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一种用于离心铸造首饰件的环保型低熔点锌合金
技术领域
本发明涉及一种适用于离心铸造首饰件的环保型低熔点锌合金，更确切地说涉及一种铝含量为1～7％质量百分数的锌铝铜低熔点合金，属于锌合金领域。
背景技术
首饰材料中以合金材料应用最为广泛，主要有铅合金、铝合金、锌合金、镍合金、不锈钢等。各种材料的首饰特点及成本见下表：
表1 首饰材料特点
 

首饰    种类      铅合金      铝合金      锌合金      镍合金      不锈钢        产品    特点    质地较柔软，产品                    呈灰白色(不亮)，                    熔点低，制作方便，                  不利于环保                    产品较轻，局            部发亮，如景            泰蓝制品    产品比铅        合金制品        要亮，利        于环保            产品硬度            高，较重，          颜色呈灰色          产品亮度            高，不易生          锈，手感好成本低较高较低高高
铅合金由于质地柔软，熔点低，制作方便在首饰件中曾得到广泛应用，但铅会污染环境，有害人体健康，已逐步禁止使用。而锌合金不含铅，在首饰件中已形成以锌代铅的发展趋势。而且，对于首饰件中的使用锌合金有较大的优势：(1)锌合金材料机械性能优越，加工性能良好，适合于压铸成型；(2)锌合金熔点低，熔化能耗低，且流动性能好，铸造时能够完全充满模型所有细小变弯曲部分，适合浇注复杂精密工件；适用于塑料模具，离心铸造工件，极大降低了设备成本和模具成本；(3)制品色泽光亮，装饰性能优异；(4)原材料及加工成本相对较低；(5)锌合金材料易于回收，不污染环境，有利于环保。
国内已有锌合金首饰专利提出。如申请号为200310105610.X的专利提出了一种“锌合金首饰挂钩及制作方法”，所描述是一种锌合金首饰挂钩，包括钩体、挂环、弹性锁闭杆，其特点是：所述的钩体、挂环、弹性锁闭杆制作原料为锌的质量百分含量大于90％的锌合金。该锌合金首饰挂钩的制作方法是：先将锌合金融化，然后，将融化的锌合金注入放在铸造机里已成型的首饰挂钩模子中；由铸造机的传动机构带动模子转动，使首饰挂钩组件成型。此专利只着重讲述了挂钩结构和成型方法，并没对锌合金进行详细描述，对合金的成分、性能、环保性等无相关信息。
适用首饰件使用的锌合金还必须具备优良的铸造流动性和充型性，并要求一定的硬度和韧性，才能保证铸造首饰件的质量和成品率。从质量和成品率出发，目前首饰行较多采用Zn-13Cd合金铸造制作首饰件。但该锌合金含有大量Cd，Cd同样是有害环境的污染金属，因此研发一种不含有害元素环保型的锌合金是首饰件行业发展的迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于离心铸造首饰件的低熔点锌合金。通过系统研究合金元素对锌合金铸造流动性、熔点和力学性能和加工性能影响的基础，研发成功一种适用于离心铸造首饰件不含有害元素Pb和Cd等的环保型锌合金，该合金适用于离心铸造法制取首饰件，充型完整，硬度合适，成品率达95％以上，能成功取代原用的Zn-Cd合金。本发明提供的低熔点锌合金，其化学组成为：(按质量百分比数计wt％)
它含有：Al：1-7％；Cu：0.1-2.0％；Mg：0.01-1.0％；余量为锌及不可避免的杂质。不可避免的杂质元素的总质量百分含量≤0.2％，杂质中Pb≤0.0005％，Cd≤0.0005％，Ni≤0.002％。
合金在550-600℃下进行熔炼，使用的原料是：Zn、Al采用工业纯的金属，Cu可采用熔点较低的含Zn黄铜，Mg可采用低熔点、不易燃烧的AZ91D镁合金，具体配制是先将Zn、Al熔化，再加入含Zn35％的65黄铜、AZ91D镁合金(Mg-9Al-0.3Zn-0.3Mn)，合金元素熔化后，加入精炼剂、变质剂，搅拌后静置10分钟后，合金即可浇注或成锭。浇注温度为420～440℃，合金在此温度下浇入离心铸造模，铸造锌合金首饰，或在此温度范围浇注成合金锭，使用时重新熔化。
所述的精炼剂是ZnCl₂，变质剂是氟钛酸钾(K₂TiF₆)和氟硼酸钾(KBF₄)，混合质量比为：K₂TiF₆：KBF₄＝4：1。
合金的铸造流动性通过自制的铸造流动性测试模(图1，引自发明专利：“高流动性的压铸镁合金及制备方法”申请号：200610025394.1；申请日：2006年3月31日)，测定合金的流动性即合金充满铸型的能力，以合金在测试模中流动的长度来表征合金的流动性能。其测定方法是：
(1)清理流动性测试模，摆正位置并放好测温装置；
(2)设定加热炉温度，加热；
(3)模具温度升至设定温度，将熔化好的特定温度的熔体浇入贮液模；
(4)拔掉石墨塞棒，熔体在模具中充型；
(5)待熔体凝固后，打开模具，测量长度，并记录。
本发明提供的低熔点锌合金具有优异的铸造性，按上述自制铸造性测试模测定，专利合金的离心铸造性能与对比合金相当(对比合金为Zn-BCd合金，资料中统称对比合金)。
表2.专利合金和对比锌合金性能比较
 合金种类熔点(℃)流动性(cm)抗拉强度(MPa)硬度(HB)对比合金34042-45130-14070-75本发明38045-48170-18080-85
从表2可以看出，本发明提供的锌合金，流动性、抗拉强度能达到甚至要好于对比合金，具有更好的铸造性能，熔点稍高一点。所以完全能有效地替代对环保有害的现在首饰件使用的Zn-Cd合金。可用于离心铸造1-30克的工件。
附图说明
图1为合金铸造流动性测试模图，(a)为正视图；(b)为剖面图。
具体实施方式
通过下面实施例，进一步阐明本发明实质性特点和显著的进步。
实施例1
合金的配比成分(质量百分比)为：Al：6％；Cu：2.0％；Mg：0.5％；余量为锌及不可避免的杂质。
合金在550-600℃下进行熔炼，使用的原料是：Zn、Al、Cu、Mg采用工业纯金属，熔炼过程是先熔化Zn、Al，再加入Cu、Mg，通过精炼、变质等工艺，熔炼完成后浇注。熔炼温度约为580℃，浇注温度约为425℃。通过离心铸造机和塑料模具成功制得了16克的锌合金手机挂件，成品率达98％。
实施例2
合金配比成分(质量百分比)为：Al 3％；Cu 1％；Mg 0.2％；余量为锌及不可避免的杂质。
合金在580～600℃进行熔炼，使用原料是：Zn、Al采用工业纯的金属，Cu采用65Cu-35Zn的65黄铜，Mg采用Mg-9Al-0.3Zn-0.3Mn的AZ91D镁合金，合金熔化后，再加入精炼、变质剂精炼变质，搅拌后静置10分钟，浇注成锭，熔炼温度约为580℃，浇注温度约为420℃。合金锭经过重熔，注入离心铸造机的塑料模具成功锌合金首饰挂件，成品率为95％。