Qu'est-ce que le zinc ? Alliages, propriétés et applications

image caractéristique du matériau zinc 

Le zinc est un métal résistant à la corrosion que l'on trouve naturellement sous forme de sphalérite (ZnS), de carbonate de zinc (sphalérite) et de calamine. Il est d'ailleurs le 24e matériau le plus abondant et le 4e le plus utilisé. L'utilisation du zinc et de ses alliages par l'homme remonte à 2,500 XNUMX ans, et pourtant, il demeure l'un des métaux clés des industries modernes. 

Vous pouvez facilement remarquer l’utilisation du zinc dans les véhicules, les systèmes électriques, les éléments architecturaux, les revêtements galvanisés, etc. Ces articles sont créés par usinage CNC, moulage ou fabrication de tôle.  

Comprendre les différents aspects du zinc peut vous aider à choisir l'alliage idéal pour votre prochain projet de fabrication. Découvrons ses propriétés, les types d'alliages, son usinabilité et bien d'autres aspects.

Qu'entend-on par matériau en zinc ?

Zingué métal 

Le terme « matériau zinc » ne se limite pas au métal pur, mais englobe également une vaste gamme d'alliages de zinc. Il désigne soit le zinc pur, soit tout matériau dont la composition est majoritairement constituée de zinc. 

Le zinc est symbolisé par « Zn » et occupe la position « 30 » dans le tableau périodique. Le zinc et ses alliages présentent de bonnes propriétés électriques, mécaniques et chimiques. Grâce à sa résistance naturelle à la corrosion, le zinc est également utilisé pour le revêtement de divers matériaux par galvanisation. De plus, son aspect gris pâle bleuté renforce son esthétique.

Des techniques de fabrication telles que l'usinage CNC, le moulage sous pression et le travail de la tôle sont utilisées pour transformer les matières premières en zinc en une pièce ou un produit final.

Brève histoire du zinc 

Bien que les premières traces d'utilisation puissent être observées dans la Grèce antique au cours de l'âge du bronze, des progrès significatifs peuvent être observés à 200 avant notre ère par les Romains lorsqu'ils ont développé un moyen efficace d'extraire des minerais d'oxyde et de les mélanger avec du cuivre pour former du laiton. 

Aux IVe et IIIe siècles avant J.-C., le zinc a également commencé à être extrait en Inde. Puis, à une époque reculée de l'histoire, l'extraction et la production à grande échelle ont débuté au XVe siècle en Chine. Par la suite, il a gagné en popularité pour des applications industrielles. Revêtement de zinc pour le fer et l'acier à la fin du XVIIIe siècle.

Propriétés physiques, mécaniques et chimiques du zinc 

Le zinc est un matériau gris pâle dont le point de fusion est de 419.5 °C et la densité du zinc est de 7.134 g/cm³. Il présente une excellente résistance à la corrosion et une bonne conductivité électrique. malléabilité et ductilité. Généralement, le zinc reste dans le +2 état d'oxydation et interagit légèrement avec les acides et les alcalis.

Voyons maintenant les différentes propriétés et faits concernant le zinc.

Propriétés physiques du zinc 

Le zinc présente des structures cristallines hexagonales à couches compactes, d'apparence gris pâle, semblable à l'argent. Ses points de fusion et d'ébullition bas sont avantageux pour la coulée, mais limitent ses applications thermiques. La liste ci-dessous présente d'autres caractéristiques physiques du zinc.

• Structure métallique : Hexagonal compact, groupe spatial P6₃/mmc
• Densité: 7.134 g/cm³ à température ambiante.
• Point de fusion: 419.5 ° C
• Point d'ébullition: 907 ° C
• Texture de surface: Blanc bleuté brillant
• Conductivité thermique: ~120 W·m⁻¹·K⁻¹ à 25 °C

Propriétés mécaniques du zinc 

Galvanisation

Le zinc pur est un métal mou présentant une résistance à la traction et un module d'élasticité de Young relativement faibles. Cependant, la résistance à la traction atteint 350 MPA dans l'alliage Zamak 2 (Zn–Al–Cu). De plus, il offre une bonne malléabilité et une bonne ductilité.

La liste ci-dessous décrit les principales caractéristiques mécaniques du zinc. 

Propriétés chimiques du zinc 

Premièrement, la surface du zinc agit comme une barrière naturelle contre la corrosion. Elle réagit avec l'oxygène et forme une couche d'oxyde, puis avec le dioxyde de carbone pour former un film de carbonate et d'oxyde. Ce film protecteur prévient la rouille et la dégradation de la surface.

Zn+O2​+2H2​O→Zn(OH)

Zn(OH)2​→ZnO+H2​O 

ZnO+2CO2​+3H2​O→ZnCO3​⋅4Zn(OH)2​

Ensuite, sa réactivité envers les acides et les alcalis est douce, formant des sels de zinc avec les acides et du zincate avec les alcalis. 

Différents types d'alliages de zinc 

Types d'alliages de zinc

Outre le zinc pur, les alliages de zinc les plus courants sont le Zamak 2, le Zamak 3, le Zamak 5 et le Zamak 7. Tous appartiennent à la famille Zamak et contiennent des pourcentages variables d'aluminium, de magnésium et de cuivre. Par conséquent, les alliages zinc-aluminium sont également très répandus dans les ateliers d'usinage.

1. Alliages de zamak

La composition typique des alliages Zamak est de 94 à 96 % de zinc, 3.5 à 4.3 % d'aluminium, 0.03 à 1.25 % de cuivre et 0.02 à 0.05 %. L'aluminium des alliages Zamak augmente la résistance, la dureté et le rapport résistance/poids. Le cuivre améliore encore la résistance à l'usure et à la corrosion, tandis que le magnésium favorise la fluidité pour la coulée ou le moulage. 

Le Zamak 2 présente une dureté et une résistance supérieures à celles des autres nuances. Le Zamak 3 offre la meilleure fluidité pour la coulée, tandis que le Zamak 5 contient du cuivre supplémentaire qui augmente la dureté et la résistance à l'abrasion. 

2. Alliages zinc-aluminium 

Ces alliages présentent une résistance à la traction et une dureté encore supérieures à celles des alliages Zamak. Le pourcentage élevé d'aluminium dans leur composition améliore les propriétés physiques et mécaniques du zinc pur. Les alliages zinc-aluminium les plus courants sont les ZA-8, ZA-12 et ZA-27, chacun indiquant le pourcentage d'aluminium dans son nom. 

L'un des principaux inconvénients des alliages ZA est que l'ajout d'aluminium diminue la fluidité, ce qui constitue un problème majeur lors du moulage sous pression. Par ailleurs, cela n'a aucune incidence sur les procédés d'usinage CNC. Pour une comparaison, consultez la suite. « Alliage de zinc contre aluminium ».

3. Autres alliages de zinc 

Produits en alliage de zinc 

Outre le ZA et le Zamak, d'autres alliages, tels que le zinc-nickel, le zinc-étain, le zinc-plomb et les alliages de zinc à haute résistance, sont utilisés en fabrication. Les alliages à base de plomb améliorent l'usinabilité, le zinc-nickel améliore les propriétés mécaniques, et les alliages à haute résistance offrent la résistance et la robustesse souhaitées pour les pièces de structure et les composants automobiles. 

Procédés de fabrication de pièces et produits en zinc 

Différents procédés de fabrication sont utilisés pour produire des pièces et des produits en zinc, notamment usinage du zinc, le moulage sous pression, la tôlerie et l'impression 3D. Cependant, l'usinage CNC et le moulage sont les deux méthodes dominantes.

Discutons-en plus en détail.

Moulage sous pression en zinc 

Moule de moulage sous pression en zinc

Le procédé de moulage sous pression consiste à injecter du zinc fondu dans un moule préfabriqué appelé « matrice ». Il s'écoule ensuite à l'intérieur de la cavité et prend son contour extérieur lors de la solidification. La coulée s'effectue à haute pression, de 1000 2000 à XNUMX XNUMX psi. Le moule est ensuite usiné avec précision en acier à outils ou en fonte. 

Cette méthode est adaptée à la production d'articles en zinc en grandes quantités avec une excellente répétabilité. La matrice réutilisable rend également le procédé rentable. Le moulage sous pression du zinc trouve de nombreuses applications dans divers secteurs. 

Parmi les applications notables, on trouve les poignées de porte, les garnitures intérieures automobiles, les composants sous le capot, les boîtiers électroniques et la quincaillerie décorative. Comment se compare-t-il au moulage sous pression de l'aluminium ? Vous pouvez lire Moulage sous pression en zinc vs moulage sous pression en aluminium ici.

Usinage CNC du zinc

Usinage CNC du zinc 

L'usinage est plus adapté aux pièces en zinc complexes et précises. Il est également économique pour le prototypage. Ce procédé consiste à créer la forme souhaitée à partir d'un bloc, d'une barre, d'une tige ou de toute autre pièce en zinc par enlèvement de matière. Selon la géométrie et la complexité, le fraisage, le tournage, le perçage, le filetage, la rectification et d'autres procédés sont utilisés.

Pour Usinage CNCVous devez d'abord créer un modèle CAO à l'aide de logiciels de conception tels que SolidWorks et AutoCAD, puis programmer la commande numérique par ordinateur (codes G&M). La machine CNC exécute ensuite le code et contrôle le déplacement de l'outil/pièce selon une trajectoire fixe pour l'enlèvement de matière. Cette automatisation permet la fabrication de pièces de précision. pièces personnalisées avec des tolérances aussi faibles que ±0.01 mm.

Les alliages Zamak et ZA sont des choix judicieux pour les projets d'usinage du zinc grâce à leur bonne usinabilité. Parmi les applications des pièces en zinc usinées CNC, on peut citer les bus mécaniques, les connecteurs électriques, les boîtiers de capteurs et les garnitures décoratives. 

Applications du zinc 

Applications du zinc 

Actuellement, près de la moitié du zinc consommé dans le monde est destiné à la galvanisation, un procédé qui consiste à créer une couche protectrice de zinc sur le fer, l'acier et d'autres métaux. Parallèlement, différents alliages de zinc sont transformés pour former les pièces souhaitées grâce à diverses méthodes de fabrication.

Les applications courantes du zinc peuvent être observées dans les secteurs médical, électronique, automobile, architectural, de la construction et maritime. 

1. Galvanisation

Le zinc se lie fortement au substrat pour former une fine couche résistante à la corrosion et prolonger la durée de vie du produit jusqu'à 50 %. Des méthodes comme la galvanisation à chaud, l'électrozingage et le revêtement thermique sont utilisées à cet effet. Par exemple, le revêtement à chaud est utilisé pour les poutres structurelles, les garde-corps, les fixations mécaniques et les convoyeurs.

2. Industrie automobile 

Généralement, le moulage et l'usinage CNC sont utilisés pour fabriquer des pièces automobiles en zinc. Les alliages de zinc sont principalement utilisés dans les articles décoratifs ou structurels soumis à des charges faibles à moyennes. 

Des alliages comme le Zamak 3, 5 et 7 sont moulés ou usinés pour fabriquer des boîtiers de serrure de porte dans les véhicules, des composants de direction, des garnitures décoratives, des attaches, etc. 

3. Industrie médicale 

Le zinc est utilisé dans le domaine médical, des défibrillateurs aux stéthoscopes. Il est également intéressant de noter que son utilisation est essentielle au système immunitaire. De plus, le zinc possède des propriétés mécaniques favorables pour certaines applications de fixation interne et de stent.

4. Industrie électronique

Le zinc est utilisé dans les batteries de stockage d'énergie, les capteurs et l'optoélectronique. De plus, des connecteurs, des boîtiers, des électrodes commerciales et de nombreux autres articles sont fabriqués en zinc. 

5. Architecture et construction

Le zinc est utilisé pour galvaniser les poutres structurelles, les toitures et les tôles architecturales. Il est également utilisé dans la fabrication de produits tels que les garnitures, les façades, les accessoires de salle de bains et les systèmes de bardage. 

6. Industrie maritime 

L'industrie maritime bénéficie également grandement de la haute résistance à la corrosion du zinc. Différents équipements marins sont revêtus de zinc pour résister aux environnements difficiles. 

Avantages et inconvénients du zinc 

Avantages et inconvénients du Zin 

Le zinc est un métal polyvalent qui présente de nombreux avantages, notamment une protection contre la corrosion, des compositions d'alliages variées, des propriétés antibactériennes et une bonne conductivité électrique. Cependant, il présente également quelques limites. Sa dureté, sa résistance au fluage et son point de fusion sont faibles, et il est assez fragile à l'état pur.

Quels sont les avantages du métal zinc ?

• • Prévention de la corrosion : Le zinc empêche la corrosion des matériaux en développant un film de carbonate et d’oxyde à la surface. 
  • Options d'alliage : Le zinc peut être mélangé au cuivre, à l'aluminium, au magnésium et à d'autres métaux pour en améliorer les propriétés. Sa composition d'alliage est flexible. 
  • Excellente finition : Les pièces usinées en zinc offrent un aspect lisse et esthétique. Le revêtement offre une gamme de couleurs de zingage à choisir selon vos besoins. 

• Antibactérien: Le zinc préserve l'hygiène et est lui-même un métal antibactérien. Il est particulièrement utile dans la transformation des aliments et les applications médicales pour préserver la propreté et la sécurité.

• Conductivité électrique: Le zinc est un bon conducteur électrique, ce qui le rend utilisable pour les connexions électriques telles que les connecteurs et autres éléments similaires.
• Recyclabilité: Le zinc peut être recyclé par fusion avec un taux de récupération élevé, ce qui en fait une option respectueuse de l’environnement.

Quels sont les inconvénients du zinc métallique ?

• Point de fusion bas : Le zinc a un point de fusion bas et ne peut pas être utilisé dans des applications sensibles à la chaleur. 
• Fragilité : Le zinc pur est fragile par nature et présente une faible résistance à la traction.
• Réactivité chimique : Le zinc réagit avec les acides et les bases, provoquant une dégradation des matériaux. Il n'est donc pas adapté aux environnements acides et alcalins. 

Lire la suite: Différence entre le chromage, le zingage et le nickelage

Pièces en zinc personnalisées chez ProleanTech : services de moulage sous pression et d'usinage CNC

Nous avons abordé de nombreux types et applications du zinc, mais vous avez besoin d'un partenaire industriel pour transformer le zinc brut en pièces et produits fonctionnels. Pour choisir un partenaire fiable, plusieurs critères doivent être pris en compte, notamment les capacités de production, l'expérience du secteur, la disponibilité des matériaux et le budget. 

ProleanTech pourrait répondre à vos critères de qualité et de coût parmi différents fournisseurs et fabricants. Nous proposons des solutions de moulage sous pression en zinc et Services d'usinage CNC basé sur votre conception. 

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Conclusion

Cet article aborde de nombreux aspects du zinc, de ses alliages à ses applications et méthodes de fabrication. Comprendre les propriétés du zinc et les types d'alliages peut vous aider à prendre de meilleures décisions concernant le choix des matériaux et la méthode de fabrication. Au final, le résultat final de la pièce ou du produit dépend de la précision du choix de l'alliage, de la méthode d'usinage et du fabricant. 

Si vous avez d'autres doutes sur la manière de rendre vos pièces en zinc plus efficaces et rentables, contactez les experts de ProleanTech, quelle que soit la partie du monde dans laquelle vous vous trouvez.

FAQ

Qu'est-ce que le zinc ?

Le zinc est un métal fragile et résistant à la corrosion, désigné par « Zn » et situé à la 30e position du tableau périodique.

À quoi sert le zinc métallique ? 

Le zinc est principalement utilisé pour galvaniser l’acier et le fer afin de prévenir la corrosion, et différents alliages de zinc sont usinés ou moulés en composants industriels.

De quoi est fait le zinc ?
Les produits fabriqués à partir de zinc ou contenant du zinc comprennent les tuyaux galvanisés, les gouttières, les toitures, les raccords en laiton, les boîtiers moulés sous pression, les boîtiers de batterie, les anodes sacrificielles et la quincaillerie décorative.

Quel est le métal le plus facile à fondre ?

Parmi les métaux présents à l'état solide (à l'exception du mercure), le césium est le plus facile à fondre, avec un point de fusion approximatif de 28.5 °C. Si l'on considère le métal le plus courant, il s'agit du zinc.