1. Introduzione
La lega di zinco è un materiale metallico composto principalmente da zinco, con l'aggiunta di altri elementi per migliorare le proprietà specifiche.
Questi elementi in lega possono modificare significativamente le caratteristiche come la forza, durezza, resistenza alla corrosione, e capacità di casting.
Le leghe di zinco sono ampiamente utilizzate in vari processi di produzione a causa del loro punto di fusione relativamente basso, Buona fluidità durante il casting, ed efficienza in termini di costi.
2. Cos'è la lega di zinco?
Lo zinco è un metallo bluastro. Le leghe di zinco sono compositi in metallo in cui lo zinco è il costituente principale, Tipicamente legato con elementi come l'alluminio (Al), rame (Cu), magnesio (Mg), e traccia di elementi come il nichel (In) o titanio (Di).
Queste combinazioni creano leghe con resistenza meccanica su misura, resistenza alla corrosione, castabilità, e finitura superficiale, rendendoli essenziali in applicazioni sia strutturali che decorative.
Elementi di lega primaria e loro ruoli
| Elemento | Tipico % in lega | Scopo |
| Alluminio (Al) | 3–27% | Aumenta la forza, Migliora la fluidità, Migliora la resistenza alla corrosione |
| Rame (Cu) | 0.5–3% | Migliora la durezza, resistenza all'usura, e forza di trazione |
| Magnesio (Mg) | <0.06% | Refinità del grano, Migliora la resistenza alla corrosione |
| Nichel (In) | Traccia | Migliora la forza a temperature elevate, riduce la porosità |
| Titanio (Di) | Traccia | Migliora la resistenza al creep, Utilizzato in leghe ad alte prestazioni |
3. Famiglie comuni in lega di zinco
La lega di zinco è classificata in base alla sua composizione, comportamento meccanico, e metodo di elaborazione.
Le tre famiglie più importanti sono Leghe Zamak, Leghe ZA, E Leghe di zinco speciali ad esempio Galvan E Chiodo.
Ogni gruppo è progettato per requisiti specifici per prestazioni e manifatturieri.
Leghe Zamak (Zinco + Alluminio + Magnesio + rame (Rame))
| Lega | Composizione (Ca.) | Proprietà chiave | Applicazioni comuni |
| Carichi 3 | Zn-4%al-0.03%Mg | Ottima castabilità, stabilità dimensionale | Parti di fusteo, elettronica di consumo, hardware |
| Carichi 5 | Zn-4%Al-1%con | Maggiore forza e durezza di Zamak 3 | Parti automobilistiche, componenti strutturali |
| Carichi 2 | Zn-4%al-3%con | Resistenza alla massima resistenza e usura | Ingranaggi industriali, alloggiamenti cuscinetti |
| Carichi 7 | Zn-4%al-0.005%Cu (Elevata purezza) | Finitura superficiale superiore, impurità più basse | Getti decorativi, componenti cosmetici |
Insight tecnica:
Le leghe Zamak sono Casting da morire a casa calda materiali e sono ampiamente utilizzati a causa del loro Eccellente fluidità, Punti di fusione bassi (~ 385 ° C.), e una buona precisione dimensionale.
Carichi 3 è il più comunemente usato ed è spesso considerato il "punto di riferimento" in lega di zinco.
Leghe ZA (Leghe di zinco-alluminio)
| Lega | Composizione (Ca.) | Proprietà chiave | Applicazioni comuni |
| Per-8 | Zn-8%Al-1%con | Buona forza, Adatto per il casting di camere a caldo | Alloggi per connettori, rivestimento automobilistico |
| Per-12 | Zn-12%Al-1%con | Eccellente resistenza all'usura e resistenza | Componenti industriali, ingranaggi medi |
| ZA-27 | Zn-27%Al-1%con | La massima resistenza nel gruppo ZA, leggero | Parti strutturali, Piccoli componenti del motore |
Insight tecnica:
Offerta di leghe ZA maggiore resistenza meccanica di Zamak a causa del loro aumento del contenuto di alluminio.
Sono usati principalmente in Casting da morire a freddo E Casting di gravità processi. ZA-27, in particolare, rivali alcune leghe di alluminio in resistenza alla trazione (~ 400 MPA).
Leghe di zinco speciali
| Lega | Caratteristica unica | Caso d'uso |
| Galvan (Zn-5%Al + Terre rare) | Resistenza alla corrosione superiore (2x acciaio zincato) | Rivestimenti protettivi per fili e fogli di acciaio |
| Chiodo (Zn-4%al + Cu) | Eccellente macchinabilità, stabilità dimensionale | Utensileria, stampo di gomma muore, stampi di formazione a basso volume |
| Leghe di zinco-rame (per esempio. Lega 925) | Durezza e macchinabilità migliorate | Hardware meccanico, meccanismi di bloccaggio |
4. Proprietà fisiche della lega di zinco
Le leghe di zinco sono apprezzate per il loro equilibrio unico di basso punto di fusione, stabilità dimensionale, e buona conduttività termica ed elettrica.
Queste caratteristiche le rendono particolarmente adatte stampo ad alto volume E Componenti di precisione in più settori.
Proprietà fisiche chiave
| Proprietà | Gamma tipica | Unità | Note |
| Densità | 6.6 – 6.9 | g/cm³ | Superiore all'alluminio (~ 2,7 g/cm³); Adatto per le applicazioni di smorzamento |
| Punto di fusione (Un liquido solido) | 370 – 430 | °C | Varia in base alla composizione (Zamak si scioglie ~ 385 ° C.; ZA-27 si scioglie ~ 500 ° C.) |
| Conducibilità termica | 100 – 120 | W/m·K | Inferiore al rame, ma adeguato per un trasferimento di calore moderato |
| Conduttività elettrica | 25 – 30 | % SIGC | Inferiore al rame ma sufficiente per molte applicazioni a bassa tensione |
| Coefficiente di dilatazione termica | 26 – 30 × 10⁻⁶ | /K | Ha bisogno di considerazione negli assembly multi-materiali |
| Capacità termica specifica | 390 – 420 | J/kg · k | Moderata inerzia termica |
| Proprietà magnetiche | Non magnetico | – | Adatto per applicazioni in cui è necessario evitare l'interferenza magnetica |
5. Proprietà meccaniche della lega di zinco
Le leghe di zinco sono rinomate per la loro eccellente castabilità e moderata resistenza meccanica, Soprattutto se usato nel casting.
| Proprietà | Carichi 3 | Carichi 5 | Per-8 | ZA-27 | Unità |
| Massima resistenza alla trazione | 280 MPa | 330 MPa | 370 MPa | 410 MPa | MPa |
| Forza di snervamento | 210 MPa | 250 MPa | 290 MPa | 370 MPa | MPa |
| Allungamento a rottura | 10–13% | 7–9% | 3–6% | 1–3% | % |
| Durezza (Brinell) | 82 | 90 | 100 | 120 | HB |
| Modulo di elasticità | 83 GPa | 83 GPa | 85 GPa | 96 GPa | GPa |
| Forza d'impatto (Charpy) | 2.5–3.0 | 2.0–2.5 | 1.5–2.0 | 1.0–1.5 | J (senzatch) |
6. Resistenza alla corrosione & Comportamento superficiale delle leghe di zinco
La resistenza alla corrosione è una proprietà vitale delle leghe di zinco, in particolare per i componenti utilizzati in esterno, marino, o ambienti chimicamente aggressivi.
Passivazione naturale di zinco: Come funziona
Se esposto all'aria e all'umidità, Lo zinco reagisce con ossigeno e anidride carbonica per formare un sottile,
strato stabile di carbonato di zinco (ZnCO₃), che funge da barriera protettiva da ulteriore corrosione. Questo comportamento di passivazione è:
- Auto-guarigione a piccoli graffi e abrasioni
- Efficace in ambienti atmosferici e lievemente acidi/basici
- Meno protettivo nel ricco di cloruro (per esempio., costiero) o impostazioni industriali acide
È la ruggine di zinco？
Tecnicamente, La ruggine è un termine comunemente usato per descrivere il prodotto di corrosione del ferro e dell'acciaio, che è principalmente ossido di ferro.
Zinco, d'altra parte, forma uno strato di ossido di zinco e idrossido di zinco quando corrode. Anche se questo non è lo stesso della ruggine, è ancora una forma di corrosione.
Tuttavia, I prodotti di corrosione dello zinco sono generalmente più aderenti e protettivi rispetto alla ruggine, che aiuta a rallentare l'ulteriore corrosione del metallo.
Finitura superficiale: placcatura, verniciatura a polvere, conversione dei cromati
Per migliorare la resistenza alla corrosione e il fascino estetico delle leghe di zinco, Vengono utilizzate varie tecniche di finitura superficiale:
Placcatura:
Elettroplazione con metalli come il nichel, cromo, o le leghe di zinco-nickel è un metodo di finitura superficiale comune.
La placcatura fornisce un ulteriore strato di protezione contro la corrosione e può anche migliorare l'aspetto del prodotto.
Per esempio, La placcatura del nichel può dare alle parti in lega di zinco, superficie durevole resistente ai graffi e alla corrosione.
Verniciatura a polvere:
Il rivestimento in polvere implica l'applicazione di una polvere secca sulla superficie della parte in lega di zinco e quindi la cura sotto calore.
Questo forma un duro, Film protettivo che offre una buona resistenza alla corrosione e una vasta gamma di opzioni di colore.
I prodotti in lega di zinco rivestiti in polvere sono spesso utilizzati nelle applicazioni esterne, come mobili e hardware architettonico.
Conversione dei cromati:
Il rivestimento di conversione del cromato comporta il trattamento della superficie della lega di zinco con una soluzione di cromato per formare un sottile, strato protettivo.
Questo strato fornisce una buona resistenza alla corrosione e può anche migliorare l'adesione dei rivestimenti successivi, come il rivestimento di vernice o polvere.
Tuttavia, A causa delle preoccupazioni ambientali legate al cromo esavalente (un componente di soluzioni tradizionali di cromate), C'è una tendenza in crescita verso l'utilizzo di alternative trivalenti di cromo o cromo.
7. Produzione & Processi di fabbricazione
Pressofusione (Cal elegante, camera fredda)
Casting da morire a casa calda:
Nella camera calda pressofusione, Conosciuto anche come ficcanaso da a collo di cigno, Il melting pot è parte integrante del casting.
La lega di zinco fuso è forzata nella cavità del dado da uno stantuffo attraverso un sistema di iniezione a forma di cero.
Questo processo è adatto per parti di piccole e medie dimensioni con geometrie relativamente semplici. Offre alti tassi di produzione e una buona precisione dimensionale.
Tuttavia, è limitato dalle dimensioni del melting pot e dal tipo di lega che può essere utilizzata, Poiché alcune leghe possono reagire con il metallo del melting pot.
Casting da morire a freddo:
La fusione per stampo a freddo è utilizzata per parti più grandi e leghe che sono più inclini all'ossidazione o hanno punti di fusione più alti.
In questo processo, La lega di zinco fuso è sbirciata in una camera di iniezione separata, E poi uno stantuffo costringe la lega nella cavità del dado.
La fusione per stampi a freddo offre un migliore controllo sul processo di iniezione e può gestire volumi più grandi di metallo fuso, renderlo adatto a componenti di dimensioni complesse e di dimensioni maggiori.
Casting per investimenti e casting di sabbia
Colata in sabbia:
Colata in sabbia è un metodo tradizionale per lanciare leghe di zinco. Un motivo della parte desiderata viene utilizzato per creare una cavità dello stampo in una miscela di sabbia.
Lo stampo di sabbia viene quindi riempito con lega di zinco fuso, che si solidifica per formare la parte.
La casting di sabbia offre una grande flessibilità in termini di design delle parti, in quanto può ospitare forme complesse e grandi dimensioni.
Tuttavia, Generalmente ha una precisione dimensionale inferiore e finitura superficiale rispetto alla fusione.
Le parti in lega di zinco a sabbia sono comunemente usate nella produzione di componenti industriali su larga scala, parti su misura, e alcuni elementi architettonici.
Colata di investimento:
Colata di investimento, detta anche fusione a cera persa, viene utilizzato per produrre parti in lega di zinco ad alta precisione con geometrie complesse.
In questo processo, Viene realizzato un modello di cera della parte, che viene quindi rivestito con un guscio di ceramica.
La cera viene sciolta, lasciando una cavità in cui viene versata la lega di zinco fuso.
La fusione degli investimenti consente la produzione di parti con dettagli molto fini e una finitura superficiale di alta qualità, Ma è un processo più costoso e che richiede tempo rispetto alla fusione e al casting di sabbia.
Casting di gravità
Casting di gravità, o fusione di stampo permanente, implica il versamento della lega di zinco fuso in una cavità dello stampo sotto la forza di gravità.
Lo stampo è generalmente realizzato in metallo, come ghisa o acciaio, e può essere riutilizzato più volte.
Questo processo è adatto per produrre parti o parti più grandi con geometrie più semplici.
Le parti in lega di zinco a gravità hanno spesso una finitura superficiale più fluida e possono essere più convenienti per le corse di produzione a basso volume.
È utilizzato nelle applicazioni in cui il casting ad alta precisione non è il requisito principale, come in alcuni oggetti decorativi e alcuni tipi di componenti industriali.
Estrusione, forgiatura, e stampaggio
Estrusione:
Viene utilizzato per produrre profili continui con una sezione trasversale fissa dalle leghe di zinco.
Una billetta della lega è forzata attraverso un dado, che dà al materiale la sua forma desiderata. Questo processo è adatto alla creazione di prodotti come le aste, tubi, e vari profili strutturali.
Tuttavia, L'estrusione delle leghe di zinco è meno comune rispetto ad altri metalli a causa della loro resistenza relativamente bassa e del potenziale di difetti superficiali durante il processo.
Forgiatura:
La forgiatura comporta la modellatura della lega di zinco applicando le forze di compressione, di solito usando martelli o presse.
Questo processo può migliorare le proprietà meccaniche della lega perfezionando la struttura del grano ed eliminando i difetti interni.
Tuttavia, La forgiatura delle leghe di zinco è impegnativo a causa del loro basso punto di fusione e delle proprietà relativamente scarse a caldo.
Stampaggio:
La timbratura è un processo utilizzato per formare fogli piatti di lega di zinco in varie forme applicando una pressione con un dado.
È comunemente usato nella produzione di componenti di lamiera, come parti del corpo automobilistico e hardware per la casa.
La timbratura delle leghe di zinco richiede un'attenta considerazione della formabilità della lega e del design degli stampi per evitare crack e altri difetti.
8. Applicazioni della lega di zinco
La lega di zinco è nota per un'eccellente castabilità, Buon rapporto forza-peso, resistenza alla corrosione, e capacità di formare forme complesse con tolleranze strette.
Industria automobilistica
Le leghe di zinco sono pesantemente utilizzate nei componenti automobilistici sia strutturali che decorativi a causa del loro durabilità, stabilità dimensionale, ed efficienza in termini di costi.
Applicazioni comuni:
- Maniglie delle porte e pezzi di finestra
- Alloggi per carburatore
- Frame emblema e parti di rifinitura
- Componenti della cintura di sicurezza
- Raccordi del sistema di alimentazione
Elettronica di consumo & Hardware
Le leghe di zinco sono ampiamente applicate in alloggiamenti di dispositivi elettronici e componenti interni a causa del loro Schermata EMI capacità e conduttività elettrica.
Applicazioni chiave:
- Alloggi per smartphone
- Cerniere e cornici per laptop
- Controlli remoti e set-top box
- Involucri di fotocamera e droni
- Connettori e terminali per cavi
Architettonico & Costruire hardware
A causa della loro resistenza alla corrosione e alle finiture attraenti, Le leghe di zinco sono comunemente usate nelle applicazioni architettoniche.
Prodotti Tipici:
- Maniglie delle porte e ciocche
- Raccordi e cerniere per finestre
- Ancore murali
- Pannelli decorativi
- Raccordi idraulici
Componenti industriali e meccanici
Quello dello zinco stabilità dimensionale, lavorabilità, E resistenza all'usura renderlo adatto per una varietà di gruppi meccanici.
Usato in:
- Ingranaggi e leve
- Alloggiamenti cuscinetti
- Pulegge e staffe
- Sistemi pneumatici e idraulici
Decorativo & Accessori di moda
Le leghe di zinco sono popolari nelle industrie della moda e dei beni di lusso perché sono facili da lanciare e finire con oro, cromo, o rivestimenti antichi in stile.
Articoli comuni:
- Fibbie della cintura
- Bigiotteria
- Pulsanti, cerniere, e scatta
- Portachiavi ed emblemi
Giocattoli, Regali & Articoli di novità
Cestino di zinco Abilita la produzione di massa di piccoli, componenti dettagliati, rendendolo un'ottima scelta per giocattoli e oggetti da collezione.
Esempi:
- Model Auto e aerei
- Piece di gioco da tavolo
- Trofei e medaglie
- Figurine in miniatura
Marino & Ambienti soggetti a corrosione
La naturale resistenza dello zinco alla corrosione, in particolare in ambienti lievemente salini, lo rende utile per marino applicazioni.
Applicazioni:
- Hardware e bitte per barca
- Anodi per la protezione galvanica
- Raccordi e alloggi per acqua salata
9. Vantaggi chiave della lega di zinco
Eccellente colabilità
- Ideale per forme complesse, dettagli raffinati, e parti a parete sottile
- Punto di fusione basso (~ 385–425 ° C.) consente la colata ad alta efficienza energetica e la durata della muffa prolungata
Precisione ad alta dimensione
- Il minimo restringimento fornisce tolleranze strette (± 0,05 mm o meglio)
- Adatto per componenti di precisione senza un ampio post-elaborazione
Forti proprietà meccaniche
- Forza di trazione fino a 280 MPa (per esempio., Carichi 3)
- Buona durezza e rigidità, Spesso superiori alle leghe di alluminio in piccoli getti
Resistenza alla corrosione
- Naturalmente forma uno strato di ossido protettivo
- Compatibile con rivestimenti aggiuntivi come la cromata, verniciatura a polvere, o passione per una maggiore durata
Estetico & Finita flessibilità
- Finitura superficiale liscia adatta per parti decorative di fascia alta
- Supporta la lucidatura, spazzolatura, pittura, galvanica (per esempio., nichel, cromo, oro)
Produzione economicamente vantaggiosa
- Consumo di energia inferiore rispetto all'alluminio o al magnesio
- La lunga vita della muffa riduce i costi degli utensili
- L'elevata riciclabilità contribuisce a minori costi del ciclo di vita
Cicli di produzione veloci
- Soprattutto nel casting da camminato, I cicli possono essere brevi fino a 3-5 secondi
- Abilita volume elevato, produzione automatizzata con manodopera ridotta
Ottima viaggibilità
- Supporta il fissaggio meccanico, saldatura, e legame adesivo
- Compatibile con inserti e componenti filettati per assiemi funzionali
Resistenza all'usura superiore
- Durevole in applicazioni ad alta attrezzatura come blocchi, ingranaggi, e montaggi in movimento
- Buone prestazioni della fatica in condizioni di carico ciclico
Usura bassa degli utensili
- Le leghe di zinco sono meno abrasive dell'alluminio durante il casting
- Gli stampi possono spesso superare i 500.000-1.000.000 di colpi prima della sostituzione
10. Confronto della lega di zinco con materiali concorrenti
| Proprietà | Lega di zinco | Lega di alluminio | Lega di magnesio | Ingegneria delle materie plastiche |
| Densità (g/cm³) | 6.6–6.9 | 2.6–2.8 | 1.7–1.9 | 0.9–1.8 |
| Punto di fusione (°C) | 385–425 | 600–660 | 620–650 | Varia (Generalmente <300) |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 250–300 (per esempio., Carichi 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| Durezza (Brinell) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| Colabilità | Eccellente | Bene | Moderare | Non è adatto per il casting |
Lavorabilità |
Eccellente | Bene | Giusto | Da scarso a moderato |
| Resistenza alla corrosione | Bene (con rivestimenti: Molto bene) | Moderare (ha bisogno di anodizzazione/rivestimento) | Davvero a buono (ossidazione soggetta a ossidazione) | Eccellente (polimeri inerti) |
| Finitura superficiale | Eccellente (liscio, Solimicudi) | Bene | Giusto | Moderare (opaco a lucido) |
| Costo (Materiale + Elaborazione) | Basso | Medio | Alto | Da basso a medio |
| Impatto ambientale | Riciclabile, Casting a bassa energia | Uso di energia più elevato, Riciclabile, | Riciclabile, Costo ambientale più elevato | Parzialmente riciclabile, a base di petrolio |
| Precisione dimensionale | Eccellente | Bene | Bene | Moderare (soggetto a restringimento/deformazione) |
Takeaway comparativi chiave
- Zinco vs Alluminio
Lo zinco offre una migliore precisione dimensionale, finitura superficiale più fine, e tempi di ciclo di fusione più brevi.
Alluminio, Mentre più leggero, richiede più energia per il processo e spesso ha bisogno di post-finzione (per esempio., anodizzazione) per resistenza alla corrosione. - Magnesio vs zinco
Il magnesio è il metallo più leggero ma ha una resistenza alla corrosione più scarsa, qualità della superficie inferiore, e costi di elaborazione più elevati.
Lo zinco è più stabile, più facile da macchina, e più adatto per piccole parti di precisione. - Zinco vs plastica ingegneristica
Le materie plastiche sono leggere e prive di corrosione ma mancano di resistenza meccanica e resistenza all'usura.
Le leghe di zinco colpiscono il divario tra metalli e materie plastiche in termini di forza, aspetto, e costo, Soprattutto nei componenti del cestino.
11. Conclusione
Dai loro umili inizi alle attuali applicazioni all'avanguardia, Le leghe di zinco si sono continuamente evolute per soddisfare le mutevoli esigenze di vari settori.
La loro combinazione unica di proprietà, rapporto costo-efficacia, e la versatilità li rende un materiale preferito in innumerevoli prodotti.
Gli sforzi di ricerca e sviluppo in corso in settori come la nanostrutturazione, produzione verde, Integrazione della funzione, e il design computazionale sta aprendo la strada alla prossima generazione di leghe di zinco.
Questi progressi non solo affronteranno i limiti esistenti della lega di zinco, ma apriranno anche nuove opportunità nei campi emergenti.
Domande frequenti
La lega di zinco è forte e resistente?
SÌ. Leghe di zinco, Soprattutto leghe della serie Zamak, Offri una buona resistenza alla trazione (fino a 300 MPa) e resistenza all'usura.
Sebbene non sia forte come l'acciaio, Sono abbastanza resistenti per molte applicazioni strutturali e meccaniche.
La ruggine in lega di zinco o corrode?
Le leghe di zinco non arrugginire come il ferro, Ma possono corrodere in determinate condizioni ambientali.
Tuttavia, Formano naturalmente uno strato di ossido protettivo e possono essere ulteriormente protetti con rivestimenti come la placcatura o il rivestimento in polvere.
È sicuro di gioielli in lega di zinco?
SÌ, La maggior parte delle leghe di zinco utilizzate nei gioielli sono sicure, Soprattutto se senza nichel e adeguatamente rivestito.
Tuttavia, Gli individui con sensibilità metallici dovrebbero confermare la composizione in lega e la finitura superficiale.
Può essere riciclata la lega di zinco?
Assolutamente. Le leghe di zinco sono altamente riciclabili e possono essere mescolate senza una significativa degradazione in termini di qualità.
Questo li rende una scelta per l'ambiente per la produzione di massa.
È magnetico in lega di zinco?
NO. Zinco e le sue leghe sono non magnetiche, rendendoli adatti per l'uso quasi sensibili apparecchiature elettroniche.
Quali sono gli svantaggi della lega di zinco?
Gli svantaggi principali includono una densità relativamente elevata (più pesante dell'alluminio o di magnesio), punto di fusione inferiore (che limita applicazioni ad alta temperatura), e potenziale fragilità in determinate condizioni.
