常见材料及其相关特性分析Word格式文档下载.docx
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硬铝和超硬铝比一般的铝合金具有更高的强度和硬度，可以作为一些面板类的材料，但是塑性较差，不能进行折弯，折弯会造成外圆角部位有裂缝或者开裂。
铝合金的牌号和状态已经有新的标准，牌号表示方法的标准代号为GB/T16474-1996，状态代号GB/T16475—1996，与老标准的对照表如下表1-1所示：
表1-1铝合金新旧牌号对照表
牌号
状态
新
旧
1070A
L1
5A06
LF6
2A80
LD8
2A14
LD10
H12
R
1060
L2
5A12
LF12
2A90
LD9
2A50
LD5
O
M
1050A
L3
8A06
L6
4A11
LD11
6A02
LD2
T4
CZ
1035
L4
3A21
LF21
6063
LD31
7A04
LC4
T5
RCS
1200
L5
2A02
LY2
6061
LD30
7A09
LC9
T6
CS
5A02
LF2
2A06
LY6
2A11
LY11
5A03
LF3
2A16
LY16
2A12
LY12
5A05
LF5
2A70
LD7
2A13
LY13
1.1.2.3铜和铜合金板
常用的铜和铜合金板材主要有两种，紫铜T2和黄铜H62，
紫铜T2是最常用的纯铜，外观呈紫色，又称紫铜，具有高的导电、导热性、良好的耐蚀性和成形性，但强度和硬度比黄铜低得多，价格也是非常昂贵，主要用作导电、导热和耐用消费品腐蚀元件，一般用于电源上需要承载大电流的零件。
黄铜H62，属高锌黄铜，具有较高的强度和优良的冷、热加工性，易用于进行各种形式的压力加工和切削加工。
主要用于各种深拉伸和折弯的受力零件，其导电性不如紫铜，但有较好强度和硬度，价格也比较适中，在满足导电要求的情况下，尽可能选用黄铜H62代替紫铜，可以大大降低材料成本，如汇流排，目前绝大部分汇流排的导电片都是采用黄铜H62，事实证明完全满足要求。
1.2压铸工艺成型原理及特点
压铸，即压力铸造，是将液态金属或半液态金属，在高压作用下，以高的速度填充到压铸模的型腔中，并在压力下快速凝固而获得铸件的一种方法。
压铸时常用压力是从几兆帕至几十兆帕，填充起始速度在0.5-70m/s；
压铸时的熔料温度，铝合金一般是610-670℃，锌合金一般是400-450℃，模具温度一般为合金温度的三分之一。
注：
本章节只涉及锌铝合金压铸件的讨论。
1.2.1压铸件的常用材料
常用压铸铝合金一般有：
ADC12、YL113、YL102、A380、A360等；
常用压铸锌合金一般有：
3#Zn；
目前，珠江三角洲地区比较普遍的铝合金材料是ADC12，它在压铸成型性、切削性、机械性能等各方面均有较好的表现。
型材是通过把加热到一定温度的铝坯锭放在挤压机的挤压筒中，挤压机的压力通过挤压杆、垫片作用在坯锭上，迫使金属流出挤压模，从而获得所需形状、尺寸、性能的制品。
1.3型材挤压加工的基本常识
1.3.1铝型材的生产工艺流程
铝型材成型加工中的主要工序是挤压，其它工序与供货状态有关，流程见图4-1
图4-1铝型材零件生产流程
1.3.2常见型材挤压方法
按照挤压型材的类型，可分为实心型材挤压和空心型材挤压等。
按照坯料相对挤压筒的移动特点，可分为正挤压和反挤压等。
一、实心型材挤压
实心型材挤压采用两种基本方法，即金属正向流动的挤压、金属反向流动的挤压，分别如图4-2和图4-3所示。
1.挤压杆2.挤压筒3.挤压垫4.坯锭5.挤压模6.制成品
图4-2实心型材正向挤压
1.堵头2.坯锭3.挤压筒4.挤压模5.制成品6.挤压杆
图4-3实心型材反向挤压
二、空心型材挤压
根据空心型材的外形、孔的数目、尺寸形状、孔对型材断面中心位置的非对称分布程度等，空心型材挤压常采用两种基本方法：
a.挤压针管材挤压法：
可对空心或实心坯锭进行挤压，当采用实心坯锭时，在挤压之前先进行穿孔。
这种方法挤压的空心型材没有接逢，一般用于形状简单、内孔直径较大的异形断面管材，如图4-4所示。
1.挤压杆2.挤压筒3.挤压垫4.坯锭5.挤压针6.挤压模7.制成品
图4-4无逢管材正向挤压
b.组合模焊合挤压：
挤压时采用实心坯锭，组合针和模子是一个整体或装成一个刚性结构。
坯料4放入挤压筒2中，在挤压杆1通过挤压垫片3所传递的力的作用下，坯料金属在高压作用下被模子5分成两股或两股以上的金属流，在模子的焊合室内被重新焊合。
最终在模孔和组合针的逢数之数目等于被分开的金属流股数，如图4-5所示。
1.挤压杆2.挤压筒3.挤压垫4.坯锭5.模子6.模套7.组合针8.制成品
图4-5组合模焊合挤压
1.4铝型材常用材料及供货状态
1.根据GB/T6892-2000《工业用铝及铝合金热挤压型材》，常见铝及铝合金牌号、状态如下表4-1所示：
表4-1型材的合金牌号、供货状态
合金牌号
供货状态
1060、1100、3A21、3003、5A02、5A03、5A05、5A06
O、H112、F
2A11、2A12、2017
O、H112、T4、F
2024
5052
O、F
6005、6060
H112、T5、F
6061、6A02、6082
O、H112、T4、T6、F
6063、6063A
O、H112、T4、T5、T6、F
7A04、7075
O、H112、T6、F
注：
1.需方需求其他合金或状态时由供需双方协商确定；
2.表中加粗牌号6063、6005为公司常用型材材料。
6063和6005为公司Q/ZX28.007.2–2004标准推荐使用材料：
6063是镁系列铝合金，具有良好的可挤压性，可以挤压各种截面复杂的型材；
中等强度，可以满足各种机械加工的技术要求；
适宜的物理特性，内部组织致密、具有良好的导电、导热性能；
较好的耐蚀性、及接受阳极氧化的良好能力。
主要用于插箱横梁、小面板、散热器、把手、导轨等。
6005是镁系列铝合金，强度和硬度高于6063；
较好的耐触性、及接受阳极氧化的良好能力。
6005主要用于6063无法满足强度和硬度要求的场合，如插箱横梁，可减轻扳手啃咬型材现象，但6005型材加工的成型非常困难，一般的型材厂家不能加工，只有少数厂家能加工，且尺寸精度不易控制。
两种材料具体参数见公司《结构材料手册——有色金属材料》Q/ZX28.007.2–2004标准。
2.根据GB/T16475-1996《变形铝及铝合金状态代号》，铝合金的状态如下表4-2：
表4-2铝合金基础状态代号、名称及说明与应用
代号
名称
说明与应用
F
自由加工状态
适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的化学性能不作规定。
退火状态
适用于经完全退火获得最低强度的加工产品
H
加工硬化状态
适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所下降的附加处理。
H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字。
W
固溶热处理状态
一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。
T
热处理状态
（不同于F、O、H、状态）
适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品。
T代号后面必须跟一位或多位阿拉伯数字。
表6-1不同塑料零件的推荐材料
序号
零件分类
推荐材料
标记示例
注意问题
1
扳手类
阻燃级ABS
阻燃级
ABS
加色一定要抽粒，真空镀，电镀性能不好
2
小面板类
HF-606
3
导轨类
PA66+玻纤
PA66-RG25
零件看起来表面粗糙，颜色难以调配，此种材料脆，韧性不好，结构件上的扣位等小结构易断，在结构设计上要加圆角，增强强度
4
灯镜，导光柱类
PMMA，PC
PMMA560F
透明PC韧性好，价格高，透光性差些。
PMMA易脆，透光性好些，价格低些。
5
镜片，透明窗
透明PC
陶氏302-05
ＰＣ的流动性不好，
塑胶件的表面处理
表6-2塑料表面处理的选择
种类
工艺实质
表面效果
注意事项
塑胶原生光面
模具型腔表面抛光
塑胶表面光滑，光亮
模具表面尺寸精度越高，表面光洁度越高，零件的光泽越均匀，柔和。
塑胶原生纹面
对模具表面抛光的基础上再饰纹
塑胶表面呈现微小的纹理，同时表面有不同的光泽状态
蚀纹板分为，光纹，半光纹，亚光纹。
粗纹一般不与喷油联用。
蚀纹板越细越不耐刮花。
亚光纹易刮花
塑胶表面喷油
对塑胶表面进行喷涂处理
能得到不同的颜色，不同的光泽状态，不同的手感，不同的耐磨程度的表面
喷漆有亮光效果和亚光效果，喷漆能明显提高塑料件表面的外观档次，但是，成本也随之增加很多。
塑胶表面丝印，移印
对塑胶零件表面局部印刷
能印字、图案，能有不同的颜色状态
其效果主要取决于油墨及颜色
塑胶表面真空镀
真空镀
能有不同的颜色，不同的光泽状态，能制作半透的灯镜或灯板
光泽性取决于塑胶的原生状态
颜色取决于真空镀本身
真空镀的产品不耐磨，一般要在真空镀后喷UV提高耐磨性
6
塑胶表面电镀
塑胶电镀
能有不同的颜色，不同的光泽，但不能制作半透的
颜色取决于电镀本身
电镀产品本身耐磨性好
有些塑胶原料不能电镀
7
塑胶表面IMD
工艺可理解为在塑胶的表面覆盖一层可印刷的薄膜
薄膜本身耐磨，
基本上印刷能达到的效果，这种方法在塑胶表面都能达到
薄膜一般覆盖在表面
可以覆盖白膜，在薄膜上或工件后面丝印，移印在喷UV漆。
此种方法对锐角，对凸凹有工艺设计要求
8
塑胶表面IML
薄膜层比较厚，可理解为单独的零件，可叠加在塑胶的表面或里面
薄膜本身耐磨
利用薄膜的厚度多层叠加能达到立体效果
此种方法对锐角，对凸凹有工艺设计要求
表面处理工艺
1.5金属镀覆
1.5.1金属镀覆工艺范围
为达到一定的防护性、装饰性、功能性要求，通常会对不同材料进行多种表面处理镀层设计，在工业上获得金属镀层较多应用的金属镀覆表面处理工艺如表7-1所示：
表7-1金属镀覆工艺汇总
镀覆方法
主要适用范围
电镀法（electroplating）
传统五金、电子产品外表面防护和装饰
热浸法（hotdipplating）
户外工程、建筑防护
塑料电镀（plasticplating）
塑胶终端产品外观和功能提供
渗透镀（diffusionplating）
精密电子器件
真空蒸发镀（vacuumplating）
灯罩、防光镜等
复合电镀（compositeplating
提供高耐磨镀层，如气缸内壁
穿孔电镀（through-holeplating）
PCB板电镀
电铸（electroforming）
标牌、铭牌、工艺品
化学镀法（electrolessplating）
提供耐蚀并导电的镀层
熔射喷镀法（sprayplating）
户外工程机械
浸渍电镀（immersionplating）
提供特定的化学置换层
阴极溅镀（cathodespattering）
提供电磁屏蔽等功能或外观装饰层
合金电镀（alloyplating）
提供更高性能或替代单金属镀层
局部电镀（selectiveplating）
同一零件满足两种外观或性能要求
笔电镀（penplating）
零件修复
在通讯行业，大量采用钣金件和其它金属机加工件，主要的功能要求是耐腐蚀性和少量的装饰性，获得这些功能的最常用和最廉价的方式是传统电镀法。
1.5.2电镀基础介绍
1.5.2.1金属的标准电极电位
电极电位是表示某种离子或原子获得电子而还原的趋势。
如将某一金属放入它的溶液中（规定溶液中金属离子的浓度为lM），在25℃时，金属电极与标准氢电极（电极电位指定为零）之间的电位差，叫做该金属的标准电极电位。
金属活动性顺序表（钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金）自左向右活性由强变弱，标准电极电位由负变正。
电极电位越负，金属越活泼，自然界没有金属态存在，如钠、钾、铝；
电极电位越正，金属越稳定，自然界有金属态存在，如铜、银、金。
表7-2部分材料标准电极电位E°
（25℃）
金属电对
E°
Li+/Li
—3.01
Pb2+/Pb
—0.13
Mg2+/Mg
—2.37
H+/H2
Al3+/Al
—1.80
Cu2+/Cu
+0.34
Ti+/Ti
—1.63
O2/OH-
+0.40
Zn2+/Zn
—0.76
Ag+/Ag
+0.80
Cr3+/Cr
—0.74
Au3+/Au
+1.50
Fe2+/Fe
—0.44
Au+/Au
+1.70
Cd2+/Cd
—0.40
Co2+/Co
—0.28
Sn4+/Sn2+
+0.15
Ni2+/Ni
—0.25
Cu2+/Cu+
Sn2+/Sn
—0.14
Fe3+/Fe2+
+0.77
1.5.2.2阳极性镀层
在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位负时，此镀层为阳极性镀层（如钢上镀锌）。
此类镀层完整性破坏后，仍可依靠电化学作用保护基体。
1.5.2.3阴极性镀层
在一定的介质中，镀层金属的电极电位比基体金属的电极电位正时，此镀层为阴极性镀层（如钢上镀铜）。
阴极性镀层只能依靠自身的致密膜层保护基体金属，当镀层完整性较差或破坏之后，将加速基体金属的腐蚀。
1.5.3金属镀覆设计注意事项
1.5.3.1环境条件分类
良好条件：
不暴露在大气中，相对湿度不大于70%，密封条件下，不受腐蚀介质作用。
一般条件：
非露天，一般大气条件，相对湿度不大于95%。
恶劣条件：
户外、露天，受各种腐蚀介质作用，相对湿度会大于95%。
特殊条件：
高温、低温、耐磨、特殊介质环境。
1.5.3.2接触偶
两种材料的电位差大小决定了接触偶的大小（见表7-3）。
电位差越大，腐蚀越快。
一般条件下，标准电极电位差不超过0.5伏时，可以安全使用。
1.5.3.3表7-3常用材料和镀覆层相互接触时的接触腐蚀等级
接触材料
铜及铜合金
铜镀镍
铜镀锡
0~1
铜镀银
铜镀锌，钝化
1~2
不锈钢
钢镀铬①
钢镀镍②
锡（焊料）
钢③和铸铁
钢镀锌，钝化
铝
铝，氧化
炭制品
--
油漆覆盖层
①钢镀铬为铜、镍、铬复合镀层②钢镀镍为铜、镍复合镀层③钢指碳素钢和低合金钢
接触偶等级：
0级——不引起接触腐蚀可安全使用；
1级——引起接触腐蚀，但影响不严重，在多数场合下可以使用，热带海洋环境例外。
（需进行涂装）；
2级——引起严重的接触腐蚀，除在有空调的干燥室内或密封良好的条件下，一般不宜采用。
（必须用绝缘垫片隔离）。
接触偶设计过程中，应尽量避免大阴极小阳极现象出现。
1.5.3.4镀覆层设计原则
镀覆层设计时须考虑以下各项因素：
1）零件的材料、结构、形状、配合公差，如M3的螺纹镀层厚度超过6微米，就会影响形状和旋合；
2）零件储存和使用环境条件特征；
3）金属镀覆层的特性和分类、应用范围、厚度系列与选择原则；
4）金属材料接触偶级别；
5）镀覆的目的和各种性能要求；
6）镀覆层的表示方法。
1.5.3.5几个特定的注意事项
1）电化学特征，结构设计中尽量避免两端盲孔等溶液无法进入或流动的区域和结构，当孔较小、较深时，要增加工艺横孔，以提高溶液流动性和改善电场分布，提高镀层均匀性和可镀性；
2）由于前处理和电镀溶液很容易在组合件缝隙中残留，带有螺纹连接、压合、搭接、铆接、点焊、单面焊等组件，因存在缝隙，原则上不可以进行镀覆。
3）焊接整体机柜电镀难度很大，良率较低，机柜外部和内部镀层厚度差别较大，设计中应尽量避免整机电镀；
4）黑色金属电镀后会不同程度的产生氢脆抗疲劳性能下降，需要受力的高强度钢和薄壁零件，要注意氢脆、疲劳和应力集中等；
5）镀层组合不可随意设计，必须经过试验验证性能满足各项要求的镀层组合才可以采用；
6）应注意镀覆层的使用温度范围，超过允许的使用范围时，不仅会导致性能无法达到，甚至可能引起基体金属的开裂和脆断。
7）电镀铬的深度能力很差，形状复杂的工件，仅装饰性的外表面可以保证镀层完整，凹槽和孔内很难镀到。
8）在密闭情况下，应考虑有机挥发气氛对锌镉镀层的腐蚀作用。
1.5.4几种常用零件电、化学处理推荐
表7-4几种常用零件电、化学处理推荐
零件特征或材料
推荐处理方式
冷轧钢板门板、立柱、横梁、托架、走线架
镀锌彩色钝化
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