1. 導入
亜鉛合金は、主に亜鉛で構成される金属材料です, 特定のプロパティを強化するために他の要素を追加して.
これらの合金要素は、強度などの特性を大幅に変更できます, 硬度, 耐食性, キャスト能力.
亜鉛合金は、融点が比較的低いため、さまざまな製造プロセスで広く使用されています, キャスト中の良好な流動性, そして費用対効果.
2. 亜鉛合金とは何ですか?
亜鉛は青みがかった白い金属です. 亜鉛合金は金属複合材料で、亜鉛が一次成分です, 通常、アルミニウムのような要素と合金化されています (アル), 銅 (銅), マグネシウム (マグネシウム), ニッケルなどのトレース要素 (で) またはチタン (の).
これらの組み合わせは、カスタマイズされた機械的強度を備えた合金を作成します, 耐食性, キャスト性, そして表面仕上げ, 構造的アプリケーションと装飾的なアプリケーションの両方でそれらを不可欠にします.
主要な合金要素とその役割
| 要素 | 典型的な % 合金で | 目的 |
| アルミニウム (アル) | 3–27％ | 強度を高めます, 流動性を改善します, 耐食性を高めます |
| 銅 (銅) | 0.5–3％ | 硬度を高めます, 耐摩耗性, そして引張強度 |
| マグネシウム (マグネシウム) | <0.06% | 穀物洗練, 耐食性を改善します |
| ニッケル (で) | トレース | 高温で強度を改善します, 気孔率が低下します |
| チタン (の) | トレース | クリープ抵抗を強化します, 高性能合金で使用されます |
3. 一般的な亜鉛合金ファミリ
亜鉛合金は、その組成に基づいて分類されます, 機械的挙動, および処理方法.
最も著名な3つの家族はそうです ザマック合金, ZA合金, そして 特殊亜鉛合金 のような ガルバン そして 爪.
各グループは、特定のパフォーマンスと製造の要件のために設計されています.
ザマック合金 (亜鉛 + アルミニウム + マグネシウム + 銅 (銅))
| 合金 | 構成 (約) | 主要なプロパティ | 一般的なアプリケーション |
| 負荷 3 | Zn-4％al-0.03%マグネシウム | 優れたキャスティブ可能性, 寸法安定性 | ダイキャストパーツ, 家電, ハードウェア |
| 負荷 5 | Zn-4％al-1％ | ザマックよりも高い強度と硬度 3 | 自動車部品, 構造コンポーネント |
| 負荷 2 | Zn-4％Al-3％ | 最高の強度と耐摩耗性 | 工業用具, ベアリングハウジング |
| 負荷 7 | Zn-4％al-0.005%銅 (高純度) | 優れた表面仕上げ, 不純物が低い | 装飾的なキャスティング, 化粧品コンポーネント |
技術的な洞察:
ザマック合金はそうです ホットチャンバーダイキャスティング 材料とそれらのために広く使用されています 優れた流動性, 低融点 (〜385°C), そして、良好な次元精度.
負荷 3 最も一般的に使用されており、しばしば「ベンチマーク」亜鉛合金と見なされます.
ZA合金 (亜鉛 - アルミニウム合金)
| 合金 | 構成 (約) | 主要なプロパティ | 一般的なアプリケーション |
| For-8 | Zn-8％al-1％ | 良い強さ, ホットチャンバーキャスティングに適しています | コネクタハウジング, 自動車トリム |
| 12 | Zn-12％al-1％ | 優れた耐摩耗性と強度 | 産業コンポーネント, 中程度のギア |
| ZA-27 | Zn-27％al-1％ | ZAグループで最高の強度, 軽量 | 構造部品, 小さなエンジンコンポーネント |
技術的な洞察:
ZA合金が提供します 機械的強度が高い アルミニウム含有量が増加しているため、Zamakよりも.
それらは主に使用されます コールドチャンバーダイキャスティング そして 重力鋳造 プロセス. ZA-27, 特に, 引張強度のいくつかのアルミニウム合金をライバルにします (〜400 MPa).
特殊亜鉛合金
| 合金 | ユニークな機能 | 使用事例 |
| ガルバン (Zn-5％al + 希土類) | 優れた腐食抵抗 (2X亜鉛メッキ鋼) | 鋼線とシート用の保護コーティング |
| 爪 (Zn-4％al + 銅) | 優れた被削性, 寸法安定性 | ツーリング, ゴム型死が死ぬ, 低容量形成ダイ |
| 亜鉛コッパー合金 (例えば. 合金 925) | 硬度と機械加工性が向上しました | メカニカルハードウェア, ロック機構 |
4. 亜鉛合金の物理的特性
亜鉛合金は、低融点の独自のバランスで評価されています, 寸法安定性, 優れた熱および電気伝導率.
これらの特性により、特に適しています 大量のダイキャスティング そして 精密コンポーネント 複数の業界にわたって.
重要な物理的特性
| 財産 | 典型的な範囲 | ユニット | 注意事項 |
| 密度 | 6.6 – 6.9 | g/cm3 | アルミニウムよりも高い (〜2.7 g/cm³); 減衰アプリケーションに適しています |
| 融点 (固体) | 370 – 430 | ℃ | 構成によって異なります (ザマックは〜385°Cで溶けます; ZA-27溶融〜500°C) |
| 熱伝導率 | 100 – 120 | W/m・K | 銅よりも低い, しかし、中程度の熱伝達には適しています |
| 電気伝導率 | 25 – 30 | % IACS | 銅よりも低いが、多くの低電圧アプリケーションで十分です |
| 熱膨張係数 | 26 – 30 ×10⁻⁶ | /K | マルチマテリアルアセンブリで考慮する必要があります |
| 比熱容量 | 390 – 420 | J/kg・K | 中程度の熱慣性 |
| 磁気特性 | 非磁性 | – | 磁気干渉を避ける必要があるアプリケーションに適しています |
5. 亜鉛合金の機械的特性
亜鉛合金は、優れたキャスティブ性と中程度の機械的強度で有名です, 特にダイキャスティングで使用する場合.
| 財産 | 負荷 3 | 負荷 5 | For-8 | ZA-27 | ユニット |
| 極限引張強さ | 280 MPa | 330 MPa | 370 MPa | 410 MPa | MPa |
| 降伏強さ | 210 MPa | 250 MPa | 290 MPa | 370 MPa | MPa |
| 破断伸び | 10–13％ | 7–9％ | 3–6％ | 1–3％ | % |
| 硬度 (ブリネル) | 82 | 90 | 100 | 120 | HB |
| 弾性率 | 83 GPa | 83 GPa | 85 GPa | 96 GPa | GPa |
| 衝撃強度 (シャルピー) | 2.5–3.0 | 2.0–2.5 | 1.5–2.0 | 1.0–1.5 | J (注目されていません) |
6. 耐食性 & 亜鉛合金の表面挙動
腐食抵抗は、亜鉛合金の重要な特性です, 特に屋外で使用されるコンポーネントの場合, 海洋, または化学的に攻撃的な環境.
亜鉛の自然な危険性: 仕組み
空気や湿気にさらされた場合, 亜鉛は酸素と二酸化炭素と反応して薄い,
炭酸亜鉛の安定した層 (ZnCO₃), これは、さらなる腐食に対する保護障壁として機能します. この不動態化行動はです:
- 自己癒し マイナーな傷と擦り傷に
- 大気および軽度の酸性/基本環境で効果的です
- 塩化物が豊富な保護が少ない (例えば, 沿岸) または酸性の産業設定
亜鉛錆ですか？
技術的に, 錆は、鉄と鋼の腐食生成物を説明するために一般的に使用される用語です, これは主に酸化鉄です.
亜鉛, 一方で, 酸化亜鉛と水酸化亜鉛の層を形成する. これは錆と同じではありませんが, それはまだ腐食の形です.
しかし, 亜鉛の腐食生成物は、一般に錆と比較してより接着性があり保護的です, これは、金属のさらなる腐食を遅くするのに役立ちます.
表面仕上げ: メッキ, 粉体塗装, クロム酸塩変換
亜鉛合金の耐食性と審美的な魅力を高めるため, さまざまな表面仕上げ技術が使用されています:
メッキ:
ニッケルなどの金属での電気めっき, クロム, または亜鉛ニッケル合金は、一般的な表面仕上げ方法です.
メッキは腐食に対する追加の保護層を提供し、製品の外観を改善することもできます.
例えば, ニッケルメッキは、亜鉛合金部品に光沢を与えます, 傷や腐食に耐性のある耐久性のある表面.
粉体塗装:
粉末コーティングには、乾燥粉末を亜鉛合金部の表面に塗布し、熱中で硬化させることが含まれます.
これは難しいものです, 優れた腐食抵抗と幅広い色のオプションを提供する保護フィルム.
パウダーコーティングされた亜鉛合金製品は、屋外アプリケーションでよく使用されます, 家具や建築ハードウェアなど.
クロム酸塩変換:
クロム酸塩変換コーティングには、亜鉛合金表面をクロム酸塩溶液で処理して薄いものを形成することが含まれます, 保護層.
この層は良好な腐食抵抗を提供し、後続のコーティングの接着を改善することもできます, 塗料やパウダーコーティングなど.
しかし, 六価クロムに関連する環境上の懸念による (従来のクロム溶液のコンポーネント), 三価クロムまたはクロムフリーの代替品を使用する傾向が高まっています.
7. 製造業 & 製造プロセス
ダイカスト (ホットチャンバー, コールドチャンバー)
ホットチャンバーダイキャスティング:
ホットチャンバーで ダイカスト, グースネックダイキャスティングとも呼ばれます, るつぼはキャスティングマシンの不可欠な部分です.
溶融亜鉛合金は、グースネック型の注入システムを介してプランジャーによってダイキャビティに押し込まれます.
このプロセスは、比較的単純なジオメトリを持つ小規模から中型の部品に適しています. 生産率が高く、次元の精度が良好です.
しかし, 溶ける鍋のサイズと使用できる合金の種類によって制限されています, 一部の合金は溶ける鍋の金属と反応する可能性があるため.
コールドチャンバーダイキャスティング:
コールドチャンバーダイキャスティングは、酸化を起こしやすい、またはより高い融点を持つ大きな部品や合金に使用されます.
この過程で, 溶融亜鉛合金は別の噴射室に入れられます, そして、プランジャーが合金をダイキャビティに押し込みます.
Cold-Chamber Dieキャスティングは、注入プロセスをよりよく制御し、溶融金属の大量を処理できます, 複雑な形のコンポーネントに適しています.
投資キャスティングとサンドキャスティング
砂型鋳造:
砂型鋳造 亜鉛合金を鋳造するための従来の方法です. 目的の部分のパターンを使用して、砂混合物にカビの空洞を作成します.
砂型は溶融亜鉛合金で満たされます, これは固まり、部品を形成します.
サンドキャスティングは、パーツデザインの面で大きな柔軟性を提供します, 複雑な形状と大きなサイズに対応できるためです.
しかし, 一般に、ダイキャスティングと比較して、次元の精度と表面仕上げが低い.
サンドキャスト亜鉛合金部品は、大規模な工業部品の生産に一般的に使用されています, カスタムメイドの部品, そしていくつかの建築要素.
インベストメント鋳造:
インベストメント鋳造, ロストワックス鋳造とも呼ばれます, 複雑なジオメトリを持つ高精度の亜鉛合金部品の生産に使用されます.
この過程で, パーツのワックスモデルが作成されます, 次に、セラミックシェルでコーティングされます.
ワックスは溶けてしまいます, 溶融亜鉛合金が注がれる空洞を残す.
投資キャスティングは、非常に細かい詳細と高品質の表面仕上げの部品の生産を可能にします, しかし、それはダイキャスティングや砂鋳造と比較して、より高価で時間のかかるプロセスです.
重力鋳造
重力鋳造, または永久型鋳造, 重力の下で溶融亜鉛合金をカビの空洞に注ぐことを含む.
型は通常、金属製です, 鋳鉄や鋼など, そして、複数回再利用することができます.
このプロセスは、ジオメトリがシンプルな大きな部品または部品を生産するのに適しています.
重力キャスト亜鉛合金部品は、しばしばより滑らかな表面仕上げを持ち、低容量生産の実行により費用対効果が高くなる可能性があります.
高精度鋳造が主な要件ではないアプリケーションで使用されます, 一部の装飾品や特定の種類の産業コンポーネントなど.
押し出し, 鍛造, そしてスタンピング
押し出し:
亜鉛合金からの固定断面で連続プロファイルを生成するために使用されます.
合金のビレットはダイを通して強制されます, これにより、材料に望ましい形状が与えられます. このプロセスは、ロッドなどの製品を作成するのに適しています, チューブ, さまざまな構造プロファイル.
しかし, 亜鉛合金の押し出しは、強度が比較的低く、プロセス中の表面欠陥の可能性があるため、他の金属と比較してあまり一般的ではありません。.
鍛造:
鍛造には、圧縮力を適用することにより亜鉛合金の形成が含まれます, 通常、ハンマーまたはプレスを使用します.
このプロセスは、穀物構造を改良し、内部欠陥を排除することにより、合金の機械的特性を改善できます.
しかし, 亜鉛合金の鍛造は、融点が低く、比較的暑い特性が低いために困難です.
スタンピング:
スタンピングは、ダイで圧力をかけることにより、亜鉛合金のフラットシートをさまざまな形に形成するために使用されるプロセスです.
シートメタルコンポーネントの生産に一般的に使用されています, 自動車部品や家庭用ハードウェアなど.
亜鉛合金のスタンピングには、亀裂やその他の欠陥を避けるために、合金の形成性とダイの設計を慎重に検討する必要があります.
8. 亜鉛合金の用途
亜鉛合金は、優れた鋳造性で知られています, 優れた強度と重量の比率, 耐食性, 緊密な許容範囲で複雑な形を形成する能力.
自動車産業
亜鉛合金は、構造的および装飾的な自動車コンポーネントの両方で頻繁に使用されています。 耐久性, 寸法安定性, そして費用対効果.
一般的なアプリケーション:
- ドアハンドルと窓のクランク
- キャブレターハウジング
- エンブレムフレームとトリムパーツ
- シートベルトコンポーネント
- 燃料システムの継手
家電 & ハードウェア
亜鉛合金は、電子デバイスハウジングと内部コンポーネントに広く適用されています。 EMIシールド 機能と 電気伝導率.
主な用途:
- スマートフォンハウジング
- ラップトップのヒンジとフレーム
- リモートコントロールとセットトップボックス
- カメラとドローンのケーシング
- ケーブルコネクタと端子
建築 & ハードウェアの構築
腐食に対する抵抗と魅力的な仕上げのため, 亜鉛合金は、一般的に建築用途で使用されます.
代表的な製品:
- ドアハンドルとロック
- ウィンドウフィッティングとヒンジ
- カーテンウォールのアンカー
- 装飾パネル
- 配管継手
産業および機械的コンポーネント
亜鉛 寸法安定性, 被削性, そして 耐摩耗性 さまざまな機械式アセンブリに適したものにします.
で使用されます:
- ギアとレバー
- ベアリングハウジング
- 滑車とブラケット
- 空気圧および油圧システム
装飾的な & ファッションアクセサリー
亜鉛合金は、ゴールドで簡単に鋳造して仕上げることができるため、ファッションや高級品業界で人気があります, クロム, またはアンティークスタイルのコーティング.
一般的なアイテム:
- ベルトバックル
- コスチュームジュエリー
- ボタン, ジッパー, とスナップ
- キーチェーンとエンブレム
おもちゃ, ギフト & ノベルティアイテム
亜鉛ダイキャスティング 小規模の大量生産を可能にします, 詳細なコンポーネント, おもちゃや収集品に最適です.
例:
- モデル車と飛行機
- ボードゲームのピース
- トロフィーとメダル
- ミニチュアの置物
海洋 & 腐食が発生しやすい環境
亜鉛の腐食に対する自然な抵抗, 特に穏やかな生理食塩水環境で, それを役に立たせます 海洋 アプリケーション.
アプリケーション:
- ボートのハードウェアとクリート
- ガルバニック保護のためのアノード
- 塩水フィッティングとハウジング
9. 亜鉛合金の主な利点
優れたキャスタビリティ
- 複雑な形状に最適です, 細かい部分, 薄い壁の部分
- 低融点 (〜385–425°C) エネルギー効率の高い鋳造と拡張されたカビの寿命を可能にします
高次元精度
- 最小限の収縮は、厳しい許容範囲を提供します (±0.05 mm以上)
- 広範囲にわたる後処理のない精密成分に適しています
強力な機械的特性
- 緊張強度 280 MPa (例えば, 負荷 3)
- 良い硬度と剛性, 多くの場合、小さな鋳物のアルミニウム合金よりも優れています
耐食性
- 当然、保護酸化物層を形成します
- クロムメッキなどの追加コーティングと互換性があります, 粉体塗装, または耐久性を向上させるための危険性
美的 & 柔軟性を完了します
- ハイエンドの装飾部品に適した滑らかな表面仕上げ
- 研磨をサポートします, ブラッシング, 絵画, 電気めっき (例えば, ニッケル, クロム, 金)
コスト効率の高い生産
- アルミニウムまたはマグネシウムよりも低いエネルギー消費
- 長寿命はツーリングコストを削減します
- 高いリサイクル性は、ライフサイクルコストの削減に貢献します
高速生産サイクル
- 特にホットチャンバーダイキャスティングで, サイクルは3〜5秒という短い場合があります
- 大量に有効にします, 労働を減らした自動製造
優れた結合性
- 機械的な固定をサポートします, はんだ付け, および接着剤結合
- 機能アセンブリ用の挿入物とねじコンポーネントと互換性があります
優れた摩耗抵抗
- ロックなどの高摩擦アプリケーションで耐久性があります, 歯車, 移動アセンブリ
- 周期的な負荷条件での良好な疲労性能
低ツール摩耗
- 亜鉛合金は、鋳造中にアルミニウムよりも研磨性が低いです
- 金型は、多くの場合、交換する前に500,000〜1,000,000ショットを超えることがあります
10. 亜鉛合金と競合する材料の比較
| 財産 | 亜鉛合金 | アルミニウム合金 | マグネシウム合金 | エンジニアリングプラスチック |
| 密度 (g/cm3) | 6.6–6.9 | 2.6–2.8 | 1.7–1.9 | 0.9–1.8 |
| 融点 (℃) | 385–425 | 600–660 | 620–650 | 変化します (いつもの <300) |
| 抗張力 (MPa) | 250–300 (例えば, 負荷 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| 硬度 (ブリネル) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| キャスタビリティ | 素晴らしい | 良い | 適度 | キャストには適していません |
被削性 |
素晴らしい | 良い | 公平 | 貧しいから中程度 |
| 耐食性 | 良い (コーティング付き: とても良い) | 適度 (陽極酸化/コーティングが必要です) | 公正から良い (酸化傾向) | 素晴らしい (不活性ポリマー) |
| 表面仕上げ | 素晴らしい (スムーズ, ポリッシュ可能) | 良い | 公平 | 適度 (光沢にマット) |
| 料金 (材料 + 処理) | 低い | 中くらい | 高い | 低から中程度 |
| 環境への影響 | リサイクル可能, 低エネルギー鋳造 | より高いエネルギー使用, リサイクル可能, | リサイクル可能, より高い環境コスト | 部分的にリサイクル可能, 石油ベース |
| 寸法精度 | 素晴らしい | 良い | 良い | 適度 (縮小/反りになりやすい) |
重要な比較テイクアウト
- 亜鉛対 アルミニウム
亜鉛は、より良い次元の精度を提供します, より細かい表面仕上げ, より短いキャスティングサイクル時間.
アルミニウム, 軽い間, 処理にはより多くのエネルギーが必要であり、多くの場合、ポストフィニッシングが必要です (例えば, 陽極酸化処理) 耐食性用. - マグネシウム対亜鉛
マグネシウムは最も軽い金属ですが、耐食性が低いです, 低表面の品質, より高い処理コスト.
亜鉛はより安定しています, 機械加工が簡単です, 小さな精密部品により適しています. - 亜鉛とエンジニアリングプラスチック
プラスチックは軽量で腐食がありませんが、機械的な強度と耐摩耗性がありません.
亜鉛合金は、強度の観点から金属とプラスチックの間のギャップを橋渡しします, 外観, そしてコスト, 特にダイキャストコンポーネントで.
11. 結論
彼らの謙虚な始まりから現在の最先端のアプリケーションまで, 亜鉛合金は、さまざまな産業の変化する需要を満たすために継続的に進化しました.
プロパティのユニークな組み合わせ, 費用対効果, そして汎用性により、それらは無数の製品で選択の資料となります.
ナノ構造などの分野で進行中の研究開発の取り組み, グリーン製造, 関数統合, そして、計算デザインは次世代の亜鉛合金への道を開いています.
これらの進歩は、亜鉛合金の既存の制限に対処するだけでなく、新興分野で新しい機会を開くことにもなります.
よくある質問
亜鉛合金は強く耐久性があります?
はい. 亜鉛合金, 特にザマックシリーズ合金, 良い引張強度を提供します (まで 300 MPa) そして耐摩耗性.
スチールほど強くはありませんが, それらは多くの構造的および機械的アプリケーションに十分な耐久性があります.
亜鉛合金は錆びたり腐食したりしますか?
亜鉛合金は鉄のように錆びません, しかし、それらは特定の環境条件下で腐食する可能性があります.
しかし, それらは自然に保護酸化物層を形成し、メッキや粉体塗装などのコーティングでさらに保護できます.
亜鉛合金ジュエリーは安全です?
はい, ジュエリーで使用されるほとんどの亜鉛合金は安全です, 特にニッケルフリーで適切にコーティングされている場合.
しかし, 金属感受性のある人は、合金組成と表面仕上げを確認する必要があります.
亜鉛合金をリサイクルできます?
絶対に. 亜鉛合金は高度にリサイクル可能であり、品質の大幅な分解なしに再溶融することができます.
これにより、彼らは大量生産の環境的に責任のある選択肢になります.
亜鉛合金は磁気です?
いいえ. 亜鉛とその合金は非磁性です, 敏感な電子機器に近い使用に適しています.
亜鉛合金の欠点は何ですか?
主な欠点には、比較的高い密度が含まれます (アルミニウムまたはマグネシウムよりも重い), 融点が低い (高温アプリケーションを制限します), 特定の条件下での潜在的な脆性.
