铝丸硬度低、比重小，因此处理效果不好，并且由磨擦产生的粉尘容易产生粉尘爆炸问题。虽然使用纯锌丸的粉尘爆炸可能性低，但容易使被处理品表面变黑，从而影响产品质量；而且纯锌丸的硬度较低，处理时间长，影响生产效率。
目前，铝合金丸和纯锌丸均采用拉丝、切丝的办法来生产，生产工序长，要求生产场地大；而且生产的喷丸为圆柱状，不是球状，喷丸效果差。为了获得球状产品，需要进行圆整化，致使生产效率低下。
发明内容
本发明为克服现有技术中存在的问题，提供一种硬度、比重适中，成品率高的锌合金喷丸。
本发明技术方案还提供上述锌合金喷丸的制备方法。
本发明采用以下技术方案予以实现一种锌合金喷丸，包括锌和铜、镁、铝中的一种或一种以上的组合。
优选的，所述锌合金喷丸由锌、铜，镁、铝组成。
优选的，所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜0.05～15份，镁0.03～5份，铝0.01～2份，锌78-99.9份；且通过改变各组分的重量份数，锌合金喷丸的硬度在Hv40-150范围内可调。
优选的，所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜4～10份，镁1～4份，铝0.5～1.5份，锌85～95份。
优选的，所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜6～8份，镁2～3份，铝0.8～1.2份，锌87～91份。
其中所述锌合金喷丸的颗粒直径为0.1～2.2mm。
制备上述锌合金喷丸的方法，包括以下步骤①熔化将锌和铜、镁、铝中的一种或一种以上的组合的混合物置于金属熔融炉中熔化，得到熔融液，熔化温度为480～750℃，熔化时间为1～2小时。
②成丸将步骤①制得的熔融液转入带有滴管的中间包中，熔融液通过滴管滴入冷却水中，滴管的直径范围为0.1～2.2mm，冷却水温度控制在15～50℃范围内。
③干燥筛分将锌合金喷丸经过转筒干燥器进行除湿干燥，然后进行筛分，得到各种粒径的锌合金喷丸产品。锌合金喷丸也可用其他已知方式干燥。
Cu和Mg在Zn中有较高的固溶度和溶解度变化，所以Cu和Mg能明显提高Zn的硬度、强度和冲击韧性。在一定的范围内，提高Cu和Mg的含量可以提高Zn-Cu-Mg合金的硬度。利用本发明的锌合金喷丸制造方法，锌合金熔融液在降落冷却成丸的过程中，在本发明所述的条件下将发生包晶反应，较软的η相(Zn基共溶体)的周围被较硬的ε相(CuZn3)包围。在喷丸过程中，利用较硬的ε相外壳与被处理表面撞击，以起到较好的清扫效果；而利用内核较软的η相，使其具有一定的弹性和缓冲作用，在不破坏表面的情况下使被处理物的表面光洁并具有银白色光泽，又可以避免被处理物的表面遭到破坏。
单纯的Zn-Cu二元合金具有体积不稳定、表面脆性较大的缺点，同时受微量杂质如Pb的影响，在潮湿空气中容易发生晶间腐蚀，适量镁的加入可以有效地弥补这一不足。
本发明中加入Al的目的是防止Zn合金的氧化倾向，提高锌合金喷丸的表面质量。在高温熔融态锌合金冷却成丸以及在喷(抛)丸施工中，锌合金均处于高温，氧化倾向将影响其实施效果和使用寿命。另外，加入微量的Al能有效抑制FeZn7化合物的生成，减轻锌合金喷丸的脆性，从而消除原料锌锭中微量杂质Fe对锌合金的不利影响，使产品质量达到稳定化。
本发明提供的锌合金喷丸硬度在Hv40～150范围内，既能得到良好的清扫效果又能使处理后的物品表面光洁并具有银白色光泽。当硬度低于Hv40时，清扫效果低，并且由于铜和镁的含量低，锌的本来特征被保留，容易使被处理物的表面变黑；当硬度超过Hv150时锌合金喷丸的硬度过大，而且韧性不足，锌合金喷丸容易破碎，且硬度太高容易导致被处理金属表面遭到破坏。
本发明选定锌合金抛丸的直径为0.1～2.2mm。应用时可以根据被处理铸件的形状、大小及其表面状况来选择，达到既可以得到较高处理能力，又可以得到良好表面处理效果，使被处理物表面光洁，并具有银白的光泽等处理目的。
本发明具有以下显著的优点
与现有的铝合金丸相比，本发明提供的新型锌合金喷丸处理效率高，处理质量好，且粉尘爆炸危险性低。与纯锌丸相比，本发明提供的新型锌合金喷丸消除了被处理品表面易变黑的缺点，且抗氧化性好，使用寿命延长，同时其硬度增大且可调，适应范围扩大。本发明提供的新型锌合金喷(抛)丸表面光滑，无需球磨圆整。另外，本发明使用的设备简单，操作方便，工序短，能有效地提高生产率。
图1为工艺流程设备示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
在附图1中，1为金属熔融炉，2为熔融液，3为中间包，4为滴管，5为水槽，6为水，7为锌合金喷丸。
实施例1在金属熔融炉1中加入99.8kg Zn(99.99％)进行熔炼，金属熔融炉也可为各种适合的金属熔融炉，如中频感应电炉。当炉料融化后向锌液中分别加入0.1kg Cu(99.99％)和0.05kg Mg(99.99％)，调整温度至600℃，待完全熔化后加入0.05kg Al(99.99％)，然后将熔融液2倒入带有滴管的中间包3中，其中滴管4孔径为1.0mm。熔融液通过下部的滴管分散下流，落入冷却水槽5中进行急冷，熔融液靠表面张力作用形成球形锌合金喷丸而沉积在槽底部(附图中7)。冷却水6温度为40℃。将颗粒捞出后经过转筒干燥器干燥，也可用其它方式干燥，筛分后可获得所需要直径的各种锌合金喷丸。颗粒直径范围为0.5～1.8mm，其中1.0～1.4mm的颗粒占70％。经测定，这种锌合金喷丸的硬度为Hv53，较纯锌的Hv43要高。
实施例2在金属熔融炉1中加入94.5kg Zn(99.99％)、4.0kg Cu(99.99％)、1.0kgMg(99.99％)、0.5kg Al(99.99％)的混合物进行熔炼，调整温度至600℃，待完全熔化后将熔融液2倒入带有滴管的中间包3中，其中滴管4孔径为1.0mm。熔融液通过下部的滴管分散下流，落入冷却水槽5中。冷却水6温度为30℃。将颗粒捞出后经过干燥、筛分获得所需要直径的各种锌合金喷丸。颗粒直径范围为0.5-1.5mm，其中1.0-1.4mm的颗粒占65％。经测定，这种锌合金喷丸的硬度为Hv98.2。
实施例3在金属熔融炉1中加入86kg Zn、8kg Cu的混合物进行熔炼，调整温度至620℃，待完全熔化后将熔融液2倒入带有滴管的中间包3中，通过下部的滴管分散下流，落入冷却水槽5中。冷却水6温度为25℃。将颗粒捞出后经过干燥、筛分获得所需要直径的各种锌合金喷丸。颗粒直径范围为0.5-1.5mm，其中1.0-1.4mm的颗粒占65％。
本发明不排除其他制备锌合金喷丸方法的实施例，如，可以把Zn和Cu、Mg、Al之中至少一种以上的任意组合混合制备锌合金喷丸；制备过程中，也可以把Zn、Cu、Mg、Al按比例称好，按不同的顺序加入融化，都属于本另外，本发明还包括其他制备锌合金喷丸的工艺，例如，用凝固的合金块经过热轧，冷轧等工艺制成金属丝，然后按所要求的长度切断也可以制成这样的锌合金喷丸，效果不如前者更好。
本发明的锌合金喷丸特别适合于铝合金、锌合金和锰的表面喷丸、喷丸清理和表面强化处理等。
表1所示为按上述方法制成的不同合金元素组成、不同硬度和直径的锌合金喷丸，并用制成的锌合金喷丸50kg在离心抛丸机上以60m/sec的抛射速度对铝合金压铸件进行抛射实验，然后对合金的性能进行了调查。实验结果如表1中。
表1
如表1所示，No.1抛丸是没有添加铜和镁的锌丸，因此硬度低、清扫时间长，且不能较好去除毛边，锌丸的磨损也很大寿命短，而且处理后物品的表面发黑，喷丸效果为差。No.2的铜含量比本发明低，综合清扫时间、效率和效果等因素后，综合评价为一般。No.3～9是本发明实际实施案例，如表1所示都显示了非常良好的处理效果。
权利要求
1.一种锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸包括锌和铜、镁、铝中的一种或一种以上的组合。
2.如权利要求1所述的锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸由锌、铜，镁、铝组成。
3.如权利要求2所述的锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜0.05～15份，镁0.03～5份，铝0.01～2份，锌78～99.9份。
4.如权利要求3所述的锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜4～10份，镁1～4份，铝0.5～1.5份，锌85～95份。
5.如权利要求2所述的锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸按重量份数比由以下组份组成铜6～8份，镁2～3份，铝0.8～1.2份，锌87～91份。
6.如权利要求1所述的锌合金喷丸，其特征在于所述锌合金喷丸的颗粒直径为0.1～2.2mm。
7.一种制备权利要求1所述的锌合金喷丸的方法，其特征在于包括以下步骤①熔化将锌和铜、镁、铝中的一种或一种以上的组合的混合物置于金属熔融炉中熔化，得到熔融液，熔化温度为480～750℃，熔化时间为1～2小时；②成丸将步骤①制得的熔融液转入带有滴管的中间包中，熔融液通过滴管滴入冷却水中，滴管的直径范围为0.1～2.2mm，冷却水温度控制在15～50℃范围内；③干燥筛分将锌合金喷丸经过转筒干燥器进行除湿干燥，然后进行筛分，得到各种粒径的锌合金喷丸产品。
全文摘要
本发明公开了一种用于金属表面处理的锌合金喷丸及其制备方法，所述锌合金喷丸包括锌和铜、镁、铝中的一种或一种以上的组合。优选的锌合金喷丸由锌、铜，镁、铝组成，且锌合金喷丸的硬度通过改变各组分的重量份数在Hv40－150范围内可调，通过熔化、成丸、干燥和筛分等步骤完成制备过程，锌合金喷丸的粒径和滴管大小在0.1～2.2mm范围内。利用本发明进行金属表面毛边、毛刺的处理、除锈抛光等，爆炸性低、处理效果高、操作工艺简单，且被处理品表面光洁银白，可以适应不同硬度、不同种类金属铸件的表面处理。
文档编号B24C11/00GK1943992SQ20061004835
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者姚家宝, 王秀梅, 胡永琪, 任磊 申请人:连云港倍特金属磨料有限公司