一、化學(xué)成分：元素功能與協(xié)同作用
鋅合金的性能由其化學(xué)成分直接決定，各主要元素承擔(dān)不同角色。
鋁：核心合金元素。主要作用是固溶強化，提高強度與硬度。同時顯著改善合金熔體的流動性，減少鑄造缺陷。常規(guī)壓鑄合金（Zamak系列）鋁含量約為4%，高鋁鋅合金（ZA系列）鋁含量可達 8%～27%，后者強度與耐熱性顯著提升。
銅：次要強化元素。主要作用是提高硬度和抗蠕變能力（即在應(yīng)力下抵抗緩慢變形的能力）。含量通常低于2%，過量會降低耐腐蝕性并增加脆性。
鎂：微量關(guān)鍵元素。主要功能是抑制晶間腐蝕。通過固定雜質(zhì)鐵，防止其有害作用。含量需精確控制（通常0.02%-0.05%），過高會損害流動性和韌性。
雜質(zhì)控制：鐵、鉛、鎘等雜質(zhì)需嚴(yán)格限制，以確保材料延展性、穩(wěn)定性和環(huán)保合規(guī)性（如符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)）。
二、性能機制：從結(jié)構(gòu)到表現(xiàn)的關(guān)聯(lián)
力學(xué)性能：由鋅基固溶體（提供韌性）和彌散分布的金屬間化合物（如Al?Zn??，提供強度）共同決定。元素的添加通過固溶強化和第二相強化機制提升性能。晶粒細(xì)化（如通過鎂元素控制）也能同步提升強度與韌性。
物理性能：密度隨鋁含量增加而降低（ZA-27比Zamak 3輕約24%）。導(dǎo)熱性隨鋁含量增加而改善。固有的低熔點（約380-420℃）和良好流動性使其非常適合壓鑄復(fù)雜薄壁件。
耐腐蝕性：源于表面形成的致密ZnO/Zn(OH)?鈍化膜。鋁能增強此膜的穩(wěn)定性，而鎂能抑制由雜質(zhì)引發(fā)的晶間腐蝕。銅含量過高則會增加晶間腐蝕傾向。
三、材料改性：提升性能
通過技術(shù)手段優(yōu)化鋅合金，以滿足特定需求。
1.成分優(yōu)化
◇環(huán)保化：開發(fā)低鉛（含量小于0.003%）、無鎘合金，滿足嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)。
◇高性能化：通過調(diào)整鋁、銅含量并添加微量鎳、鈦等元素，開發(fā)出更高強度、更耐熱或?qū)嵝愿训奶胤N合金。
2.工藝優(yōu)化
◇熔煉控制：采用保護氣體熔煉和真空除氣，減少氧化與氣孔，提升材料純凈度與致密性。
◇半固態(tài)成形：先進成型技術(shù)，可獲得更細(xì)小的微觀組織，顯著提高零件力學(xué)性能和尺寸精度。
◇熱處理：對ZA系列等進行時效處理，促使 強化相析出，可進一步提升強度與硬度。
3.表面處理
◇化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：如無鉻鈍化，生成耐腐蝕保護層，是環(huán)保且有效的防銹手段。
◇電鍍：如鍍鎳，可極大提高表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性，并改善外觀。
◇涂裝：采用粉末涂層或電泳，提供長效防腐保護和色彩選擇。
四、選型策略：基于需求
選型是性能、工藝、成本與合規(guī)性的綜合平衡。
●按應(yīng)用場景選型建議：
1.高耐磨與高硬度部件（如鎖具核心零件、耐磨襯套、高端拉鏈頭）
◇首選：Zamak 2
◇理由：在Zamak列中擁有最高的硬度和耐磨性，能承受強烈的摩擦和磨損，使用壽命長。
2.通用結(jié)構(gòu)件與外觀件（如電子元器件、殼體、五金件）：
◇首選：Zamak 3 或 Zamak 7
◇理由：綜合性能好，鑄造流動性佳，易于獲得高表面質(zhì)量，適合電鍍等后續(xù)處理，成本效益高。
3.承重與耐磨部件（如汽車安全帶卡扣、小型齒輪、鎖具）：
◇首選：Zamak 5 或 ZA-8
◇理由：更高的硬度、強度和抗蠕變性能，能滿足更高的力學(xué)要求。
4.高溫或高強輕量化部件（航空航天如發(fā)動機周邊零件、高負(fù)載軸承座）：
◇首選：ZA-27
◇理由：具有所有鋅合金中最高的強度、硬度和耐熱性，且密度低。需注意其塑性較差，不適合承受高沖擊載荷。
5.有嚴(yán)格環(huán)保與安全要求的部件（如醫(yī)療設(shè)備、食品器械）：
◇首選：環(huán)保合規(guī)型 Zamak 3
◇理由：確保有害物質(zhì)含量達標(biāo)，并結(jié)合適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪詽M足衛(wèi)生與耐腐蝕要求。
6.高強韌與抗沖擊部件（如需要承受沖擊的工具外殼、安全零件、高性能汽車零部件）：
◇首選：ACuZinc5
◇理由：其高銅含量帶來了接近ZA系列的高強度，同時保持了優(yōu)良的延伸率率和沖擊
韌性，是替代黃銅、應(yīng)對復(fù)雜受力情況的理想選擇。
●選型核心考量維度：
◇性能需求：明確對強度、硬度、韌性、耐熱性、耐腐蝕性的具體要求。◇制造工藝：評估零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、壁厚及產(chǎn)量，選擇與壓鑄工藝兼容性最佳的合金。
◇成本控制：在滿足性能要求的前提下，優(yōu)先選擇經(jīng)濟性更高的牌號（如Zamak 3）。
◇法規(guī)符合：針對目標(biāo)市場，確保材料符合RoHS、REACH等環(huán)保指令。
五、鋅合金常用材料牌號對比
1.機械性能對比
牌號 | 抗拉強度 MPa | 布氏硬度 HB | 延伸率% |
Zamak 2 | 355~385 | 95~105 | 4~6 |
Zamak 3 | 280~320 | 80~90 | 10~12 |
Zamak 5 | 320~360 | 95~105 | 7~9 |
Zamak 7 | 290~310 | 75~85 | 12~14 |
ZA-8 | 210~370 | 87~100 | 1.3~8 |
ZA-27 | 400~430 | 100~120 | 2~3 |
ACuZinc5 | 400~440 | 115~125 | 8~10 |
2.特點對比
牌號 | 主要特點 |
Zamak 2 | 高銅含量，強度優(yōu)異，耐磨性強 |
Zamak 3 | 綜合性能均衡，鑄造流動性好，經(jīng)濟通用 |
Zamak 5 | 因含銅、硬度、強度及耐磨性優(yōu)于Zamak 3 |
Zamak 7 | 低鎂含量，高純度，優(yōu)化了流動性與表面光潔度 |
ZA-8 | 強度、硬度高，耐熱性好，適合壓鑄 |
ZA-27 | 鋅合金中強度最高，密度最低，耐磨性好，塑性較差 |
ACuZinc5 | 先進合金，抗蠕變性能突出 |
3.合金牌號命名
通用牌號 | UNS | ASTM | Common |
Z35544 | AC43A | Alloy 2 | |
Z33524 | AG40A | Alloy 3 | |
Z35532 | AC41A | Alloy 5 | |
Z33526 | AG40B | Alloy 7 | |
Z35637 | - | ZA-8 | |
Z35842 | - | ZA-27 | |
Z46540 | - | ACuZinc5 |
參考標(biāo)準(zhǔn)：
ASTM B240-2022《鋅及鋅鋁合金鑄造和壓鑄鑄錠》
ASTM B86-2018《鋅及鋅-鋁合金鑄造和壓鑄件》
EN 1774-1997《鋅及其合金-鑄造用合金-錠狀和液態(tài)》