1. Introduktion
Zinklegering är ett metalliskt material som främst består av zink, med tillägg av andra element för att förbättra specifika egenskaper.
Dessa legeringselement kan signifikant modifiera egenskaper såsom styrka, hårdhet, korrosionsmotstånd, och gjutförmåga.
Zinklegeringar används ofta i olika tillverkningsprocesser på grund av deras relativt låga smältpunkt, Bra fluiditet under gjutning, och kostnadseffektivitet.
2. Vad är zinklegering?
Zink är en blåvit metall. Zinklegeringar är metallkompositer där zink är den primära beståndsdelen, vanligtvis legerade med element som aluminium (Al), koppar (Cu), magnesium (Mg), och spårelement som nickel (I) eller titan (Av).
Dessa kombinationer skapar legeringar med skräddarsydd mekanisk styrka, korrosionsmotstånd, kastbarhet, och ytfinish, Att göra dem väsentliga i både strukturella och dekorativa applikationer.
Primära legeringselement och deras roller
| Element | Typisk % i legering | Ändamål |
| Aluminium (Al) | 3–27% | Ökar styrkan, förbättrar flytande, förbättrar korrosionsmotståndet |
| Koppar (Cu) | 0.5–3% | Förbättrar hårdheten, slitbidrag, och draghållfasthet |
| Magnesium (Mg) | <0.06% | Kornförfining, förbättrar korrosionsmotståndet |
| Nickel (I) | Spåra | Förbättrar styrka vid förhöjda temperaturer, minskar porositeten |
| Titan (Av) | Spåra | Förbättrar krypmotståndet, används i högpresterande legeringar |
3. Vanliga zinklegeringsfamiljer
Zinklegering klassificeras baserat på dess sammansättning, mekaniskt beteende, och bearbetningsmetod.
De tre mest framstående familjerna är Zamaklegeringar, ZA -legeringar, och specialzinklegeringar såsom Galvan och Spika.
Varje grupp är konstruerad för specifika prestanda och tillverkningskrav.
Zamaklegeringar (Zink + Aluminium + Magnesium + koppar (Koppar))
| Legering | Sammansättning (Ca.) | Nyckelegenskaper | Gemensamma applikationer |
| Massor 3 | Zn-4%Al-0.03%Mg | Utmärkt gjutbarhet, dimensionell stabilitet | Gjutdelar, konsumentelektronik, hårdvara |
| Massor 5 | Zn-4%Al-1%med | Högre styrka och hårdhet än Zamak 3 | Bildelar, strukturella komponenter |
| Massor 2 | Zn-4%AL-3%med | Högsta styrka och slitmotstånd | Industriutrustning, lagerhus |
| Massor 7 | Zn-4%Al-0.005%Cu (Hög renhet) | Överlägsen ytfinish, lägre föroreningar | Dekorativa gjutningar, kosmetiska komponenter |
Teknisk inblick:
Zamak -legeringar är varmkammare gjutning material och används allmänt på grund av deras Utmärkt flytande, låga smältpunkter (~ 385 ° C), och god dimensionell noggrannhet.
Massor 3 är den vanligaste och anses ofta vara "riktmärket" zinklegering.
ZA -legeringar (Zink-aluminiumlegeringar)
| Legering | Sammansättning (Ca.) | Nyckelegenskaper | Gemensamma applikationer |
| För-8 | Zn-8%Al-1%med | Bra styrka, Lämplig för gjutning av varmkammare | Anslutningshus, biltur |
| För-12 | Zn-12%Al-1%med | Utmärkt slitmotstånd och styrka | Industrikomponenter, medelhyttväxlar |
| Za-27 | Zn-27%Al-1%med | Högsta styrka i ZA -gruppen, lättvikt | Strukturella delar, små motorkomponenter |
Teknisk inblick:
Za -legeringar erbjuds Högre mekanisk styrka än Zamak på grund av deras ökade aluminiuminnehåll.
De används främst i kallkammare gjutning och tyngdkraftsgjutning processer. Za-27, särskilt, Rivaler några aluminiumlegeringar i draghållfasthet (~ 400 MPa).
Specialzinklegeringar
| Legering | Unik funktion | Användning |
| Galvan (Zn-5%Al + Sällsynta jordar) | Överlägsen korrosionsmotstånd (2x galvaniserat stål) | Skyddsbeläggningar för ståltrådar och ark |
| Spika (Zn-4%Al + Cu) | Utmärkt bearbetbarhet, dimensionell stabilitet | Verktyg, gummiform dör, Formningsdies med låg volym |
| Zink-kopparlegeringar (till exempel. Legering 925) | Förbättrad hårdhet och bearbetbarhet | Mekanisk hårdvara, låsmekanismer |
4. Zinklegerings fysiska egenskaper
Zinklegeringar värderas för sin unika balans mellan låg smältpunkt, dimensionell stabilitet, och god termisk och elektrisk konduktivitet.
Dessa egenskaper gör dem särskilt lämpliga för högvolym gjutning och precisionskomponenter Över flera branscher.
Viktiga fysiska egenskaper
| Egendom | Typiskt sortiment | Enhet | Anteckningar |
| Densitet | 6.6 - 6.9 | g/cm³ | Högre än aluminium (~ 2,7 g/cm³); Lämplig för dämpningsapplikationer |
| Smältpunkt (En solid-vätska) | 370 - 430 | ° C | Varierar beroende på komposition (Zamak smälter ~ 385 ° C; ZA-27 smälter ~ 500 ° C) |
| Termisk konduktivitet | 100 - 120 | W/m · k | Lägre än koppar, men tillräckligt för måttlig värmeöverföring |
| Elektrisk konduktivitet | 25 - 30 | % Iacs | Lägre än koppar men tillräckligt för många lågspänningsapplikationer |
| Termisk expansionskoe | 26 - 30 × 10⁻⁶ | /K | Behöver övervägas i flera materiella församlingar |
| Specifik värmekapacitet | 390 - 420 | J/kg · k | Måttlig termisk tröghet |
| Magnetiska egenskaper | Omagnetisk | - | Lämplig för applikationer där magnetisk störning måste undvikas |
5. Mekaniska egenskaper hos zinklegering
Zinklegeringar är kända för sin utmärkta gjutbarhet och måttlig mekanisk styrka, Särskilt när det används i gjutning.
| Egendom | Massor 3 | Massor 5 | För-8 | Za-27 | Enhet |
| Ultimat draghållfasthet | 280 MPA | 330 MPA | 370 MPA | 410 MPA | MPA |
| Avkastningsstyrka | 210 MPA | 250 MPA | 290 MPA | 370 MPA | MPA |
| Förlängning vid pausen | 10–13% | 7–9% | 3–6% | 1–3% | % |
| Hårdhet (Brinell) | 82 | 90 | 100 | 120 | Hb |
| Elasticitetsmodul | 83 Gpa | 83 Gpa | 85 Gpa | 96 Gpa | Gpa |
| Påverkningsstyrka (Charpy) | 2.5–3.0 | 2.0–2.5 | 1.5–2.0 | 1.0–1.5 | J (osmält) |
6. Korrosionsmotstånd & Ytbeteende hos zinklegeringar
Korrosionsmotstånd är en viktig egenskap hos zinklegeringar, särskilt för komponenter som används i utomhus, marin, eller kemiskt aggressiva miljöer.
Zinks naturliga passivering: Hur det fungerar
När den utsätts för luft och fukt, zink reagerar med syre och koldioxid för att bilda en tunn,
stabilt skikt av zinkkarbonat (Znco₃), som fungerar som en skyddande barriär mot ytterligare korrosion. Detta passiveringsbeteende är:
- Självläkande till mindre repor och skador
- Effektiv i atmosfäriska och milt sura/grundläggande miljöer
- Mindre skyddande i kloridrika (TILL EXEMPEL., kust-) eller sura industriella inställningar
Är zinkrost？
Tekniskt, Rust är en term som vanligtvis används för att beskriva korrosionsprodukten av järn och stål, som huvudsakligen är järnoxid.
Zink, å andra sidan, bildar ett skikt av zinkoxid och zinkhydroxid när den korroderar. Även om detta inte är detsamma som rost, det är fortfarande en form av korrosion.
Dock, Korrosionsprodukterna från zink är i allmänhet mer vidhäftande och skyddande jämfört med rost, vilket hjälper till att bromsa den ytterligare korrosionen av metallen.
Ytbehandling: plåt, pulverbeläggning, kromatkonvertering
För att förbättra korrosionsmotståndet och estetiskt tilltal av zinklegeringar, Olika ytbehandlingstekniker används:
Plåt:
Elektroplätering med metaller som nickel, krom, eller zink-nickellegeringar är en vanlig ytbehandlingsmetod.
Plätering ger ett extra lager av skydd mot korrosion och kan också förbättra produktens utseende.
Till exempel, nickelplätering kan ge zinklegeringsdelar en blank, Hållbar yta som är resistent mot repor och korrosion.
Pulverbeläggning:
Pulverbeläggning innebär att applicera ett torrt pulver på ytan av zinklegeringsdelen och sedan bota den under värme.
Detta utgör ett svårt, Skyddsfilm som erbjuder bra korrosionsmotstånd och ett brett utbud av färgalternativ.
Pulverbelagda zinklegeringsprodukter används ofta i utomhusapplikationer, som möbler och arkitektonisk hårdvara.
Kromatkonvertering:
Kromatomvandlingsbeläggning innebär att man behandlar zinklegeringsytan med en kromatlösning för att bilda en tunn, skyddsskikt.
Detta skikt ger god korrosionsmotstånd och kan också förbättra vidhäftningen av efterföljande beläggningar, som färg eller pulverbeläggning.
Dock, på grund av miljöhänsyn relaterade till hexavalent krom (En del av traditionella kromatlösningar), Det finns en växande trend att använda trivalenta krom eller kromfria alternativ.
7. Tillverkning & Tillverkningsprocesser
Gjutning (varmkammare, kallkammare)
Varmkammare gjutning:
I varmkammare gjutning, även känd som gjutgjutning, Smältpotten är en integrerad del av gjutmaskinen.
Den smälta zinklegeringen tvingas in i nålkaviteten av en kolv genom ett svanhalsformat injektionssystem.
Denna process är lämplig för små till medelstora delar med relativt enkla geometrier. Det erbjuder höga produktionshastigheter och god dimensionell noggrannhet.
Dock, Det är begränsat av storleken på smältkruken och vilken typ av legering som kan användas, Som vissa legeringar kan reagera med metallen på smältkruken.
Kallkammare gjutning:
Kallkammargjutning används för större delar och legeringar som är mer benägna att oxidation eller ha högre smältpunkter.
I denna process, Den smälta zinklegeringen är laddad i en separat injektionskammare, och sedan tvingar en kolv legeringen in i munkaviteten.
Kallkammare gjutning ger bättre kontroll över injektionsprocessen och kan hantera större volymer av smält metall, vilket gör det lämpligt för komplexformade och större komponenter.
Investeringsgjutning och sandgjutning
Sandgjutning:
Sandgjutning är en traditionell metod för gjutning av zinklegeringar. Ett mönster av den önskade delen används för att skapa en mögelhålrum i en sandblandning.
Sandformen är sedan fylld med smält zinklegering, som stelnar för att bilda delen.
Sandgjutning erbjuder stor flexibilitet när det gäller deldesign, eftersom det kan rymma komplexa former och stora storlekar.
Dock, Det har i allmänhet lägre dimensionell noggrannhet och ytfinish jämfört med gjutning.
Sandgjutna zinklegeringsdelar används ofta vid produktion av storskaliga industriella komponenter, skräddarsydda delar, och några arkitektoniska element.
Investeringsgjutning:
Investeringsgjutning, även känd som förlorad vaxgjutning, används för att tillverka högprecisionsdelar av zinklegering med komplexa geometrier.
I denna process, en vaxmodell av delen görs, som sedan beläggs med ett keramiskt skal.
Vaxet smälts ut, lämnar ett hålrum i vilket smält zinklegering hälls.
Investeringsgjutning möjliggör tillverkning av detaljer med mycket fina detaljer och högkvalitativ ytfinish, Men det är en dyrare och tidskrävande process jämfört med gjutning och sandgjutning.
Tyngdkraftsgjutning
Gravity gjutning, eller permanent formgjutning, innebär att smält zinklegering hälls i en formhålighet under tyngdkraften.
Formen är vanligtvis gjord av metall, som gjutjärn eller stål, och kan återanvändas flera gånger.
Denna process är lämplig för att producera större delar eller delar med enklare geometrier.
Tyngdkraftsgjutna zinklegeringsdelar har ofta en jämnare ytfinish och kan vara mer kostnadseffektivt för produktion av lägre volym.
Det används i applikationer där gjutning med hög precision inte är det primära kravet, till exempel i vissa dekorativa föremål och vissa typer av industriella komponenter.
Extrudering, smidning, och stämpling
Extrudering:
Det används för att producera kontinuerliga profiler med ett fast tvärsnitt från zinklegeringar.
En billet av legeringen tvingas genom en matris, vilket ger materialet sin önskade form. Denna process är lämplig för att skapa produkter som stavar, rör, och olika strukturella profiler.
Dock, Extrudering av zinklegeringar är mindre vanligt jämfört med andra metaller på grund av deras relativt låga styrka och potentialen för ytfel under processen.
Smidning:
Forging innebär att de formar zinklegeringen genom att applicera tryckkrafter, Vanligtvis använder du hammare eller pressar.
Denna process kan förbättra legeringens mekaniska egenskaper genom att förädla kornstrukturen och eliminera interna defekter.
Dock, Smidning av zinklegeringar är utmanande på grund av deras låga smältpunkt och relativt dåliga varmarbetande egenskaper.
Stämpling:
Stamping är en process som används för att bilda platta ark av zinklegering i olika former genom att applicera tryck med en matris.
Det används vanligtvis vid produktion av plåtkomponenter, såsom fordonskroppsdelar och hushållshårdvara.
Stampering av zinklegeringar kräver noggrant övervägande av legeringens formbarhet och utformningen av matriserna för att undvika sprickor och andra defekter.
8. Applikationer av zinklegering
Zinklegering är känd för utmärkt gjutbarhet, bra styrka-till-vikt, korrosionsmotstånd, och förmåga att bilda komplexa former med snäva toleranser.
Bilindustri
Zinklegeringar används starkt i både strukturella och dekorativa bilkomponenter på grund av deras varaktighet, dimensionell stabilitet, och kostnadseffektivitet.
Gemensamma applikationer:
- Dörrhandtag och fönstervevar
- Förgasningshus
- Emblemramar och trimdelar
- Säkerhetsbälteskomponenter
- Bränslesystemets beslag
Konsumentelektronik & Hårdvara
Zinklegeringar appliceras allmänt i elektroniska enhetshus och interna komponenter på grund av deras EMI -skärmning kapacitet och elektrisk konduktivitet.
Nyckelapplikationer:
- Smarttelefonhus
- Bärbara gångjärn och ramar
- Fjärrkontroller och set-top-lådor
- Kamera och drone -höljen
- Kabelanslutningar och terminaler
Arkitektonisk & Byggnadshårdvara
På grund av deras motstånd mot korrosion och attraktiva ytbehandlingar, Zinklegeringar används ofta i arkitektoniska applikationer.
Typiska produkter:
- Dörrhandtag och lås
- Fönsterbeslag och gångjärn
- Gardinväggförankringar
- Dekorativa paneler
- VVS -beslag
Industriella och mekaniska komponenter
Zink dimensionell stabilitet, bearbetbarhet, och slitbidrag Gör det väl lämpat för en mängd mekaniska enheter.
Som används i:
- Växlar och spakar
- Lagerhus
- Remskivor
- Pneumatiska och hydrauliska system
Dekorativ & Modetillbehör
Zinklegeringar är populära inom mode- och lyxvaruindustrin eftersom de är lätta att kasta och avsluta med guld, krom, eller beläggningar i antik stil.
Gemensamma föremål:
- Bältesspännen
- Kostym
- Knappar, blixtlås, och snaps
- Nyckelringar och emblem
Leksaker, Gåvor & Nyhetsartiklar
Zinkgjutning möjliggör massproduktion av små, detaljerade komponenter, gör det till ett utmärkt val för leksaker och samlarföremål.
Exempel:
- Modellbilar och flygplan
- Brädspelbitar
- Troféer och medaljer
- Miniatyrfigurer
Marin & Korrosionsbenägna miljöer
Zinks naturliga motstånd mot korrosion, särskilt i milt saltlösningsmiljöer, gör det användbart för marin ansökningar.
Ansökningar:
- Båthårdvara och kläder
- Anoder för galvaniskt skydd
- Saltvattenbeslag och höljen
9. Viktiga fördelar med zinklegering
Utmärkt gjutbarhet
- Perfekt för komplexa former, fina detaljer, och tunnväggiga delar
- Låg smältpunkt (~ 385–425 ° C) Tillåter energieffektiv gjutning och förlängd mögelliv
Högdimensionell noggrannhet
- Minimal krympning ger snäva toleranser (± 0,05 mm eller bättre)
- Lämplig för precisionskomponenter utan omfattande efterbehandling
Starka mekaniska egenskaper
- Draghållfasthet upp till 280 MPA (TILL EXEMPEL., Massor 3)
- Bra hårdhet och styvhet, Ofta överlägsen aluminiumlegeringar i små gjutningar
Korrosionsmotstånd
- Naturligtvis bildar ett skyddande oxidskikt
- Kompatibel med ytterligare beläggningar som kromplätering, pulverbeläggning, eller passivering för förbättrad hållbarhet
Estetisk & Slutför flexibilitet
- Slät ytfinish lämplig för avancerade dekorativa delar
- Stöder polering, borstning, målning, galvanisering (TILL EXEMPEL., nickel, krom, guld)
Kostnadseffektiv produktion
- Lägre energiförbrukning än aluminium eller magnesium
- Long Mold Life minskar verktygskostnaderna
- Hög återvinningsbarhet bidrar till lägre livscykelkostnader
Snabba produktionscykler
- Särskilt i gjutning av varmkammare, Cykler kan vara så korta som 3–5 sekunder
- Möjliggör högvolym, Automatiserad tillverkning med reducerad arbetskraft
Utmärkt sammankoppling
- Stöder mekanisk fästning, lödning, och självhäftande bindning
- Kompatibel med insatser och gängade komponenter för funktionella enheter
Överlägset slitmotstånd
- Hållbar i högfriktionsapplikationer som lås, växlar, och rörliga församlingar
- Bra trötthetsprestanda vid cykliska belastningsförhållanden
Lågt verktygsslitage
- Zinklegeringar är mindre slipande än aluminium under gjutningen
- Formar kan ofta överstiga 500 000–1 000 000 skott före ersättning
10. Jämförelse av zinklegering med konkurrerande material
| Egendom | Zinklegering | Aluminiumlegering | Magnesiumlegering | Teknisk plast |
| Densitet (g/cm³) | 6.6–6.9 | 2.6–2.8 | 1.7–1.9 | 0.9–1.8 |
| Smältpunkt (° C) | 385–425 | 600–660 | 620–650 | Variera (vanligtvis <300) |
| Dragstyrka (MPA) | 250–300 (TILL EXEMPEL., Massor 3) | 180–310 | 200–250 | 50–120 |
| Hårdhet (Brinell) | 80–120 | 50–100 | 30–70 | 10–40 |
| Kastbarhet | Excellent | Bra | Måttlig | Inte lämplig för gjutning |
Bearbetbarhet |
Excellent | Bra | Rättvis | Stackars till måttlig |
| Korrosionsmotstånd | Bra (med beläggningar: mycket bra) | Måttlig (Behöver anodisering/beläggning) | Rättvis till bra (oxidation benägen) | Excellent (inert polymerer) |
| Ytfin | Excellent (jämna, polsk) | Bra | Rättvis | Måttlig (matt till glansig) |
| Kosta (Material + Bearbetning) | Låg | Medium | Hög | Låg till medium |
| Miljöpåverkan | Återvinningsbar, gjutning | Högre energianvändning, Återvinningsbar, | Återvinningsbar, högre miljökostnad | Delvis återvinningsbar, petroleumbaserad |
| Dimensionell precision | Excellent | Bra | Bra | Måttlig (benägen att krympa) |
Viktiga jämförande takeaways
- Zink vs Aluminium
Zink erbjuder bättre dimensionell noggrannhet, finare ytfinish, och kortare gjutningstider.
Aluminium, Medan det är lättare, kräver mer energi för att bearbeta och behöver ofta efter slutförandet (TILL EXEMPEL., Anodiserande) för korrosionsmotstånd. - Magnesium vs zink
Magnesium är den lättaste metallen men har sämre korrosionsmotstånd, lägre ytkvalitet, och högre bearbetningskostnad.
Zink är mer stabil, lättare att bearbeta, och mer lämplig för små precisionsdelar. - Zink vs Engineering Plastics
Plast är lätta och korrosionsfri men saknar mekanisk styrka och slitmotstånd.
Zinklegeringar överbryggar klyftan mellan metaller och plast när det gäller styrka, utseende, och kostnad, särskilt i gjutkomponenter.
11. Slutsats
Från deras ödmjuka början till de nuvarande toppmoderna applikationerna, Zinklegeringar har kontinuerligt utvecklats för att möta de förändrade kraven från olika branscher.
Deras unika kombination av egenskaper, kostnadseffektivitet, och mångsidighet gör dem till ett material som valts i otaliga produkter.
De pågående forsknings- och utvecklingsinsatserna inom områden som nanostrukturering, gröntillverkning, funktionsintegration, och beräkningsdesign banar vägen för nästa generation av zinklegeringar.
Dessa framsteg kommer inte bara att ta itu med de befintliga begränsningarna för zinklegering utan också öppna nya möjligheter inom tillväxtområden.
Vanliga frågor
Är zinklegering stark och hållbar?
Ja. Zinklegeringar, Särskilt Zamak Series -legeringar, Erbjud god draghållfasthet (fram till 300 MPA) och slitmotstånd.
Även om det inte är lika starkt som stål, De är tillräckligt hållbara för många strukturella och mekaniska applikationer.
Rostar eller korroderar zinklegering?
Zinklegeringar rostar inte som järn, Men de kan korrodera under vissa miljöförhållanden.
Dock, De bildar naturligtvis ett skyddande oxidskikt och kan skyddas ytterligare med beläggningar som plätering eller pulverbeläggning.
Är zinklegeringsmycken säker?
Ja, De flesta zinklegeringar som används i smycken är säkra, särskilt när nickelfri och korrekt belagd.
Dock, Individer med metallkänslighet bör bekräfta legeringskompositionen och ytfinishen.
Kan zinklegering återvinnas?
Absolut. Zinklegeringar är mycket återvinningsbara och kan återmälts utan betydande nedbrytning i kvalitet.
Detta gör dem till ett miljöansvarigt val för massproduktion.
Är zinklegering magnet?
Inga. Zink och dess legeringar är icke-magnetiska, gör dem lämpliga för användning nära känslig elektronisk utrustning.
Vilka är nackdelarna med zinklegering?
De viktigaste nackdelarna inkluderar relativt hög densitet (tyngre än aluminium eller magnesium), lägre smältpunkt (som begränsar applikationer med högt temperatur), och potentiell sprödhet under vissa förhållanden.
