专利名称：压铸用Zn合金及其制造方法、压铸合金用Al母合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及压铸用Zn合金及其制造方法，以及用于其制造方法的 压铸合金用Al母合金。
背景技术：
锌(Zn)合金有优异的机械性质和铸造性，能够得到薄壁、复杂的 形状、精密的尺寸，所以继铝(Al)合金之后，被广泛用作压铸用合金。 另外，压铸用Zn合金兼具以下优点能够实施广泛的表面处理，耐腐 蚀性优异，熔点低，所以能够在热室中进行压铸，金属模的价格低，还 能够延长寿命，所以比较经济。因而压铸用Zn合金被广泛用于汽车相 关部件、机械部件、建筑小五金、装饰品等。
作为被JIS化的压铸用Zn合金，有2种在Zn中添加了 Al和镁(Mg) 的压铸用Zn合金块、和l种在上述压铸用Zn合金块中进一步添加了 1 质量％左右的铜(Cu)的压铸用Zn合金块。另外，还已知3种虽未被 JIS化、但在2种压铸用Zn合金块中添加了 3质量Q/。左右的Cu的金属 模用合金。
一方面，Zn合金具有比重大于Al合金、Mg合金等其他压铸合金、 树脂材料等的缺点。因此，在汽车、机械等的轻质化所产生的影响下， 压铸用Zn合金的市场占有率正在逐步缩减。为了弥补上述缺点，必须 制造尽可能薄壁的Zn合金压铸制品，进行轻质化。
另 一方面，压铸制品容易在内部发生使机械强度及伸长率降低的称 为"气孔，，的气穴缺陷。另外，在制品的表面发生气穴缺陷导致成品率 降低，在制品薄壁部发生的气穴缺陷导致气泡缺陷。Zn合金压铸制品的 情况下， 一般来说， 一旦厚度达到lmm以下，气穴缺陷所导致的表面 异常就会变得显著，另外发生流动性不足所导致的水紋，使生产率降低。 因此，专利文献1中公开了一种压铸用Zn合金，所述压铸用Zn合金除 了 Al、 Mg外，还添加了适量的稀土类元素，由此抑制制品化时气穴缺 陷的发生，能够实现薄壁化。
专利文献l:特开2005-89862号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述地添加了稀土类元素的压铸用Zn合金压铸时的熔融金属 的流动性(液性)优异、能够抑制水紋等的发生。结果制得的Zn合金 压铸制品气穴缺陷减少，表面不良、气泡缺陷变少，强度、伸长率、杨 氏模量之类机械特性也得到提高。所以，能够实现薄壁化，也能够实现 制品的轻质化。
但是，为了抑制气穴缺陷的发生而添加的稀土类元素的添加量微 少，熔铸压铸用Zn合金时，添加到该Zn熔融金属中的稀土类元素没有 均匀地分散，凝固时，出现稀土类元素在Zn合金中偏析的问题。即使 在压铸用Zn熔融金属中直接添加稀土类元素，稀土类元素也没有熔化 而是发生偏析。即，在对添加了稀土类元素的现有压铸用Zn合金的任 意部位进行EPMA测定时，局部检测到稀土类元素，并4全测到稀土类元 素发生偏析。稀土类元素如上所述地发生偏析时，锌熔融金属的流动性、 充型性变差。因此，制品化时无法充分地抑制部分气穴缺陷的发生，导 致无法得到均质的Zn合金压铸制品。
本发明的目的在于提供稀土类元素不发生偏析而是均匀地分散的 压铸用Zn合金及其制造方法。
解决问题的方法
技术领域：
本发明人等为了解决上述问题进行了各种研究，结果发现熔铸Zn 合金时，将含有3质量％以上低于10质量％的稀土类元素的Al母合金 添加到Zn熔融金属中时，稀土类元素均匀地分散到Zn熔融金属中，凝 固时，稀土类元素在Zn合金中不发生偏析。另外，明确使添加上述A1 母合金进行熔铸得到的Zn合金凝固得到的压铸用Zn合金的结晶粒径在 lO]iim以下。
本发明是基于上述见解而提出的。根据本发明，提供一种压铸用Zn 合金，其特征在于，含有Al: 3~5质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 1 种或2种以上的稀土类元素0.01 ~ 0.5质量％,余量包含Zn和不可避 免的杂质，结晶粒径为10pm以下。
另外，根据本发明，提供一种压铸用Zn合金，其特征在于，含有 Al: 3~5质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 l种或2种以上的稀土类元素0.01 ~ 0.5质量％,余量包含Zn和不可避免的杂质，没有金属间化 合物的最大径在20pm以上的金属间化合物。
进而还可以含有Cu: 0.5~5质量％。另外，再次熔融使铸造凝固时， 表面的结晶粒径和内部的结晶粒径之差优选在10%以内。
另外，根据本发明，提供一种压铸用Zn合金的制造方法，其特征 在于，添加含有3质量％以上低于10质量％的l种或2种以上的稀土类 元素、余量包含A1和不可避免的杂质的Al母合金，熔铸含有A1: 3~5 质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 一种或2种以上的稀土类元素0.01-0.5质量％、余量包含Zn和不可避免的杂质的Zn合金，使其凝固。
进而，根据本发明，提供一种A1母合金，其特征在于，含有3质 量％以上低于10质量％的1种或2种以上的稀土类元素、余量包含Al 和不可避免的杂质。
发明的效果
根据本发明，通过添加含有3质量％以上低于10质量％的Al母合 金，熔铸Zn合金，能够使稀土类元素均匀地混合，可以不使稀土类元 素发生偏析地制造压铸用Zn合金。
实施例1的压铸用Zn合金的SEM照片 [图2]比较例3的压铸用Zn合金的SEM照片 [图3]表示实施例1 ~ 3及比4支例1 ~ 3的表具体实施例方式
本发明的压铸用Zn合金中各组成成分的意义如下所述。
Al改善压铸时的熔融金属的流动性。但是，压铸用Zn合金是能够 进行热室压铸的合金，如果Al的含量增加，则熔点提高，有时难以进 行热室压铸，所以Al的添加量优选为3~5质量％。
Mg是为了抑制粒间腐食而含有的。如果含量少，则抑制效果低， 如果含量变多，则Zn合金压铸制品的冲击强度有时降低，所以添加量 优选为0.03 ~ 0.06质量％。
含有Cu并不是必须的，但是通过添加Cu,能够进一步提高强度。但是，如果添加量增多，则有时使得流动性或冲击强度降低，所以添加
Cu时，其添加量为0.5-5质量％的范围。
稀土类元素是镧(La)至镥(Lu)的15种元素，通过添加上述稀 土类元素中的一种或2种以上，能够抑制为气穴缺陷的"气孔"的发生， 使Zn合金压铸制品的机械特性提高。作为稀土类元素，例如优选添加 稀土金属混合物(mischmetal)。需要说明的是，所谓稀土金属混合物， 是指含有稀土类元素中的1种以上的金属的集合体或合金，作为金属元 素，为La、铈(Ce)、钕(Nd)、镨(Pr)等。特别是如果La为15%、 铈(Ce)为45%以上，则可以更确实地抑制气穴缺陷的发生。
稀土类元素的含量为0.01 ~ 0.5质量％,优选低于0.2质量％。例如 添加稀土金属混合物时那样，添加2种以上的稀土类元素时，上述2种 以上的稀土类元素(例如稀土金属混合物)的含量总和为0.01 ~ 0.5质 量％，更优选上述2种以上的稀土类元素(例如稀土金属混合物)的含 量总和低于0.2质量％。进而，如果使上述2种以上的稀土类元素(例 如稀土金属混合物)的含量总和为0.01 ~ 0.15质量％的低含量，则气穴 缺陷的减少效果和液性的改善也显著。通过使稀土类元素的含量在0.2 质量％以下，能够缩短制造压铸中使用的合金钢锭时的熔化时间，故而 优选。另外，如果稀土类元素的含量超过0.5质量％,则熔化时间延长， 所以制造成本增大，发生经济亏损。
为了制作具有以上组成的本发明的压铸用Zn合金，将纯度99%以
上的Zn在熔化炉中熔化，在该Zn熔融金属中添加Al、例如含有3质量 %以上低于10质量％稀土金属混合物等1种或2种以上的稀土类元素、 余量包含A1和不可避免的杂质的Al母合金、Mg。另外，必要时也添加 Cu。需要说明的是，Mg优选在添加Al或Al母合金后添加。熔铸含有 Al: 3~5质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 一种或2种以上的稀土类元 素0.01 ~ 0.5质量％、进而根据需要含有Cu: 0.5 ~ 5质量％、余量包含 Zn和不可避免的杂质的Zn合金。通过使用含有超过3质量％以上低于 10质量％稀土类元素、余量包含A1和不可避免的杂质的Al母合金，能 够使稀土类元素均匀地混合。特别是作为上述Al母合金中含有的稀土 类元素，如果使用La、 Ce总和在50%以上的稀土金属混合物，则更容 易均匀地混合稀土类元素，能够抑制偏析制造压铸Zn合金。
添加稀土类元素的含量低于3质量％的Al母合金熔铸Zn合金时，在由此制造的压铸Zn合金中，合金内部和合金表面的结晶粒径之差变 大，再熔化使其凝固时，发生气穴缺陷。
熔铸Zn合金时，通过使用稀土类元素的含量在3质量％以上低于 10质量Q/。的A1母合金，在制造的压铸Zn合金中，能够使稀土类元素均 匀地分散，Zn压铸合金中的结晶粒径在lOiam以下。
另一方面，添加稀土类元素的含量在10质量％以上的Al母合金熔 铸Zn合金时，稀土类元素未被均匀地混合，由此制造的压铸Zn合金中， 稀土类元素在组织内偏析，没有生成结晶粒径超过lOnm的金属间化合 物，无法制造结晶粒径小的(5 10pm范围的)压铸Zn合金。
需要说明的是，制作Al母合金时，首先升温至IOO(TC以上使Al 完全熔化。在上述Al熔融金属内添加稀土金属混合物等的1种或2种 以上的稀土类元素使其在3质量％以上低于10质量％。将熔融金属的温 度维持在IOO(TC以上，进行数小时磁力搅拌，添加稀土金属混合物。然 后，将熔融金属冷却至950。C进行铸造，制成添加有稀土类元素的Al 母合金。
然后，将按上述要领熔铸的含有Al: 3~5质量％、 Mg: 0.03-0.06 质量％、 一种或2种以上的稀土类元素0.01 ~ 0.5质量％、进而根据需 要含有Cu: 0.5~5质量％、余量包含Zn和不可避免的杂质的Zn合金 的熔融金属浇注到铸型中，使其凝固进行铸造，由此可以制造本发明的 压铸用Zn合金。由此制造的本发明的压铸用Zn合金的结晶粒径超过 20|um的金属间化合物不发生偏析，结晶粒径在10|Lim以下的范围内， 即使再熔融使其凝固时，表面的结晶粒径和内部的结晶粒径之差也在 10%以内。需要说明的是，通过添加0.5~5质量％的Cu,可以提高Zn 合金的机械强度。
另外，使由此制造的本发明的压铸用Zn合金熔融得到的熔融金属 的流动性(液性)优异，能够抑制水紋等的发生。另外，稀土类元素均 匀地分散，由此使制造的Zn合金压铸制品整体中，气穴缺陷减少，表 面不良或气泡缺陷变少，强度或伸长率、杨氏^^莫量之类机械特性也提高。 因此，可以薄壁化，也可以实现制品的轻质4b。所以，也可以实现制品 的轻质化。使用本发明的压铸用Zn合金制造的Zn合金压铸制品适用于 例如汽车相关部件、机械部件、建筑小五金、装饰品等。
需要说明的是，进行压铸成形时，使原料熔融注入铸型内后，加水使其骤冷。因此，制品表面的结晶粒径变小，另一方面，由于内部没有
被骤冷，所以难以与表面同样地缩小结晶粒径。根据本发明的压铸用Zn 合金，可以通过使稀土类元素分散，缩小结晶粒径至压铸成形后的制品 的内部。
实施例 (实施例1 )
(1) Al母合金的制造
在熔融炉中将lt Al熔融，得到Al液。接下来，将Al液的温度升 至100(TC。在上述Al液中投入90KgCe 53%、 La 25%的稀土金属混合 物(稀土类元素)，搅拌、熔化，使A1母合金的组成为91质量。/。Al、 9 质量％稀土金属混合物(稀土类元素)。确认熔化后，从熔融炉注入铸 型内，使液温为950。C,进行铸造、冷却固化，得到A1母合金。
(2) 压铸用Zn合金的制造
在熔融炉中将2tZn在50(TC下熔融，向其中投入约10Kg上述得到 的A1母合金，依次添加A1、 Cu、 Mg,搅拌、熔化，制造稀土金属混合 物(稀土类元素)的组成为0.05质量％的压铸用Zn合金(压铸制品)。 上述熔化耗费的时间约为60分钟。熔化后，将熔铸的Zn合金在铸型中 铸造，冷却后，从铸型中取出压铸用Zn合金。
实施例1的压铸用Zn合金的剖面的SEM照片如图1所示。图l(a) 为2200倍，图1 (b)为1000倍。在实施例1的压铸用Zn合金的剖面 中，由IOOO倍的SEM照片测定组织的结晶粒径时，粒径为5 10pm, 结晶粒径小，且一致。另外，对所得Zn合金的剖面SEM照片进行画像 解析，求出缩孔的比例时，缩孔比例为0.20%,也未观察到最大径在lnm 以上的金属间化合物的生成。采用EPMA对该Zn合金的剖面进行组成 分析时，未观察到稀土类元素的偏析。
采用MIT法测定上述锌合金在42(TC时的流动长度时，流动长度为 270mm。
(实施例2)
调整Al母合金中的稀土金属混合物的添加量，除此之外，与实施 例1同样地进行。实施例2的Al母合金的金属组成为Al 97质量％、稀 土金属混合物3质量。压铸用Zn合金的组成与实施例l相同。实施例2的压铸用Zn合金的剖面中组织的结晶粒径由1000倍的 SEM照片进行测定时，粒径为5-10]um,结晶粒径细，且一致。另夕卜， 缩孔比例为0.15%,也未观察到最大径在l|um以上的金属间化合物的生 成。在用EPMA对上述Zn合金的剖面进行组成分析时，也未观察到稀 土类元素的偏析。
上述锌合金在420。C时的流动长度为275mm。
(实施例3 )
调整Al母合金中的稀土金属混合物的添加量，除此之外，与实施 例1同样地进行。实施例3的Al母合金的金属组成为Al 94质量％、稀 土金属混合物6质量％。压铸用Zn合金的组成与实施例1相同。
实施例3的压铸用Zn合金的剖面中组织的结晶粒径由1000倍的 SEM照片进行测定时，粒径为5 10jum,结晶粒径细，且一致。另外， 缩孔比例为0.11%,也未观察到最大径在l|um以上的金属间化合物的生 成。对上述Zn合金的剖面进行EPMA测定时，没有观察到稀土类元素 的偏析。
上述Zn合金在420。C下的流动长度为275mm。 (比较例1 )
不添加稀土金属混合物制作压铸用Zn合金。没有添加稀土金属混 合物，除此之外压铸用Zn合金的组成与实施例1相同。
测定比较例1的压铸用Zn合金的剖面中组织的结晶粒径时，观察 到粒径为13-20iLim和lOium以上的结晶。进而，缩孔比例高达0.67%。 该Zn合金在420。C时的流动长度为290mm。
(比较例2 )
调整Al母合金的稀土金属混合物含量，除此之外，与实施例1同 样地进行。比较例2的Al母合金的金属组成为Al 88质量％、稀土金属 混合物12质量％。压铸用Zn合金的组成与实施例1相同。
比较例2的压铸用Zn合金的剖面中组织的结晶粒径由1000倍的 SEM照片进行测定时，，见察到粒径为12~ 15ium和10jLim以上的结晶。 另外，缩孔比例高达0.40%,观察到最大径在20|um以上的金属间化合 物的生成。上述Zn合金在420 °C下的流动长度是250mm的短值。
(比较例3 )
调整Al母合金的稀土金属混合物含量，除此之外，与实施例1同样地进行。比较例3的A1母合金的金属组成为A190质量。/。、稀土金属 混合物10质量％。压铸用Zn合金的组成与实施例1相同。
比较例3的压铸用Zn合金的SEM照片示于图2。图2 (a)为2200 倍，图2 (b)为IOOO倍。比较例3的压铸用Zn合金的剖面中组织的结 晶粒径由1000倍的SEM照片进行测定时，观察到粒径为5-15pm和 10)Lim以上的结晶，缩孔比例为0.21%。
观察到最大径在20|um以上的金属间化合物的生成。上述Zn合金 在420。C下的流动长度为252mm的短值。
另外，图2 (a)中可见白色部分。利用EPMA对上述部分进行组 成分析，结果可知具有Zn (约77.5质量％) 、 La (约15.0质量％)、 Ce(约15.0质量％)的组成，稀土类元素发生偏析，形成金属间化合物。 观测到上述金属间化合物分散存在于Zn合金中，确认存在其最大径约 20|um以上的專支大金属间化合物。
由上述实施例和比较例可知，通过制成添加有稀土金属混合物的合 金，可以减少缩孔。进而，通过使A1母合金的稀土金属混合物浓度在3 质量％以上低于10质量％,使金属间化合物的尺寸减小，流动长度变长。
熔铸实施例1 ~ 3及比较例1 ~ 3的压铸用Zn合金时添加的Al母合 金(比较例1为Al)的Al浓度和稀土金属混合物浓度(MM浓度)、 使用上述Al母合金制造的Zn合金的结晶粒径和42(TC下的流动长度、 Zn合金中的稀土金属混合物浓度、金属间化合物的最大径、缩孔比例示 于图3 (表l)。
产业上的可利用性
本发明可以适用于例如汽车相关部件、机械部件、建筑小五金、装 饰品等制造领域。
权利要求
1. 一种压铸用Zn合金，其特征在于，含有Al3～5质量％、Mg0.03～0.06质量％、一种或2种以上的稀土类元素0.01～0.5质量％，余量包含Zn和不可避免的杂质，结晶粒径为5～10μm。
2. 如权利要求1所述的压铸用Zn合金，其特征在于，还含有Cu: 0.5~5质量％。
3. —种压铸用Zn合金，其特征在于，含有A1: 3 ~ 5质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 一种或2种以上的稀土类元素0.01 ~ 0.5质量％， 余量包含Zn和不可避免的杂质，没有结晶粒径在20pm以上的金属间 化合物。
4. 如权利要求3的压铸用Zn合金，其特征在于，还含有Cu: 0.5 ~ 5质量％。
5. —种压铸用Zn合金的制造方法，其特征在于，添加含有3质量 %以上低于10质量％的1种或2种以上的稀土类元素、余量包含A1和 不可避免的杂质的Al母合金，熔铸含有A1: 3~5质量％、 Mg: 0.03 ~ 0.06质量％、 一种或2种以上的稀土类元素0.01 ~ 0.5质量％、余量包 含Zn和不可避免的杂质的Zn合金，使其凝固
6. —种A1母合金，其特征在于，含有3质量％以上低于10质量％ 的l种或2种以上的稀土类元素，余量包含A1和不可避免的杂质。
全文摘要
提供一种稀土类元素不发生偏析、而是均匀分散的压铸用Zn合金及其制造方法。其特征在于，含有Al3～5质量％、Mg0.03～0.06质量％、1种或2种以上的稀土类元素0.01～1.0质量％，余量包含Zn和不可避免的杂质，结晶粒径为5～10μm。添加含有超过3质量％、低于10质量％的1种或2种以上稀土类元素、余量包含Al和不可避免的杂质的Al母合金，熔铸含有Al3～5质量％、Mg0.03～0.06质量％、1种或2种以上的稀土类元素0.01～1.0质量％，余量包含Zn和不可避免的杂质的Zn合金，使其凝固，进行制造。
文档编号B22D17/00GK101437970SQ20078001231
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月31日
发明者中岛和隆, 北方秀和, 小川洋, 松浦庆继 申请人:同和金属矿业有限公司;美和锁株式会社