1. Introduction
L'alliage de zinc est un matériau métallique principalement composé de zinc, avec l'ajout d'autres éléments pour améliorer les propriétés spécifiques.
Ces éléments d'alliage peuvent modifier considérablement les caractéristiques telles que la force, dureté, résistance à la corrosion, et capacité de casting.
Les alliages de zinc sont largement utilisés dans divers processus de fabrication en raison de leur point de fusion relativement faible, Bonne fluidité pendant le casting, et la rentabilité.
2. Qu'est-ce que l'alliage de zinc?
Le zinc est un métal blanc bleuâtre. Les alliages de zinc sont des composites métalliques où le zinc est le principal constituant, généralement allié avec des éléments comme l'aluminium (Al), cuivre (Cu), magnésium (Mg), et des oligo-éléments tels que le nickel (Dans) ou titane (De).
Ces combinaisons créent des alliages avec une résistance mécanique sur mesure, résistance à la corrosion, coulée, et finition de surface, les rendre essentiels dans les applications structurelles et décoratives.
Éléments d'alliage primaire et leurs rôles
| Élément | Typique % en alliage | But |
| Aluminium (Al) | 3–27% | Augmente la force, améliore la fluidité, améliore la résistance à la corrosion |
| Cuivre (Cu) | 0.5–3% | Améliore la dureté, résistance à l'usure, et force de traction |
| Magnésium (Mg) | <0.06% | Raffinement des grains, améliore la résistance à la corrosion |
| Nickel (Dans) | Tracer | Améliore la résistance à des températures élevées, réduit la porosité |
| Titane (De) | Tracer | Améliore la résistance au fluage, utilisé dans les alliages hautes performances |
3. Familles d'alliage de zinc communes
L'alliage de zinc est classé en fonction de sa composition, comportement mécanique, et méthode de traitement.
Les trois familles les plus éminentes sont Alliages zamak, Alliages za, et alliages de zinc spécialisés tel que Galvan et Clou.
Chaque groupe est conçu pour des performances spécifiques et des exigences de fabrication.
Alliages zamak (Zinc + Aluminium + Magnésium + cuivre (Cuivre))
| Alliage | Composition (Env.) | Propriétés clés | Applications courantes |
| Charges 3 | Zn-4% Al-0.03%Mg | Excellente coulée, stabilité dimensionnelle | Parties coulées, électronique grand public, matériel |
| Charges 5 | Zn-4% al-1% avec | Force et dureté plus élevées que Zamak 3 | Pièces automobiles, composants structurels |
| Charges 2 | Zn-4% al-3% avec | Résistance à la plus haute résistance et à l'usure | Engins industriels, boîtiers de roulements |
| Charges 7 | Zn-4% Al-0.005%Cu (Pureté élevée) | Finition de surface supérieure, Impuretés inférieures | Pièces moulées décoratives, composants cosmétiques |
Aperçu technique:
Les alliages Zamak sont casting de matrice à la chambre chaude matériaux et sont largement utilisés en raison de leur excellente fluidité, Points de fusion bas (~ 385 ° C), et une bonne précision dimensionnelle.
Charges 3 est le plus couramment utilisé et est souvent considéré comme l'alliage de zinc «de référence».
Alliages za (Alliages de zinc-aluminium)
| Alliage | Composition (Env.) | Propriétés clés | Applications courantes |
| Pour 8 | Zn-8% al-1% avec | Bonne force, Convient pour le coulage à la chambre chaude | Boîtiers de connecteur, garniture automobile |
| Pour 12 | Zn-12% al-1% avec | Excellente résistance à l'usure et force | Composants industriels, vitesses moyennes |
| ZA-27 | ZN-27% al-1% avec | La plus élevée dans le groupe ZA, léger | Parties structurelles, petits composants du moteur |
Aperçu technique:
Offre Za Alloys résistance mécanique plus élevée que Zamak en raison de leur contenu en aluminium accru.
Ils sont principalement utilisés dans Coulage de la mort à la chambre froide et moulage par gravité processus. ZA-27, en particulier, rivalise certains alliages en aluminium en force de traction (~ 400 MPa).
Alliages de zinc spécialisés
| Alliage | Caractéristique unique | Cas d'utilisation |
| Galvan (Zn-5% Al + Terres rares) | Résistance à la corrosion supérieure (2x acier galvanisé) | Revêtements de protection pour les fils en acier et les draps |
| Clou (Zn-4% Al + Cu) | Excellente machinabilité, stabilité dimensionnelle | Outillage, Moule de caoutchouc meurt, Dies de formation à faible volume |
| Alliages zinc-copper (par exemple. Alliage 925) | Dureté et de la machinabilité améliorées | Matériel mécanique, mécanismes de verrouillage |
4. Propriétés physiques de l'alliage de zinc
Les alliages de zinc sont évalués pour leur équilibre unique de faible point de fusion, stabilité dimensionnelle, et bonne conductivité thermique et électrique.
Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés à casting à volume élevé et composants de précision dans plusieurs industries.
Propriétés physiques clés
| Propriété | Gamme typique | Unité | Remarques |
| Densité | 6.6 – 6.9 | g/cm³ | Plus élevé que l'aluminium (~ 2,7 g / cm³); Convient pour les applications d'amortissement |
| Point de fusion (Un solide-liquide) | 370 – 430 | °C | Varie selon la composition (Zamak fond ~ 385 ° C; Za-27 fond ~ 500 ° C) |
| Conductivité thermique | 100 – 120 | W/m·K | Plus bas que le cuivre, mais adéquat pour un transfert de chaleur modéré |
| Conductivité électrique | 25 – 30 | % SIGC | Inférieur au cuivre mais suffisant pour de nombreuses applications à basse tension |
| Coefficient de dilatation thermique | 26 – 30 × 10⁻⁶ | /K | Besoin de prendre en considération dans les assemblées multi-matériaux |
| Capacité thermique spécifique | 390 – 420 | J/kg·K | Inertie thermique modérée |
| Propriétés magnétiques | Non magnétique | – | Convient aux applications où les interférences magnétiques doivent être évitées |
5. Propriétés mécaniques de l'alliage de zinc
Les alliages de zinc sont réputés pour leur excellente couchabilité et leur résistance mécanique modérée, surtout lorsqu'il est utilisé dans le moulage.
| Propriété | Charges 3 | Charges 5 | Pour 8 | ZA-27 | Unité |
| Résistance à la traction ultime | 280 MPa | 330 MPa | 370 MPa | 410 MPa | MPa |
| Limite d'élasticité | 210 MPa | 250 MPa | 290 MPa | 370 MPa | MPa |
| Allongement à la rupture | 10–13% | 7–9% | 3–6% | 1–3% | % |
| Dureté (Brinell) | 82 | 90 | 100 | 120 | HB |
| Module d'élasticité | 83 GPa | 83 GPa | 85 GPa | 96 GPa | GPa |
| Résistance aux chocs (Charpique) | 2.5–3.0 | 2.0–2.5 | 1.5–2,0 | 1.0–1.5 | J. (inidié) |
6. Résistance à la corrosion & Comportement de surface des alliages de zinc
La résistance à la corrosion est une propriété vitale des alliages de zinc, en particulier pour les composants utilisés en plein air, marin, ou environnements chimiquement agressifs.
La passivation naturelle du zinc: Comment ça marche
Lorsqu'il est exposé à l'air et à l'humidité, Le zinc réagit avec l'oxygène et le dioxyde de carbone pour former un mince,
couche stable de carbonate de zinc (ZnCO₃), qui sert de barrière protectrice contre une nouvelle corrosion. Ce comportement de passivation est:
- Auto-guérison aux rayures et abrasions mineures
- Efficace dans les environnements atmosphériques et légèrement acides / basiques
- Moins protecteur en chlorure (par ex., côtier) ou paramètres industriels acides
Est la rouille du zinc？
Techniquement, La rouille est un terme couramment utilisé pour décrire le produit de corrosion du fer et de l'acier, qui est principalement de l'oxyde de fer.
Zinc, d'autre part, forme une couche d'oxyde de zinc et d'hydroxyde de zinc lorsqu'il corrode. Bien que ce ne soit pas la même chose que la rouille, C'est toujours une forme de corrosion.
Cependant, Les produits de corrosion du zinc sont généralement plus adhérents et protecteurs par rapport à la rouille, ce qui aide à ralentir la corrosion supplémentaire du métal.
Finition de surface: placage, revêtement en poudre, conversion de chromate
Pour améliorer la résistance à la corrosion et l'attrait esthétique des alliages de zinc, Diverses techniques de finition de surface sont utilisées:
Placage:
Électroplase avec des métaux tels que le nickel, chrome, ou les alliages de zinc-nickel sont une méthode de finition de surface commune.
Le placage offre une couche de protection supplémentaire contre la corrosion et peut également améliorer l'apparence du produit.
Par exemple, Le nickel-placage peut donner des pièces en alliage en zinc brillantes, Surface durable qui résiste aux rayures et à la corrosion.
Revêtement en poudre:
Le revêtement en poudre consiste à appliquer une poudre sèche à la surface de la partie alliage de zinc, puis à la guérir sous chaleur.
Cela forme un dur, film de protection qui offre une bonne résistance à la corrosion et une large gamme d'options de couleurs.
Les produits en alliage de zinc enrobés de poudre sont souvent utilisés dans les applications en plein air, comme le mobilier et le matériel architectural.
Conversion de chromate:
Le revêtement de conversion de chromate implique de traiter la surface de l'alliage de zinc avec une solution de chromate pour former un mince, couche protectrice.
Cette couche offre une bonne résistance à la corrosion et peut également améliorer l'adhésion des revêtements suivants, comme la peinture ou le revêtement en poudre.
Cependant, en raison de préoccupations environnementales liées au chrome hexavalent (un composant des solutions de chromate traditionnelles), Il existe une tendance croissante à utiliser des alternatives trivalentes de chrome ou de chrome.
7. Fabrication & Processus de fabrication
Moulage sous pression (chambre à chaud, chambre froide)
Casting de matrice à la chambre chaude:
Dans la chambre chaude moulage sous pression, Également connu sous le nom de moulage de pure de temps à cygne, Le melting pot fait partie intégrante de la machine à mouler.
L'alliage de zinc fondu est forcé dans la cavité de la matrice par un piston à travers un système d'injection en forme de col de vélo.
Ce processus convient aux pièces de petite à moyenne taille avec des géométries relativement simples. Il offre des taux de production élevés et une bonne précision dimensionnelle.
Cependant, Il est limité par la taille du melting pot et le type d'alliage qui peut être utilisé, Comme certains alliages peuvent réagir avec le métal du melting pot.
Coulage de la mort à la chambre froide:
La coulée de matrice à la chambre froide est utilisée pour des pièces plus grandes et des alliages plus sujets à l'oxydation ou qui ont des points de fusion plus élevés.
Dans ce processus, L'alliage de zinc fondu est chargé dans une chambre d'injection séparée, Et puis un piston force l'alliage dans la cavité de la matrice.
La coulée de matrice à la chambre froide offre un meilleur contrôle sur le processus d'injection et peut gérer de plus grands volumes de métal fondu, Le rendre adapté à des composants complexes et de plus grande taille.
Coulée d'investissement et moulage de sable
Moulage au sable:
Moulage au sable est une méthode traditionnelle pour couler les alliages de zinc. Un motif de la pièce souhaitée est utilisée pour créer une cavité de moule dans un mélange de sable.
Le moule de sable est ensuite rempli d'alliage de zinc fondu, qui se solidifie pour former la pièce.
Le coulage de sable offre une grande flexibilité en termes de conception de pièces, comme il peut s'adapter aux formes complexes et aux grandes tailles.
Cependant, Il a généralement une précision dimensionnelle plus faible et une finition de surface par rapport à la coulée.
Les pièces en alliage de zinc coulé de sable sont couramment utilisées dans la production de composants industriels à grande échelle, pièces sur mesure, et certains éléments architecturaux.
Moulage de précision:
Moulage de précision, également connu sous le nom de fonte à la cire perdue, est utilisé pour produire des pièces en alliage de zinc de haute précision avec des géométries complexes.
Dans ce processus, Un modèle de cire de la pièce est fabriqué, qui est ensuite recouvert d'une coquille en céramique.
La cire est fondu, laissant une cavité dans laquelle l'alliage de zinc fondu est versé.
La coulée d'investissement permet la production de pièces avec des détails très fins et une finition de surface de haute qualité, Mais c'est un processus plus cher et long par rapport à la moulage et à la coulée de sable.
Moulage par gravité
Moulage par gravité, ou coulée de moisissure permanente, implique verser un alliage de zinc fondu dans une cavité de moule sous la force de la gravité.
Le moule est généralement en métal, comme la fonte ou l'acier, et peut être réutilisé plusieurs fois.
Ce processus convient pour produire des pièces ou des pièces plus grandes avec des géométries plus simples.
Les pièces en alliage de zinc moulé par gravité ont souvent une finition de surface plus lisse et peuvent être plus rentables pour les courses de production à faible volume.
Il est utilisé dans les applications où la coulée de haute précision n'est pas l'exigence principale, comme dans certains articles décoratifs et certains types de composants industriels.
Extrusion, forger, et estampage
Extrusion:
Il est utilisé pour produire des profils continus avec une section transversale fixe à partir d'alliages de zinc.
Une billette de l'alliage est forcée de faire un dé, ce qui donne au matériau sa forme souhaitée. Ce processus convient à la création de produits tels que des tiges, tubes, et divers profils structurels.
Cependant, L'extrusion d'alliages de zinc est moins courante par rapport aux autres métaux en raison de leur résistance relativement faible et du potentiel de défauts de surface pendant le processus.
Forgeage:
Le forgeage consiste à façonner l'alliage de zinc en appliquant des forces de compression, généralement en utilisant des marteaux ou des presses.
Ce processus peut améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage en affinant la structure des grains et en éliminant les défauts internes.
Cependant, Forger des alliages de zinc est difficile en raison de leur faible point de fusion et de leurs propriétés de travail à chaud relativement pauvres.
Estampillage:
L'estampage est un processus utilisé pour former des feuilles plates d'alliage de zinc en différentes formes en appliquant une pression avec un dé.
Il est couramment utilisé dans la production de composants en tôle, comme les parties du corps automobile et le matériel des ménages.
L'estampage des alliages de zinc nécessite un examen attentif de la formabilité de l'alliage et de la conception des matrices pour éviter les fissures et autres défauts.
8. Applications de l'alliage de zinc
L'alliage de zinc est connu pour une excellente coulée, bon rapport force / poids, résistance à la corrosion, et capacité à former des formes complexes avec des tolérances serrées.
Industrie automobile
Les alliages de zinc sont fortement utilisés dans les composants automobiles structurels et décoratifs en raison de leur durabilité, stabilité dimensionnelle, et la rentabilité.
Applications courantes:
- Poignées de porte et manivelles de fenêtre
- Boîtiers du carburateur
- Cadres d'emblèmes et pièces de garniture
- Composants de la ceinture de sécurité
- Raccords de système de carburant
Electronique grand public & Matériel
Les alliages de zinc sont largement appliqués dans les boîtiers de dispositifs électroniques et les composants internes en raison de leur Bouclier EMI capacités et conductivité électrique.
Applications clés:
- Logements pour smartphone
- Chatiges et cadres pour ordinateur portable
- Télécommandes et décors
- Caméra et enveloppes de drones
- Connecteurs de câbles et terminaux
Architectural & Matériel de construction
En raison de leur résistance à la corrosion et aux finitions attrayantes, Les alliages de zinc sont couramment utilisés dans les applications architecturales.
Produits typiques:
- Poignées de porte et serrures
- Raccords de fenêtre et charnières
- Ancres de mur rideau
- Panneaux décoratifs
- Raccords de plomberie
Composants industriels et mécaniques
Le zinc stabilité dimensionnelle, usinabilité, et résistance à l'usure Rendez-le bien adapté à une variété d'assemblages mécaniques.
Utilisé dans:
- Vitesses et leviers
- Boîtiers de roulements
- Poulies et supports
- Systèmes pneumatiques et hydrauliques
Décoratif & Accessoires de mode
Les alliages de zinc sont populaires dans les industries de la mode et des produits de luxe car ils sont faciles à lancer et à terminer avec de l'or, chrome, ou revêtements de style antique.
Articles communs:
- Boucles de ceinture
- Bijoux de costume
- Boutons, fermetures à glissière, et des clichés
- Keychains et emblèmes
Jouets, Cadeaux & Objets de nouveauté
Casting de zinc permet la production de masse de petits, composants détaillés, En faire un excellent choix pour les jouets et les objets de collection.
Exemples:
- Modèles de voitures et d'avions
- Pièces de jeu de société
- Trophées et médailles
- Figurines miniatures
Marin & Environnements sujets à la corrosion
La résistance naturelle du zinc à la corrosion, en particulier dans les environnements légèrement salins, le rend utile marin candidatures.
Applications:
- Matériel de bateau et crampons
- Anodes pour la protection galvanique
- Raccords et boîtiers d'eau salée
9. Avantages clés de l'alliage de zinc
Excellente coulabilité
- Idéal pour les formes complexes, détails fins, et parties à parois minces
- Point de fusion bas (~ 385–425 ° C) Permet une coulée économe en énergie et une durée de vie prolongée
Précision dimensionnelle élevée
- Le retrait minimal offre des tolérances étroites (± 0,05 mm ou mieux)
- Convient aux composants de précision sans post-traitement étendu
Propriétés mécaniques fortes
- Force de traction jusqu'à 280 MPa (par ex., Charges 3)
- Bonne dureté et rigidité, Souvent supérieur aux alliages d'aluminium dans de petites pièces moulées
Résistance à la corrosion
- Forme naturellement une couche d'oxyde protectrice
- Compatible avec des revêtements supplémentaires comme le placage chromé, revêtement en poudre, ou passivation pour une durabilité améliorée
Esthétique & Flexibilité de finition
- Finition de surface lisse adaptée aux pièces décoratives haut de gamme
- Soutient le polissage, brossage, peinture, galvanoplastie (par ex., nickel, chrome, or)
Production rentable
- Consommation d'énergie plus faible que l'aluminium ou le magnésium
- La durée de vie de la moisissure réduit les coûts d'outillage
- La recyclabilité élevée contribue à une baisse des coûts du cycle de vie
Cycles de production rapide
- Surtout dans le moulage de la matrice chaude, Les cycles peuvent être aussi courts que 3 à 5 secondes
- Permet un volume élevé, Fabrication automatisée avec une main-d'œuvre réduite
Excellente joinabilité
- Prend en charge la fixation mécanique, soudure, et liaison adhésive
- Compatible avec les inserts et les composants filetés pour les assemblages fonctionnels
Résistance à l'usure supérieure
- Durable dans les applications à haute friction comme les serrures, engrenages, et des assemblées en mouvement
- Bonnes performances de fatigue dans les conditions de chargement cyclique
Assure de l'outil bas
- Les alliages de zinc sont moins abrasifs que l'aluminium pendant le casting
- Les moules peuvent souvent dépasser 500 000 à 1 000 000 de tirs avant le remplacement
10. Comparaison de l'alliage de zinc avec des matériaux concurrents
| Propriété | Alliage de zinc | Alliage d'aluminium | Alliage de magnésium | Plastiques techniques |
| Densité (g/cm³) | 6.6–6.9 | 2.6–2.8 | 1.7–1.9 | 0.9–1.8 |
| Point de fusion (°C) | 385–425 | 600–660 | 620–650 | Varie (généralement <300) |
| Résistance à la traction (MPa) | 250–300 (par ex., Charges 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| Dureté (Brinell) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| Castabilité | Excellent | Bien | Modéré | Pas adapté à la coulée |
Usinabilité |
Excellent | Bien | Équitable | Pauvre à modéré |
| Résistance à la corrosion | Bien (avec des revêtements: très bien) | Modéré (Besoin d'anodisation / revêtement) | Juste à bon (oxydation sujette) | Excellent (polymères inertes) |
| Finition de surface | Excellent (lisse, polonais) | Bien | Équitable | Modéré (mat à brillant) |
| Coût (Matériel + Traitement) | Faible | Moyen | Haut | Bas à moyen |
| Impact environnemental | Recyclable, moulage à faible énergie | Consommation d'énergie plus élevée, Recyclable, | Recyclable, Coût environnemental plus élevé | Partiellement recyclable, à base de pétrole |
| Précision dimensionnelle | Excellent | Bien | Bien | Modéré (sujet au rétrécissement / déformation) |
Principaux plats comparatifs
- Zinc vs Aluminium
Le zinc offre une meilleure précision dimensionnelle, finition de surface plus fine, et des temps de cycle de coulée plus courts.
Aluminium, Bien que plus léger, nécessite plus d'énergie pour traiter et a souvent besoin de post-finition (par ex., anodisation) pour la résistance à la corrosion. - Magnésium vs zinc
Le magnésium est le métal le plus léger mais a une faible résistance à la corrosion, Qualité de surface inférieure, et un coût de traitement plus élevé.
Le zinc est plus stable, plus facile à machine, et plus adapté aux petites pièces de précision. - Zinc vs Engineering Plastics
Les plastiques sont légers et sans corrosion mais manquent de résistance mécanique et de résistance à l'usure.
Les alliages de zinc comblent l'écart entre les métaux et les plastiques en termes de force, apparence, et le coût, surtout dans les composants moulés.
11. Conclusion
De leurs humbles débuts aux applications actuelles de pointe, Les alliages de zinc ont constamment évolué pour répondre aux demandes changeantes de diverses industries.
Leur combinaison unique de propriétés, rentabilité, Et la polyvalence en fait un matériau de choix dans d'innombrables produits.
Les efforts de recherche et développement en cours dans des domaines tels que la nanostructure, fabrication verte, intégration de fonction, et la conception informatique ouvrent la voie à la prochaine génération d'alliages de zinc.
Ces progrès aborderont non seulement les limites existantes de l'alliage de zinc, mais ouvriront également de nouvelles opportunités dans les champs émergents.
FAQ
L'alliage de zinc est-il fort et durable?
Oui. Alliages de zinc, en particulier les alliages de la série Zamak, Offrez une bonne résistance à la traction (jusqu'à 300 MPa) et résistance à l'usure.
Bien qu'il ne soit pas aussi fort que l'acier, Ils sont suffisamment durables pour de nombreuses applications structurelles et mécaniques.
Est-ce que l'alliage de zinc rouille ou se corrode?
Les alliages de zinc ne rouillent pas comme le fer, Mais ils peuvent se corroder dans certaines conditions environnementales.
Cependant, Ils forment naturellement une couche d'oxyde protectrice et peuvent être davantage protégés avec des revêtements comme le placage ou le revêtement en poudre.
Les bijoux en alliage zinc sont-ils sûrs?
Oui, La plupart des alliages de zinc utilisés dans les bijoux sont sûrs, surtout lorsque le nickel et correctement enduit.
Cependant, Les personnes souffrant de sensibilités en métal devraient confirmer la composition en alliage et la finition de surface.
L'alliage du zinc peut-il être recyclé?
Absolument. Les alliages de zinc sont très recyclables et peuvent être relants sans dégradation significative de la qualité.
Cela en fait un choix respectueux de l'environnement pour la production de masse.
Est-ce que l'alliage zinc est magnétique?
Non. Le zinc et ses alliages sont non magnétiques, Les rendre adaptés à une utilisation à proximité d'équipements électroniques sensibles.
Quels sont les inconvénients de l'alliage de zinc?
Les principaux inconvénients incluent une densité relativement élevée (plus lourd que l'aluminium ou le magnésium), point de fusion inférieur (qui limite les applications à haute température), et fragilité potentielle dans certaines conditions.
