1. Вступ
Цинковий сплав - це металевий матеріал, в основному складається з цинку, з додаванням інших елементів для посилення конкретних властивостей.
Ці лежані елементи можуть суттєво змінювати такі характеристики, як сила, твердість, Корозійна стійкість, та здатність кастингу.
Цинкові сплави широко використовуються в різних виробничих процесах через їх відносно низьку температуру плавлення, Хороша плинність під час кастингу, і економічна ефективність.
2. Що таке сплав цинку?
Цинк-синювато-білий метал. Цинкові сплави - це металеві композити, де цинк є основним компонентом, Зазвичай лежать з такими елементами, як алюміній (Al), мідь (Куточок), магній (Мг), і мікроелементи, такі як нікель (У) або титан (На).
Ці комбінації створюють сплави з індивідуальною механічною силою, Корозійна стійкість, каста, і поверхнева обробка, що робить їх важливими як у структурних, так і в декоративних додатках.
Первинні елементи легування та їх ролі
| Елемент | Типовий % у сплаві | Мета |
| Алюміній (Al) | 3–27% | Збільшує силу, покращує плинність, Підвищує резистентність до корозії |
| Мідь (Куточок) | 0.5–3% | Підвищує твердість, Опір зносу, і міцність на розтяг |
| Магній (Мг) | <0.06% | Вдосконалення зерна, покращує резистентність до корозії |
| Нікель (У) | Відстежувати | Покращує міцність при підвищеній температурі, зменшує пористість |
| Титан (На) | Відстежувати | Підвищує опір повзучості, використовується у високопродуктивних сплавах |
3. Загальні родини сплав цинку
Цинковий сплав класифікується на основі його композиції, механічна поведінка, і метод обробки.
Три найвидатніші сім'ї є Замак сплави, Za сплави, і Спеціальні сплави цинку наприклад Гальван і Цвях.
Кожна група розроблена відповідно до конкретних вимог до продуктивності та виробництва.
Замак сплави (Цинк + Алюміній + Магній + мідь (Мідь))
| Сплав | Склад (прибл.) | Ключові властивості | Загальні програми |
| Навантаження 3 | Zn-4% Al-0.03%Мг | Відмінна кастабність, стабільність розмірів | Деталі литі під тиском, побутова електроніка, обладнання |
| Навантаження 5 | Zn-4%Al-1%Cu | Вища міцність і твердість, ніж ZAMAK 3 | Автомобільні деталі, Структурні компоненти |
| Навантаження 2 | Zn-4%Al-3%Cu | Найвища міцність і зносостійкість | Промислові редуктори, підшипники |
| Навантаження 7 | Zn-4% Al-0.005%Куточок (Висока чистота) | Чудова обробка поверхні, нижчі домішки | Декоративне лиття, косметичні компоненти |
Технічне розуміння:
Сплави ЗАМАК є гарячекамерне лиття під тиском матеріалів і широко використовуються завдяки їх відмінна текучість, низькі температури плавлення (~385°C), і хороша точність розмірів.
Навантаження 3 є найбільш часто використовуваним і часто вважається «еталонним» цинковим сплавом.
Za сплави (Цинко-алюмінієві сплави)
| Сплав | Склад (прибл.) | Ключові властивості | Загальні програми |
| ЗА-8 | Zn-8%Al-1%Cu | Хороша міцність, підходить для лиття в гарячій камері | Корпуси роз'ємів, автомобільна обробка |
| За 12 | Zn-12%Al-1%Cu | Відмінна зносостійкість і міцність | Промислові компоненти, середньонавантажені передачі |
| ZA-27 | Zn-27%al-1%з | Найвища сила в групі ZA, легкий | Структурні частини, невеликі компоненти двигуна |
Технічне розуміння:
Запозиція Za Shiles вища механічна міцність ніж Замак через їх підвищений вміст алюмінію.
Вони використовуються насамперед у Кастинг з холодною камерою і Кастинг гравітації процеси. ZA-27, зокрема, суперники деяких алюмінієвих сплавів у міцності на розрив (~ 400 МПа).
Спеціальні сплави цинку
| Сплав | Унікальна особливість | Використовуйте випадок |
| Гальван (Zn-5%al + Рідкісні землі) | Вища резистентність до корозії (2x оцинкована сталь) | Захисні покриття для сталевих проводів та аркушів |
| Цвях (Zn-4% Al + Куточок) | Відмінна обробка, стабільність розмірів | Інструментарія, Гумова цвіль помирає, Низький об'єм, що утворюють штамп |
| Сплав цинку-посередника (напр.. Сплав 925) | Поліпшена твердість та обробка | Механічне обладнання, Механізми блокування |
4. Фізичні властивості сплаву цинку
Цинкові сплави цінуються за їх унікальний баланс низької точки плавлення, стабільність розмірів, і хороша теплова та електрична провідність.
Ці характеристики роблять їх особливо придатними для високопотужне штамп і точні компоненти в різних галузях.
Ключові фізичні властивості
| Майно | Типовий діапазон | Одиниця | Нотатки |
| Щільність | 6.6 - 6.9 | g/cm³ | Вище алюмінію (~ 2,7 г/см³); підходить для демпфірування застосувань |
| Точка плавлення (Суцільна рідина) | 370 - 430 | ° C | Змінюється залежно від композиції (Замак тане ~ 385 ° C; ZA-27 тане ~ 500 ° C) |
| Теплопровідність | 100 - 120 | З/м · k | Нижче міді, але адекватна для помірної передачі тепла |
| Електропровідність | 25 - 30 | % IACS | Нижчий за мідь, але достатній для багатьох застосувань низької напруги |
| Коефіцієнт теплового розширення | 26 - 30 × 10⁻⁶ | /K | Потребує розгляду в мультиматеріальних зборах |
| Конкретна теплоємність | 390 - 420 | J/кг · k | Помірна теплова інерція |
| Магнітні властивості | Немагнітний | - | Підходить для застосувань, де слід уникати магнітних перешкод |
5. Механічні властивості сплаву цинку
Цинкові сплави славляться своєю чудовою кастотабністю та помірною механічною силою, Особливо при використанні під час лиття.
| Майно | Навантаження 3 | Навантаження 5 | ЗА-8 | ZA-27 | Одиниця |
| Кінцева міцність на розрив | 280 MPA | 330 MPA | 370 MPA | 410 MPA | MPA |
| Похідна сила | 210 MPA | 250 MPA | 290 MPA | 370 MPA | MPA |
| Подовження на перерві | 10–13% | 7–9% | 3–6% | 1–3% | % |
| Твердість (Брінелл) | 82 | 90 | 100 | 120 | HB |
| Модуль еластичності | 83 GPA | 83 GPA | 85 GPA | 96 GPA | GPA |
| Вплив сили (Чарпі) | 2.5–3.0 | 2.0–2,5 | 1.5–2,0 | 1.0–1.5 | J (неповоложений) |
6. Корозійна стійкість & Поверхнева поведінка сплавів цинку
Корозійна стійкість - це життєво важлива властивість сплавів цинку, особливо для компонентів, що використовуються на свіжому повітрі, морський, або хімічно агресивне середовище.
Природна пасивація цинку: Як це працює
При вплиді повітря та вологи, Цинк реагує з киснем та вуглекислим газом, утворюючи тонкий,
стабільний шар карбонату цинку (Znco₃), який служить захисним бар'єром проти подальшої корозії. Ця поведінка пасивації є:
- Самолікування до незначних подряпин та потертостей
- Ефективно в атмосферних та м'яко кислих/основних середовищах
- Менш захисні у багатих хлоридом (Напр., прибережний) або кислі промислові умови
Є цинковим іржею？
Технічно, іржа - це термін, який зазвичай використовується для опису продукту корозії заліза та сталі, який в основному є оксидом заліза.
Цинк, З іншого боку, утворює шар оксиду цинку та гідроксиду цинку, коли він роз'єдається. Хоча це не те саме, що іржа, це все ще форма корозії.
Однак, Корозійні продукти цинку, як правило, більш прихильні та захисні порівняно з іржею, що допомагає уповільнити подальшу корозію металу.
Поверхнева обробка: покриття, порошкове покриття, перетворення хромату
Для підвищення корозійної стійкості та естетичної привабливості сплавів цинку, Використовуються різні методи оздоблення поверхні:
Покриття:
Електрика з металами, такими як нікель, хром, або сплави цинк-нікель-це загальний метод обробки поверхні.
Послідження забезпечує додатковий шар захисту від корозії, а також може покращити зовнішній вигляд продукту.
Наприклад, Нікелеподібне покриття може надати частинам сплаву цинку блискуче, довговічна поверхня, стійка до подряпин та корозії.
Порошкове покриття:
Порошкове покриття передбачає нанесення сухого порошку на поверхню частини сплаву цинку, а потім вилікувати його під вогнем.
Це утворює важко, Захисна плівка, яка пропонує хорошу резистентність до корозії та широкий спектр кольорів.
Продукти з цинковим сплавом з покриттям часто використовуються у зовнішніх додатках, наприклад, меблі та архітектурне обладнання.
Перетворення хромату:
Перетворення хромату перетворення передбачає лікування поверхні сплаву цинку хроматом розчином, утворюючи тонкий, захисний шар.
Цей шар забезпечує хорошу корозійну стійкість, а також може покращити адгезію подальших покриттів, наприклад, фарба або порошкове покриття.
Однак, Через екологічні проблеми, пов’язані з гексивалентним хромом (компонент традиційних хроматних розчинів), зростає тенденція до використання тривалентних альтернатив хрому або хрому.
7. Виробництво & Процеси виготовлення
Кастинг (гаряча камера, холодна камера)
Кастинг з гарячою камерою:
У гарячій камері кастинг, також відомий як кастинг Gooseleck Die, Танучий горщик є невід'ємною частиною кастингової машини.
Розплавлений сплав цинку вимушено в порожнину штампу за допомогою плунжера через систему впорскування у формі гусячої форми.
Цей процес підходить для деталей малого та середнього розміру з відносно простими геометріями. Він пропонує високі виробничі тарифи та хорошу розмірну точність.
Однак, він обмежений розміром плавлення та типом сплаву, який можна використовувати, Оскільки деякі сплави можуть реагувати з металом плавильного горщика.
Кастинг з холодною камерою:
Кастинг з холодною камерою використовується для більших частин та сплавів, які більш схильні до окислення або мають більш високу точку плавлення.
У цьому процесі, Розплавлений сплав цинку проводиться в окрему ін'єкційну камеру, а потім плунжер змушує сплав у порожнину.
Кастинг з холодною камерою забезпечує кращий контроль над процесом вприскування і може обробляти більші обсяги розплавленого металу, що робить його придатним для складних та більшої розміру компонентів.
Кастинг інвестицій та кастинг піску
Пісочний кастинг:
Пісочний кастинг є традиційним методом кастингу цинкових сплавів. Для створення порожнини цвілі в піщаній суміші використовується візерунок потрібної частини.
Потім пісочна форма наповнюється розплавленим сплавом цинку, який зміцнює формування деталі.
Кастинг піску пропонує велику гнучкість з точки зору дизайну частини, оскільки він може вмістити складні форми та великі розміри.
Однак, Зазвичай він має нижчу розмірну точність та обробку поверхні порівняно з литтям.
Пункти з цинковим сплавом цинку зазвичай використовуються у виробництві масштабних промислових компонентів, деталі, виготовлені на замовлення, і деякі архітектурні елементи.
Інвестиційне кастинг:
Інвестиційне кастинг, Також відомий як кастинг загубленого воску, використовується для виробництва високоточних деталей сплаву цинку зі складними геометріями.
У цьому процесі, Виготовлена воскова модель деталі, яка потім покрита керамічною оболонкою.
Віск розтоплений, Залишаючи порожнину, в якій виливається розплавлений сплав цинку.
Інвестиційне лиття дозволяє виробляти деталі з дуже тонкими деталями та високоякісною обробкою поверхні, Але це дорожчий і трудомісткий процес порівняно з кастингом та піском.
Кастинг гравітації
Кастинг гравітації, або постійне лиття цвілі, передбачає вливання розплавленого сплаву цинку в порожнину форми під силою тяжкості.
Форма зазвичай виготовляється з металу, наприклад, чавун або сталь, і можна повторно використовувати кілька разів.
Цей процес підходить для отримання більших деталей або деталей з більш простими геометріями.
Гравітаційні частини сплаву цинку часто мають більш гладку обробку поверхні і можуть бути більш економічними для виробничих пробіжок нижчого обсягу.
Він використовується в додатках, де високоточна кастинг не є основною вимогою, наприклад, у деяких декоративних предметах та певних типів промислових компонентів.
Екструзія, кування, і штампування
Екструзія:
Він використовується для виробництва безперервних профілів з фіксованим поперечним перерізом від цинкових сплавів.
Заготовка сплаву вимушена через штамп, що надає матеріалу бажану форму. Цей процес підходить для створення таких продуктів, трубки, та різні структурні профілі.
Однак, Екструзія цинкових сплавів рідше порівняно з іншими металами через їх відносно низьку міцність та потенціал для поверхневих дефектів під час процесу.
Кування:
Кування передбачає формування сплаву цинку, застосовуючи стислі сили, зазвичай використовують молотки або преси.
Цей процес може покращити механічні властивості сплаву, вдосконалюючи структуру зерна та усунувши внутрішні дефекти.
Однак, Накладка цинкових сплавів є складною через низьку точку плавлення та відносно погані властивості з гарячою роботою.
Штампування:
Штампування - це процес, який використовується для формування плоских аркушів сплаву цинку в різні форми, застосовуючи тиск із штампом.
Він зазвичай використовується у виробництві компонентів листового металу, наприклад, автомобільні частини тіла та домашнє обладнання.
Штампування цинкових сплавів вимагає ретельного розгляду формуваності сплаву та дизайну штампів, щоб уникнути розтріскування та інших дефектів.
8. Застосування цинкового сплаву
Цинковий сплав відомий чудовою кастозйоістю, хороше співвідношення сили до ваги, Корозійна стійкість, і здатність формувати складні форми з щільними допусками.
Автомобільна промисловість
Цинкові сплави сильно використовуються як у структурних, так і в декоративних автомобільних компонентах через їх міцність, стабільність розмірів, і економічна ефективність.
Загальні програми:
- Дверні ручки та віконні кривошипи
- Курсани карбюратора
- Емблема рамки та деталі обрізати
- Компоненти ременя безпеки
- Фурнітура паливної системи
Побутова електроніка & Обладнання
Сплави цинку широко застосовуються в корпусах електронних пристроїв та внутрішніх компонентів через їх Емі екранування можливості та Електропровідність.
Ключові програми:
- Корпуси смартфонів
- Петлі для ноутбуків та рамки
- Віддалені керування та встановлені коробки
- Камера та безпілотники
- Кабельні з'єднувачі та клеми
Архітектурний & Будівництво обладнання
Через їх стійкість до корозії та привабливої обробки, Цинкові сплави зазвичай використовуються в архітектурних додатках.
Типові продукти:
- Дверні ручки та замки
- Віконні фурнітури та петлі
- Якоря стіни завіси
- Декоративні панелі
- Сантехніка
Промислові та механічні компоненти
Цинк стабільність розмірів, обробка, і Опір зносу Зробіть це добре підходить для різних механічних зборів.
Використовується в:
- Передачі та важелі
- Підшипники
- Шківи та дужки
- Пневматичні та гідравлічні системи
Декоративний & Модні аксесуари
Цинкові сплави популярні в галузі моди та розкішних товарів, оскільки їх легко кинути та закінчити золотом, хром, або покриття з антикварним стилем.
Загальні предмети:
- Пряжки
- Костюмні прикраси
- Кнопки, блискавці, і знімки
- Бюшайки та емблеми
Іграшки, Подарунки & Новинні предмети
Цинк-штамп дозволяє масове виробництво малого, Детальні компоненти, що робить його чудовим вибором для іграшок та колекціонування.
Приклади:
- Модель автомобілів та літаків
- Штуки настільних ігор
- Трофеї та медалі
- Мініатюрні статуетки
Морський & Середовище, схильні до корозії
Природна стійкість цинку до корозії, особливо в м'яко сольових середовищах, робить його корисним для морський заявки.
Заявки:
- Апаратне забезпечення на човнах та затискачі
- Аноди для гальванічного захисту
- Морська фурнітура та корпуси
9. Ключові переваги сплаву цинку
Відмінна кастабність
- Ідеально підходить для складних форм, Чудові деталі, і тонкостінні частини
- Низька температура плавлення (~ 385–425 ° C) Дозволяє енергоефективне лиття та розширений термін експлуатації цвілі
Висока розмірна точність
- Мінімальна усадка забезпечує тісні допуски (± 0,05 мм або краще)
- Підходить для точних компонентів без великої післяобробки
Сильні механічні властивості
- Сила на розрив до 280 MPA (Напр., Навантаження 3)
- Хороша твердість і жорсткість, часто перевершує алюмінієві сплави на невеликих кастингах
Корозійна стійкість
- Природно утворює захисний оксидний шар
- Сумісні з додатковими покриттями, такими як хромоване покриття, порошкове покриття, або пасивація для підвищеної міцності
Естетичний & Закінчити гнучкість
- Гладка обробка поверхні, придатна для декоративних деталей високого класу
- Підтримує полірування, чищення, малювання, електричний (Напр., нікель, хром, золото)
Економічно вигідне виробництво
- Нижнє споживання енергії, ніж алюміній або магній
- Довгий термін експлуатації цвілі зменшує витрати на інструментарію
- Висока переробність сприяє зниженню витрат на життєвий цикл
Швидкі цикли виробництва
- Особливо в кастингу гарячої камери, Цикли можуть бути на 3–5 секунд
- Дозволяє високий обсяг, Автоматизоване виробництво зі зниженою роботою
Відмінна приєднання
- Підтримує механічне кріплення, пайка, і клейовий зв’язок
- Сумісний з вставками та різьбовими компонентами для функціональних збірок
Чудова опір зносу
- Довговічний у додатках з високим вмістом фрикції, таких як замки, шестерні, і переміщення зборів
- Хороша втома в умовах циклічного навантаження
Низький знос інструменту
- Цинкові сплави менш абразивні, ніж алюміній під час лиття
- Форми часто можуть перевищувати 500 000–1 000 000 пострілів перед заміною
10. Порівняння сплаву цинку з конкуруючими матеріалами
| Майно | Сплав цинку | Алюмінієвий сплав | Магнійний сплав | Інженерна пластмаса |
| Щільність (g/cm³) | 6.6–6.9 | 2.6–2,8 | 1.7–1.9 | 0.9–1.8 |
| Точка плавлення (° C) | 385–425 | 600–660 | 620–650 | Різноманітно (зазвичай <300) |
| Сила на розрив (MPA) | 250–300 (Напр., Навантаження 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| Твердість (Брінелл) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| Каста | Відмінний | Добрий | Помірний | Не підходить для кастингу |
Обробка |
Відмінний | Добрий | Справедливий | Поганий до помірного |
| Корозійна стійкість | Добрий (з покриттями: дуже добре) | Помірний (потребує анодування/покриття) | Справедливий до добра (окислювальний) | Відмінний (інертні полімери) |
| Поверхнева обробка | Відмінний (гладкий, польський) | Добрий | Справедливий | Помірний (матовий до глянсового) |
| Вартість (Матеріал + Обробка) | Низький | Середній | Високий | Низький до середнього |
| Вплив на навколишнє середовище | Переробка, Низькоенергетичний кастинг | Більш високе використання енергії, Переробка, | Переробка, Більш висока вартість навколишнього середовища | Частково переробка, нафтопродукт на основі нафти |
| Розмірна точність | Відмінний | Добрий | Добрий | Помірний (схильний до усадки/викривлення) |
Ключові порівняльні виїзди
- Цинк проти Алюміній
Цинк пропонує кращу розмірну точність, Більш тонка обробка поверхні, і коротший час циклу лиття.
Алюміній, Поки легше, вимагає більше енергії для обробки та часто потребує післяфінансування (Напр., Анодування) для корозії. - Магній проти цинку
Магній - найлегший метал, але має більш низьку стійкість до корозії, Нижня якість поверхні, і більша вартість обробки.
Цинк стабільніший, легше машина, і більше підходить для невеликих точних деталей. - Цинк проти інженерної пластмаси
Пластики легкі та без корозії, але не мають механічної сили та стійкості до зносу.
Сплави цинку об'єднують розрив між металами та пластмасом з точки зору сили, зовнішність, і вартість, Особливо в компонентах.
11. Висновок
Від їх скромних початків до поточних сучасних заявок, Цинкові сплави постійно розвивалися, щоб задовольнити мінливі вимоги різних галузей.
Їх унікальне поєднання властивостей, економічна ефективність, і універсальність робить їх матеріалом вибору в незліченних продуктах.
Постійні зусилля з досліджень та розробок у таких сферах, як наноструктура, Зелене виробництво, Інтеграція функцій, А обчислювальна конструкція прокладає шлях для наступного покоління сплавів цинку.
Ці досягнення не тільки вирішать існуючі обмеження сплаву цинку, але й відкриють нові можливості у нових сферах.
Поширені запитання
Чи міцний і довговічний сплав цинку?
Так. Цинкові сплави, Особливо сплави серії Zamak, Запропонуйте хорошу міцність на розрив (до 300 MPA) і носійне опір.
Хоч і не такий сильний, як сталь, Вони досить міцні для багатьох структурних та механічних застосувань.
Цинк -сплав і іржавий?
Цинкові сплави не іржавіють, як залізо, але вони можуть роз’їтися в певних умовах навколишнього середовища.
Однак, Вони, природно, утворюють захисний оксидний шар і можуть бути додатково захищені покриттями, як покриття або порошкове покриття.
Це ювелірні вироби з сплавів цинку?
Так, Більшість цинкових сплавів, які використовуються в ювелірних виробах, є безпечними, Особливо, коли без нікелю та належним чином покрите.
Однак, Особи з металевою чутливістю повинні підтвердити склад сплаву та обробку поверхні.
Чи можна переробити цинк -сплав?
Абсолютно. Сплави цинку дуже підлягають переробці і можуть бути переобладнані без значної деградації якості.
Це робить їх екологічно відповідальним вибором для масового виробництва.
Це магнітний сплав цинку?
Ні. Цинк та його сплави немагнітні, що робить їх придатними для використання поблизу чутливого електронного обладнання.
Які недоліки сплаву цинку?
Основні недоліки включають відносно високу щільність (важчий за алюміній або магній), Нижня температура плавлення (що обмежує високотемпературні програми), і потенційна крихкість за певних умов.
