Wat is zink? Legeringen, eigenschappen, toepassingen

Zink materiaal kenmerk afbeelding 

Zink is een corrosiebestendig metaal dat in de natuur voorkomt in de vorm van sfaleriet (ZnS), zinkcarbonaat (sfaleriet) en galamine. Het is zelfs het 24e meest voorkomende en het 4e meest gebruikte materiaal. Het gebruik van zink en zijn legeringen door de mens gaat 2,500 jaar terug, en toch blijft het een van de belangrijkste metalen in de moderne industrie. 

Zink wordt veel gebruikt in voertuigen, elektrische systemen, architectonische elementen, verzinkte coatings, enzovoort. Deze producten worden gemaakt door middel van CNC-bewerking, gieten of plaatbewerking.  

Inzicht in de verschillende aspecten van zink kan u helpen bij het kiezen van de juiste legering voor uw volgende productieproject. Laten we de eigenschappen, legeringstypen, bewerkbaarheid en nog veel meer bespreken.

Wat wordt bedoeld met een zinkmateriaal?

Zinkmetaal 

De term "zinkmateriaal" beperkt zich niet tot de zuivere metaalvorm, maar omvat ook een uitgebreid scala aan zinklegeringen. Het omvat zowel zuiver zink als elk materiaal met een overwegend zinkgehalte. 

Zink wordt gesymboliseerd door "Zn" en heeft positie "30" in het periodiek systeem. Zink en zijn legeringen bieden goede elektrische, mechanische en chemische eigenschappen. Vanwege zijn natuurlijke corrosiebestendigheid wordt zink ook gebruikt om verschillende materialen te coaten door middel van galvanisatie. Bovendien heeft het een blauwachtig lichtgrijs uiterlijk, wat de esthetische voordelen ten goede komt.

Productietechnieken zoals CNC-bewerking, spuitgieten en plaatbewerking worden gebruikt om ruwe zinkmaterialen te verwerken tot een eindproduct.

Korte geschiedenis van zink 

Hoewel er in het Oudgrieks al in de bronstijd vroege sporen van gebruik te zien zijn, is er ook een betekenisvolle vooruitgang te zien in 200 BCE door de Romeinen, die een efficiënte manier ontwikkelden om oxide-ertsen te extraheren en dit te mengen met koper om messing te vormen. 

In de 4e-3e eeuw voor Christus begon de winning van zink ook in India. Later, in de 15e eeuw, begon de grootschalige winning en productie in China. Daarna werd het steeds populairder voor industriële toepassingen. Zink laag voor ijzer en staal in de late 18e eeuw.

Fysische, mechanische en chemische eigenschappen van zink 

Zink is een lichtgrijs materiaal met een smeltpunt van 419.5 °C en een zinkdichtheid van 7.134 g/cm³. Het vertoont een uitstekende corrosiebestendigheid en een goede elektrische geleidbaarheid. kneedbaarheid en ductiliteit. Over het algemeen blijft het zink in de +2 oxidatietoestand en reageert mild met zuren en logen.

Laten we nu eens kijken naar de verschillende eigenschappen en feiten over zink.

Fysieke eigenschappen van zink 

Zink bevat hexagonale kristalstructuren met gepakte lagen en heeft een lichtgrijze uitstraling, die lijkt op zilver. Het heeft een laag smelt- en kookpunt, wat gunstig is voor het gieten, maar de thermische toepassingen beperkt. De onderstaande lijst beschrijft andere fysische kenmerken van zink.

• Metalen structuur: Hexagonaal dichtgepakt, ruimtegroep P6₃/mmc
• Dichtheid: 7.134 g/cm³ bij kamertemperatuur.
• Melting Point: 419.5 ° C
• Kookpunt: 907 ° C
• Oppervlakte textuur: Glanzend blauwachtig wit
• Warmtegeleiding: ~120 W·m⁻¹·K⁻¹ bij 25 °C

Mechanische eigenschappen van zink 

Galvanisatie

Zuiver zink is een zacht metaal met een relatief lage treksterkte en elasticiteitsmodulus van Young. De treksterkte neemt echter toe tot 350 MPA in een Zamak 2 (Zn-Al-Cu) legering. Bovendien biedt het een goede vervormbaarheid en ductiliteit.

De onderstaande lijst geeft de belangrijkste mechanische eigenschappen van zink weer. 

Chemische eigenschappen van zink 

Ten eerste fungeert het oppervlak van het zink zelf als een natuurlijke barrière tegen corrosie. Het reageert met zuurstof en vormt een oxidelaag, en vervolgens met koolstofdioxide tot een carbonaat- en oxidefilm. Deze beschermende film voorkomt roestvorming en oppervlaktedegradatie.

Zn+O2​+2H2​O→Zn(OH)

Zn(OH)2​→ZnO+H2​O 

ZnO+2CO2​+3H2​O→ZnCO3​⋅4Zn(OH)2​

Verder is de reactie met zuren en basen gering: met zuren vormt het zinkzouten en met basen zinkaat. 

Verschillende soorten zinklegeringen 

Soorten zinklegeringen

Naast zuiver zink zijn Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5 en Zamak 7 de meest voorkomende soorten zinklegeringen. Deze vallen allemaal onder de Zamak-serie en bevatten verschillende percentages aluminium, magnesium en koper. Zink-aluminiumlegeringen zijn dan ook populair in machinefabrieken.

1. Zamak-legeringen

Een typische samenstelling van Zamak-legeringen bestaat uit 94-96% zink, 3.5-4.3% aluminium, 0.03-1.25% koper en 0.02-0.05% koper. Het aluminium in de Zamak-legeringen verhoogt de sterkte, hardheid en sterkte-gewichtsverhouding. Koper verbetert de slijtvastheid en corrosiebestendigheid, terwijl magnesium de vloeibaarheid bij het gieten of vormen bevordert. 

Zamak 2 heeft een hogere hardheid en sterkte dan andere kwaliteiten. Zamak 3 biedt de hoogste vloeibaarheid voor gietwerk, terwijl Zamak 5 extra koper bevat, wat de hardheid en slijtvastheid verhoogt. 

2. Zink-aluminiumlegeringen 

Deze legeringen vertonen een nog hogere treksterkte en hardheid dan Zamak-legeringen. Het hoge percentage aluminium in de samenstelling verbetert de fysische en mechanische eigenschappen van zuiver zinkmetaal. De meest voorkomende typen zink-aluminiumlegeringen zijn ZA-8, ZA-12 en ZA-27, elk met een verwijzing naar het percentage aluminium in de naam. 

Een groot nadeel van ZA-legeringen is dat toegevoegd aluminium de vloeibaarheid vermindert, wat een groot probleem is in het spuitgietproces. Verder heeft het geen invloed op CNC-bewerkingsprocessen. Voor een vergelijkend overzicht kunt u verder lezen 'Zinklegering versus aluminium'.

3. Andere zinklegeringen 

Zinklegeringsproducten 

Naast ZA en Zamak worden ook andere legeringen gebruikt in de productie, zoals zink-nikkel, zink-tin, zink-lood en hoogsterkte zinklegeringen. Loodlegeringen verbeteren de bewerkbaarheid, zink-nikkel verbetert de mechanische eigenschappen en hoogsterkte legeringen bieden de gewenste sterkte en robuustheid voor structurele en automobielonderdelen. 

Productieprocessen voor zinkonderdelen en -producten 

Er worden verschillende productieprocessen gebruikt om zinkonderdelen en -producten te produceren, waaronder: zinkbewerking, spuitgieten, plaatbewerking en 3D-printen. CNC-bewerking en gieten zijn echter twee dominante methoden.

Laten we deze in meer detail bespreken.

Zink spuitgieten 

Zink spuitgietmal

Het spuitgietproces omvat het injecteren van gesmolten zink in een geprefabriceerde mal, een zogenaamde "matrijs". Vervolgens stroomt het in de matrijsholte en krijgt het bij stolling de buitencontour. Het gieten vindt plaats onder hoge druk, 1000 tot 2000 psi. De mal wordt vervolgens met precisie bewerkt met gereedschapsstaal of gietijzer. 

Deze methode is geschikt voor de productie van zinkproducten in grote volumes met een uitstekende herhaalbaarheid. De herbruikbare matrijs maakt het proces bovendien kosteneffectief. Zinkspuitgieten kent talloze toepassingen in diverse sectoren. 

Enkele opvallende toepassingen zijn onder meer deurgrepen, interieurbekledingsonderdelen voor auto's, componenten onder de motorkap, elektronicabehuizingen en decoratieve hardware. Hoe verhoudt het zich tot aluminium spuitgieten? Lees verder Zinkspuitgieten versus aluminium spuitgieten hier.

Zink CNC-bewerking

Zink CNC-bewerking 

Bewerking is geschikter voor complexe en nauwkeurige zinkonderdelen. Het is ook kostenefficiënt voor prototyping. Het proces omvat het creëren van de gewenste vorm uit een zinkblok, staaf, stang of ander werkstuk door materiaal te verwijderen. Afhankelijk van de geometrie en complexiteit worden frezen, draaien, boren, draadsnijden, slijpen en andere processen gebruikt.

Voor CNC-bewerking, moet u eerst een CAD-model maken met behulp van ontwerpsoftware zoals SolidWorks en AutoCAD, gevolgd door de bijbehorende CNC-programmering (G&M-codes). Vervolgens voert de CNC-machine de code uit en regelt de beweging van het gereedschap/werkstuk in een vast pad voor materiaalverwijdering. Dankzij deze automatisering is de productie van nauwkeurige aangepaste onderdelen met toleranties van slechts ±0.01 mm.

Zamak en ZA-legeringen zijn geschikte keuzes voor zinkbewerkingsprojecten omdat ze goed bewerkbaar zijn. Enkele toepassingsvoorbeelden van CNC-bewerkte zinkonderdelen zijn mechanische bussen, elektrische connectoren, sensorbehuizingen en decoratieve afwerkingen. 

Toepassingen van zinkmateriaal 

Toepassingen van zink 

Momenteel wordt bijna de helft van het wereldwijd verbruikte zink gebruikt voor galvanisatie, een proces waarbij een beschermende zinklaag wordt aangebracht op ijzer, staal en andere metalen. Daarnaast worden verschillende zinklegeringen met behulp van diverse productiemethoden verwerkt tot de gewenste onderdelen.

Zink wordt veel toegepast in de medische, elektronica-, automobiel-, architectuur-, bouw- en maritieme industrie. 

1. Galvanisatie

Zink hecht zich sterk aan het substraatmateriaal en vormt zo een dunne corrosiebestendige laag die de levensduur van het product tot wel 50% verlengt. Hiervoor worden methoden zoals thermisch verzinken, elektrolytisch verzinken en thermisch coaten gebruikt. Zo wordt thermisch verzinken bijvoorbeeld gebruikt voor het coaten van constructiebalken, leuningen, mechanische bevestigingsmiddelen en transportbanden.

2. Automobielindustrie 

Over het algemeen worden gietwerk en CNC-bewerking gebruikt om zinken auto-onderdelen te maken. Zinklegeringen worden voornamelijk gebruikt in decoratieve of structurele objecten voor lage tot gemiddelde belasting. 

Legeringen zoals Zamak 3, 5 en 7 worden gegoten of bewerkt tot deurslotbehuizingen in voertuigen, stuurcomponenten, decoratieve afwerkingen, bevestigingsmiddelen en nog veel meer. 

3. Medische industrie 

Zinktoepassingen zijn te vinden in de medische sector, van defibrillatoren tot stethoscopen. Een ander interessant feit is dat het gebruik van zinkelementen ook cruciaal is voor ons immuunsysteem. Bovendien heeft zink gunstige mechanische eigenschappen voor sommige interne fixatie- en stenttoepassingen.

4. Elektronische industrie

Zink wordt gebruikt in energieopslagbatterijen, sensoren en opto-elektronica. Daarnaast worden connectoren, behuizingen, commerciële elektroden en vele andere producten gemaakt met zink. 

5. Architectuur en bouw

Zink wordt gebruikt voor het verzinken van constructiebalken, dakbedekking en architectonische platen. Daarnaast worden producten zoals sierlijsten, gevels, badkamerbeslag en bekledingssystemen met zink geproduceerd. 

6. Maritieme industrie 

Een andere industrie die enorm profiteert van de hoge corrosiebestendigheid van zink is de maritieme industrie. Verschillende soorten scheepsbeslag zijn gecoat met zink om bestand te zijn tegen zware omstandigheden. 

Voordelen en nadelen van zink 

Zin voor- en nadelen 

Zink is een veelzijdig metaal met diverse voordelen, waaronder corrosiebescherming, diverse legeringssamenstellingen, antibacteriële eigenschappen en elektrische geleidbaarheid. Tegelijkertijd zijn er ook enkele beperkingen. Het heeft een lage hardheid, kruipvastheid en smeltpunt, en is in zuivere vorm vrij bros.

Wat zijn de voordelen van zinkmetaal?

• • Corrosiepreventie: Zink voorkomt corrosie van het materiaal door een carbonaat- en oxidefilm op het oppervlak te vormen. 
  • Legeringsopties: Zink kan gemengd worden met koper, aluminium, magnesium en andere metalen om de eigenschappen te verbeteren. Het is flexibel in de legeringssamenstelling. 
  • Uitstekende afwerking: Omdat bewerkte zinkdelen zelf een gladde en mooie esthetiek bieden, krijgt u bij het coaten een scala aan verzinkingskleuren waaruit u kunt kiezen wat u nodig hebt. 

• Antibacterieel: Zink zorgt voor hygiëne en is zelf een antibacterieel metaal. Dit is vooral nuttig in de voedselverwerking en medische toepassingen om de hygiëne en veiligheid te behouden.

• Elektrische geleiding: Zink is een goede elektrische geleider, waardoor het geschikt is voor elektrische verbindingen zoals connectoren en andere soortgelijke zaken.
• Recycleerbaarheid: Zink kan worden gerecycled door het te smelten met een hoog rendement, waardoor het een milieuvriendelijke optie is.

Wat zijn de nadelen van zinkmetaal?

• Laag smeltpunt: Zink heeft een laag smeltpunt en kan niet worden gebruikt in warmtegevoelige toepassingen. 
• broosheid: Zuiver zink is van nature bros en heeft een lage treksterkte.
• Chemische reactiviteit: Zink reageert met zuren en logen en veroorzaakt materiaaldegradatie. Het is daarom niet geschikt voor zure en alkalische omstandigheden. 

Lees verder: Verschil tussen verchromen, verzinken en vernikkelen

Aangepaste zinkonderdelen bij ProleanTech: spuitgieten en CNC-bewerkingsdiensten

We hebben vele soorten en toepassingen van zink besproken, maar u hebt een productiepartner nodig om ruw zinkmateriaal om te zetten in functionele onderdelen en producten. Bij het kiezen van een betrouwbare partner moet u op een aantal criteria letten, zoals productiecapaciteit, branche-ervaring, beschikbaarheid van materialen en budget. 

ProleanTech voldoet mogelijk aan uw criteria qua kwaliteit en kosten bij verschillende leveranciers en fabrikanten. Wij bieden zinkspuitgieten en CNC-bewerkingsdiensten gebaseerd op uw ontwerp. 

Ons team heeft tien jaar ervaring met prototyping en productie voor diverse industrieën. U kunt ondersteuning krijgen, van materiaalkeuze tot nabewerking en de uiteindelijke oppervlaktebehandeling. Upload uw ontwerp en krijgen een offerte voordat u met uw project begint.

Conclusie

Dit artikel bespreekt vele aspecten van zink, van de legeringen tot de toepassingen en productiemethoden. Inzicht in de eigenschappen van zink en de soorten legeringen kan u helpen betere beslissingen te nemen bij de materiaalkeuze en de te gebruiken productiemethode. Uiteindelijk hangt het eindresultaat van het onderdeel of product af van hoe nauwkeurig u de juiste legering, bewerkingsmethode en fabrikant kiest. 

Als u nog meer twijfels hebt over hoe u uw zinkonderdelen efficiënter en kosteneffectiever kunt maken, neem dan contact op met de experts van ProleanTech, waar ter wereld u zich ook bevindt.

Veelgestelde vragen

Wat is zink?

Zink is een bros, corrosiebestendig metaal, aangeduid met “Zn” en staat op de 30e positie van het periodiek systeem.

Waarvoor wordt zinkmetaal gebruikt? 

Zink wordt voornamelijk gebruikt om staal en ijzer te verzinken om corrosie te voorkomen. Verschillende zinklegeringen worden bewerkt of gegoten tot industriële onderdelen.

Waaruit bestaat zink?
Producten die van zink worden gemaakt of zink bevatten, zijn onder andere gegalvaniseerde buizen, goten, dakbedekking, messing fittingen, spuitgietbehuizingen, batterijbehuizingen, opofferingsanodes en decoratief beslag.

Wat is het gemakkelijkste metaal om te smelten?

Van de metalen in vaste toestand (behalve kwik) is cesium het gemakkelijkst te smelten metaal, met een smeltpunt van ongeveer 28.5 °C. Als we kijken naar het alledaagse metaal, is dat zink.