专利名称：一种易切削高强度锌合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金新材料领域，具体地说是一种易切削高强度锌合金，用于替代铅 黄铜制作电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。
背景技术：
20世纪二十年代以来，随着铜资源的大量开采与消耗，在全世界出现了铜资源紧 张的局势，面对日益高涨的铜价，铜资源先天匮乏的我国，寻找铜合金替代材料的研究迫在 眉睫。铅黄铜具有优异的切削性能和耐磨性能，被广泛应用于电子电器接插件、仪表零件、 水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。但是，由于其中含有铅，铅易溶出，造成环境污染，危害 人们的身体健康，已经引起世界各国的重视，各大国也出台相关标准及法令，严格控制制品 铅含量。我国缺铜但富锌，为此，研究开发绿色环保新型锌合金，以廉价的锌替代昂贵的铜， 具有显著的经济效益和社会效益，也是缓解国内铜资源紧张的最有前途的解决方法。目前研究最多、应用最广泛的锌基合金是Zn-Al系合金，锌铝合金具有高的强度 和硬度、良好的耐磨减摩性能、原材料与制造成本低廉等优点，以及其他一些独特的性能 (如碰撞时不产生火花，无磁性等)，用其替代铝合金甚至铜合金具有明显的经济性，同时， 该合金熔点低，耗能少，成本低廉，成型方便，适用于多种铸造方法，因此具有很强的市场竞 争力。目前，锌铝合金在美、加、德、英、日、俄等工业发达国家均得到广泛应用，我国的开发 应用也在迅速推广。但Zn-A 1系合金存在切削性能较差、晶间腐蚀倾向、尺寸稳定性低、工作温度 低、抗蠕变能力差、耐蚀性差等缺点。多年来，人们为克服这些缺点以便提高锌铝合金的 综合性能，扩大其应用范围进行不懈努力。专利号200710035063.0的中国专利公开了 一种高强度易切削的锌基合金及其制备工艺，其关键技术是采用挤压法制备铝含量很低 (0. 20-0. 35%)的锌铝镁铜系锌基合金，并添加适量的稀土元素，提高合金的切削性能。该 发明本质是在锌合金中添加微量的铜、铝、镁及稀土镧、铈，其中铜、镁及稀土含量较高，因 此成本较高。锌铝合金中铝能大幅度提高锌合金的强度，且铝密度小，材料用料少，若能保 证合金在高铝含量依然有良好的切削性能，将大幅降低锌合金成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种切削性能好、强度高、性价比优、不含铅的易切削高强度 锌基合金，用于替代较昂贵的铅黄铜和部分不锈钢零部件。为此，本发明采用的技术方案为一种易切削高强度锌合金，其特征在于各组 分组成按重量百分比计分别为铝1 % 25 %，铜0. 5 % 3. 5 %，镁0. 005 % 0. 3 %， 锰0.01% 0. 1%,以及铋0. 005% 0. 15%或/和锑0.01% 0. 1%,以及总量不大于 0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100%。本发明合金的组成包括铝元素，在纯锌中添加质量百分数为1 25%的铝，能明 显提高锌合金的强度，但铝含量的增加会显著降低切削性能。为了保证较高的强度与较好的切削性能，铝的含量优选为5 15%。铜能起固溶强化作用，提高合金抗拉强度。当铜含量超过1.25%时，其形成 Cu-Zn-Al等多种金属间化合物，该化合物硬而脆，能提高材料强度，但降低材料塑性，因此 铜的含量优选为1 2%。在锌铝合金中添加镁，可起强化作用，并能防止晶间腐蚀，添加量过少，其作用 不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响，因此镁的含量优选为0.01 0. 05%。研究表明，Mn可以提高锌合金的强度，但损害金属的塑性。其强化机理是形成弥 散分布的硬质点，对改善切削性能有利。锰的含量优选为0. 03 0. 07%。在锌铝合金中添加铋，铋的熔点较低，不固溶于锌铝合金基体，可明显提高本发明 的切削性能，添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响， 也会使制品在电镀其他装饰性金属时，表面易产生微小气泡等缺陷，影响外观和使用性能， 因此铋的含量优选为0. 02 0. 12%。有人将锑作为锌铝合金的有害元素，认为其大幅降低合金的冲击韧性，本发明研 究表明，Mg和Sb两种元素都部分固溶于基体，只要Mg和Sb比例控制得当并采取一定措 施，能得到弥散分布于基体的颗粒状金属间化合物，其组合效果可改善切削性能，研究表明 锑的含量优选为0. 02 0. 08%。上述的易切削高强度锌合金，还包括硼0.005% 0.2%。研究表明，在本发明 合金中添加硼元素，对切削性能也有一定的改善作用。经研究硼的优选含量为0.03% 0.1%。本发明所述杂质中各组份的组成按重量百分比计分别为铅彡0.01%、镉 彡0. 002%、硅彡0. 03%、锡彡0. 02%，其中铅和镉是为了符合欧盟“RoHS”要求，研究表明， 在本发明合金中硅的存在，易使本发明合金在拉拔加工时产生微裂缝，影响加工性能，因此 硅的含量需小于0. 03%。研究也表明，在本发明合金中锡的存在，会对合金的塑性加工带来 严重的影响，使本发明合金无法加工成较细线径的线材，也无法用本发明合金制作小型电 子电器接插件，因此锡的含量需小于0. 02%。本发明的有益效果为(1)制品抗拉强度高；(2)切削性能良好，接近H59-1铅黄 铜；(3)原料廉价易得，综合成本低；(4)熔炼、热加工温度低，节约能耗；(5)具有一定的冷 态塑性加工性能，如可以通过拉拔工艺拉制成较细的线径等，加工工艺简单，可实现工业化 连续生产；(6)耐腐蚀性能好，晶间腐蚀倾向小，尺寸稳定性高；(7)绿色环保不含铅。因此 本发明可替代普通铅黄铜广泛用于电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车 零配件等。下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
具体实施例方式实施例1:锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝22%，铜1%，镁0.01%，铋 0. 1%，锰0. 1%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100%。实施例2:
锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为招15%，铜1.25%，镁0.03%，铋 0. 005 %，锑0. 01 %，锰0. 07 %，总量不大于0. 05 %的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比 总和为100%。实施例3:锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝12%，铜1.5%，镁0.05%， 锑0. 04%，锰0. 05%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为 100%。实施例4 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝10%，铜1.5%，镁0.06%，铋 0. 15%，锑0. 1%，硼0. 1%，锰0. 1%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量 百分比总和为100%。实施例5 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝10%，铜1.75%，镁0.04%，锑 0. 03%，硼0. 03%，锰0. 03%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比 总和为100%。实施例6 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝8%，铜1.25%，镁0.02%， 铋0. 12%，锰0. 04%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为 100%。实施例7 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝8%，铜2%，镁0.08%，铋 0. 05 %，锑0. 08 %，锰0. 1 %，总量不大于0. 05 %的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总 和为100%。实施例8:锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝8%，铜2. 25%，镁0.04%，铋 0. 05%,硼0. 005%，锰0. 03%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比 总和为100%。实施例9 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝5 %，铜2. 25%，镁0.06%， 铋0. 02%，锰0. 01%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为 100%。实施例10 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝5%，铜2.5%，镁0.08%，铋 0. 08%,锑0. 06%，硼0. 2%，锰0. 08%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重 量百分比总和为100%。实施例11 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝1%，铜0.5%，镁0.3%，锑 0. 06%,硼0. 15%，锰0. 1 %，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总 和为100%。
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实施例12 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝25%，铜3.5%，镁0.2%， 铋0. 05%，锰0. 03%，总量不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为 100%。对比例1 锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝8%，铜1. 25%，镁0. 01 %，总量 不大于0. 05%的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100%。对比例2:锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为铝5%，总量不大于0.05%的杂 质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100%。上述实施例和对比例的切削性能检测值列表如下
17062由上述实施例表明，本发明所述的锌铝合金相对于对比例2来说，可以大幅提高 锌铝合金的抗拉强度，相对于对比例1、2来说，合金的切削性能大幅度提高。本发明不局限于上述实施例，可以根据不同的性能要求和使用场合优化组合成不 同的配比来达到生产和使用厂商的要求，但不均以任何形式限制本发明的范围。
权利要求
一种易切削高强度锌合金，其特征在于各组分组成按重量百分比计分别为铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.005％～0.3％，锰0.01％～0.1％，以及铋0.005％～0.15％或/和锑0.01％～0.1％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。
2.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铋的重量百分比含量为 0. 02 0. 12%。
3.按权利要求1或2所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述锑的重量百分比含 量为 0. 02 0. 08%。
4.按权利要求3所述的易切削高强度锌合金，其特征在于还包括硼0.005% 0. 2%。
5.按权利要求4所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述硼的重量百分比含量为 0. 03 0. 1%。
6.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述锰的重量百分比含量为 0. 03 0. 07%。
7.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铝的重量百分比含量为 5 15%。
8.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铜的重量百分比含量为1 2%。
9.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述镁的重量百分比含量为 0. 01 0. 05%。
全文摘要
本发明公开了一种易切削高强度锌合金。目前的Zn-Al系合金大多数存在切削性能较差、晶间腐蚀倾向、尺寸稳定性低、工作温度低、抗蠕变能力差、耐蚀性差等缺点。本发明的特征在于各组分组成按重量百分比计分别为铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.005％～0.3％，锰0.01％～0.1％，以及铋0.005％～0.15％或/和锑0.01％～0.1％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。本发明可有效的提高锌合金的强度，并使其具有良好的切削性能，同时还具有一定的塑性加工性能，原材料价格低廉易得，绿色环保，是替代目前国内含铅黄铜以及部分不锈钢零部件的理想材料。
文档编号C22C18/04GK101851713SQ20101020542
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者戴国水, 钱国统 申请人:绍兴市天龙锡材有限公司