Материаловедение: ЦАМ (Zamak)

Замки и дверную фурнитуру изготавливают в основном из стали, алюминия и ЦАМ. С первыми двумя знаком каждый, но что такое ЦАМ, знают не все. А зря: прямо сейчас это главный материал в производстве дверной фурнитуры.



1. ЧТО ТАКОЕ ЦАМ ?

ЦАМ (ZAMAK) – семейство цинковых сплавов, открытых в 1929 году американской компанией The New Jersey Zinc Corporation. Их основной элемент – цинк, а легирующие – алюминий, медь и магний. Вообще оригинальное название ZAMAK это не что иное, как аббревиатура из обозначений этих металлов на немецком:

 Состав.jpg

Содержание элементов указано на примере сплава ЦАМ 4-1 (Zamak 5)

Российское «ЦАМ» – тоже аббревиатура, но без упоминания магния. Правда, из состава он никуда не делся. 

Сплавы ЦАМ имеют серебристо-серый цвет и продаются в чушках (слитках). В зависимости от состава выделяют три основных вида цинковых сплавов: 

1. литейные (для литья сложных тонкостенных форм – например, корпусных деталей);
2. деформируемые (для производства методами прессовки, проката, вытяжки); 
3. антифрикционные (для литья би- и монометаллических деталей для узлов трения). 


2. ЧТО КОНКРЕТНО ИЗГОТАВЛИВАЮТ ИЗ ЦАМ (ZAMAK) ?
 
изделия из цам.jpg
Очень много всего. ЦАМ активно используют в автомобилестроении – из него отливают радиаторные решетки, корпуса карбюраторов и бензонасосов.  Детали из ЦАМ можно обнаружить в пищевом оборудовании и кухонной технике – от блендера до холодильника. Пуговицы, кнопки и застежки-молнии – все это тоже ЦАМ. А также элементы часов, детали велосипедного тормоза, затворы стрелкового оружия, рыболовные катушки, ключи, игрушечные солдатики, сувениры, значки и многое другое. Даже спиннеры. 

Еще из ЦАМ делают дверную фурнитуру. Это ручки, накладки, петли, детали замков, задвижек, шпингалетов, доводчиков и т. д. Повторим: именно ЦАМ (а точнее – сплав ЦАМ4-1) сейчас материал №1 в производстве замочно-скобяных изделий.

3. ОТКУДА ТАКАЯ ПОПУЛЯРНОСТЬ? ПОЧЕМУ ЦАМ, А НЕ ДРУГИЕ МЕТАЛЛЫ ?
 сплав.jpg
Отменные литьевые свойства. ЦАМ – пластичный (жидкотекучий) материал. Из него можно получать изделия любой формы и сложности, в том числе тонкостенные. Причем они будут настолько точными, что обработка практически не понадобится. В этом смысле ЦАМ – антипод стали, из которой трудно отлить что-то детализированное. 

• Недорогое производство. Отчасти благодаря дешевизне цинка (из металлов дешевле разве что железо и свинец). Но в основном из-за экономии на производственных мощностях. Если сталь льют на металлургических заводах, то для цинкового сплава достаточно оборудовать подвал. А с учетом того, что температура плавления ЦАМ почти как у свинца (от ~ 380°, в зависимости от марки), что-нибудь простенькое можно лить даже дома на кухонной плите.

• Уверенная адгезия с покрытием. На цинковые сплавы отлично ложится гальваническое покрытие – гораздо лучше, чем, например, на алюминий. Благодаря гальванизации изделиям из ЦАМ можно придать латунный, золотой или, например, никелевый оттенок. При этом цвет и текстура будут однородными и годами продержатся без единой царапины. 

• Практичность. Гальванизированные изделия из ЦАМ хорошо противостоят коррозии и практически не подвержены старению (кроме сплавов с высоким содержанием меди). Благодаря меньшей плотности, чем у латуни и стали, они сравнительно легки, хотя и не настолько, как изделия из алюминия. 


4. КАКУЮ РОЛЬ В ЦАМ ИГРАЮТ ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИМЕСИ ?
 
Легирующие элементы:

Алюминий. Улучшает жидкотекучесть и снижает растворение железа, что в итоге повышает прочность сплава. Если алюминия в сплаве 4-6%, то он выравнивает текстуру, делая ее однородной и мелкозернистой.

Медь. Делает сплав тверже и крепче: добавляем 3% меди и получаем +20% к прочности. Но есть и минусы: медь ухудшает антикоррозийные свойства и усиливает старение сплава. Последнее со временем приводит к просадке механических свойств и изменениям объема.

Магний. Это «прививка» от коррозии (в том числе межкристаллитной, самой коварной из всех коррозий) и объемных изменений сплава из-за старения. Допустимое содержание – 0,1%. Если магния больше, ухудшатся механические свойства и пластичность. А еще повысится красноломкость: при горячей обработке давлением сплав может дать трещины.

Даже в самом чистом и дорогом ЦАМ есть вредные примеси. В первую очередь это олово, свинец и кадмий. Они не опасны, если остаются в пределах допустимого: для литейных сплавов – 0,001%, 0,007% и 0,003% соответственно. Если олова, свинца и кадмия больше, ухудшаются механические свойства сплава, повышается красноломкость, из-за чего на отливках образуются трещины. Наконец, резко возрастает опасность межкристаллической коррозии. Она не сразу заметна, но если появилась – это фатально.

Еще один враг ЦАМ – железо. Всего 0,2% железа в составе делает цинк хрупким и непригодным для прокатки, ухудшает пластичность и качество отливки. Также в сплавах ЦАМ встречаются и другие примеси – например, никель (снижает жидкотекучесть) и кремний (снижает прочность).


5. ЕСТЬ ЛИ РАЗНИЦА МЕЖДУ ПЕРВИЧНЫМ И ВТОРИЧНЫМ ЦАМ ?
 zamak.jpg

Да. Первичный ЦАМ получен из рудных металлов, он чище. Вторичный переплавлен из лома и содержит больше примесей.

Качество вторичного ЦАМ зависит от лома, которым он был в прошлой жизни. Так, ЦАМ 4-1 получают из переплавленных карбюраторов. В этом случае основные показатели химического состава почти всегда соответствуют нормам ГОСТ 19424-97 («Сплавы цинковые литейные в чушках. Технические условия»). А вот если плавить ЦАМ 4-1 из решеток радиаторов, алюминия и меди будет чуть больше, чем нужно, а магния – немного меньше.

Чтобы уменьшить содержание вредных примесей, расплавленный ЦАМ рафинируют. Но это трудно, дорого и долго. Простой пример: один из основных способов рафинирования цинковых сплавов – ликвация. Однако при ликвации жидкий расплав необходимо отстаивать сутками. И то удастся добиться снижения содержания свинца только на ~ 0,5%. А если его значительно больше?

Еще один минус вторичных цинковых сплавов – высокая активность к окислению при переплавке. На поверхности образуются окислы: оксиды цинка, диоксиды кремния и глиноземы. Все это сказывается на гальванизации: покрытие будет более зернистым и быстрее сползет.

В целом: чем ответственнее литье и сложнее форма отливки – тем больше резон использовать первичный ЦАМ. Правда, возрастет стоимость производства и конечная цена изделия. Например, дверная ручка из первичного ЦАМ в 1,5-2 раза дороже ручки из вторичного ЦАМ.


6. ЧТО ЗА МАТЕРИАЛ ЦАМ 4-1, ИЗ КОТОРОГО ДЕЛАЮТ ДВЕРНУЮ ФУРНИТУРУ ?

Это сплав для литья под давлением с температурой плавления 380-390°C, аналог американского Zamak 5. В расплавленном виде материал очень текуч, быстро заполняет каналы литейных форм, не налипая на их поверхность. Из него отливают ответственные и тонкостенные конструкции: корпуса и детали замков, доводчиков, дверные и оконные ручки, кронштейны и т. д.

Производят ЦАМ 4-1 в плавильных тигельных печах (реже – в канальных, с железным сердечником). Сначала готовят рабочую смесь – шихту. В разогретый до 400-500°C тигель (плавильный сосуд) загружают 2/3 от нужного количества цинка, всю медь, алюминий и медно-алюминиевую лигатуру. Затем подсыпают древесный уголь, а когда шихта прогреется ~до 500°C, загружают оставшийся цинк. Магний добавляют в конце, когда сплав почти готов к разливке. Наконец, сплав рафинируют от примесей с помощью хлористого аммония либо цинка и разливают в чушки по 20-28 кг.


7. ВМЕСТО ВЫВОДА: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ЗАМКОВ И ФУРНИТУРЫ ИЗ ЦАМ
 
+ Любая форма и дизайн. Из литейных марок ЦАМ можно отливать изделия любой сложности, в том числе тонкостенные. Отбраковка минимальна.

+ Идеально гладкая поверхность. В отличие от алюминия ЦАМ отлично полируется. Поверхность будет гладкой, без заусенцев и зазубрин.

+ Практичность. Фурнитура из ЦАМ с гальваническим покрытием не ржавеет (при условии, что она используется внутри помещений).

+ Прочность на уровне малоуглеродистой стали. Некоторые сплавы ЦАМ в 10-15 раз прочнее популярного алюминиевого сплава A380.

+ Сравнительно небольшой вес. Вдвое легче латуни и в 1,2-1,5 раза легче стали. Казалось бы: ну легче – и ладно. Но если вы выбираете, скажем, велосипедный замок для перевозки в поясной сумке, то это действительно важно.

+ Всегда красивый и достоверный цвет. Сравните с алюминием, который плохо передает сложные оттенки вроде «античной бронзы».

+ Приемлемая цена. Изделия из ЦАМ дешевле фурнитуры из латуни и нержавеющей стали.

– Ограниченное применение на улице. Если вы живете в приморских или холодных регионах, больше подойдут латунь или нержавейка.