يستخدم الصب بالقالب عالي الضغط الزنك لصنع أجزاء قوية. من السهل تشكيل سبائك الزنك في هذه العملية. وهذا يصنع الكثير من الأجزاء بسرعة وبتكلفة زهيدة. أجزاء الزنك المصنوعة بهذه الطريقة قوية وتدوم لفترة طويلة.

تشارك هذه المقالة العديد من الفوائد المثبتة لاستخدام سبائك الزنك في HPDC. مما يجعلها بالتالي خيارًا شائعًا لكل الصناعات تقريبًا.

ما هي سبائك الزنك؟ تعريف سبائك الزنك

تتكون سبائك الزنك في معظمها من الزنك، ولكنها تحتوي أيضًا على كميات صغيرة من معادن أخرى مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس المخلوط بها. هذه الإضافات تجعل الزنك أقوى وأكثر مرونة وأقل عرضة للصدأ. على سبيل المثال، إضافة الألومنيوم يجعل الزنك أكثر صلابة، بينما يساعد المغنيسيوم على مقاومة الانحناء بمرور الوقت. تأتي هذه المعلومات من الدراسات العلمية وتقارير الصناعة.

فوائد سبائك الزنك في الصب بالقالب عالي الضغط

مقارنة القوة والكثافة

تمنحك معظم سبائك الزنك أفضل قوة. فهي تصنع أجزاء خفيفة الوزن عن طريق الصب بالقالب عالي الضغط. تشمل الخيارات القياسية ما يلي:

• يوفر زاماك 3 قوة شد تصل إلى 268 ميجا باسكال مع حجم كثافة 6.6 جم/سم مكعب
• تبلغ قوة الشد المتوفرة في زاماك 5 الشد 331 ميجا باسكال مع كتلة حجمها 6.6 جم/سم مكعب
• يوفر Zamak 2 قوة شد تبلغ 400 ميجا باسكال إلى جانب كثافة تبلغ 7 جم/سم مكعب.

تأثير إضافة المغنيسيوم (Mg)

يزيد تركيب المغنيسيوم (Mg) مع سبائك الزنك من قوة الشد. على سبيل المثال، توفر إضافة 0.02% Mg إلى الزنك قوة شد تبلغ 268 ميجا باسكال.

وفي الوقت نفسه، تؤدي زيادة كمية الملغم إلى 0.08% أيضًا إلى زيادة قوة الشد حتى 310 ميجا باسكال. وعلى الرغم من ذلك، فإن استخدام المزيد من محتوى المغنيسيوم في الزنك يقلل من الاستطالة. وهذا يعني أن المعدن يمكن أن يكون أقوى ولكنه لا يوفر الكثير من المرونة.

البنية المجهرية والتطبيق

عندما تضيف المغنيسيوم المغنيسيوم إلى الزنك، فإنه يشد بنيته المجهرية. هذا لأنه يشكل حبيبات دقيقة ومراحل صلبة مثل η و ε. كل هذه التغييرات تزيد أيضًا من قوة الزنك الكلية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الجمع بين كمية منخفضة جدًا من النحاس (Cu) إلى تحسين الصلابة. على سبيل المثال، يحصل زاماك 5 مع 1% Cu على صلابة برينل تبلغ 82 HB.

مقاومة الصدمات وقوة التآكل

كما تعلم، لا يعطي الزنك قوة شد أعلى فحسب، بل يقاوم الصدمات أيضًا. على سبيل المثال، يتميز زاماك 2 بقوة صدم تبلغ 43 جول/متر، وهو ما يناسب إلى حد ما الأجزاء المعرضة لقوى غير متوقعة.

وبالإضافة إلى ذلك، يزيد وضع طلاء (TiN أو النيكل) على سبائك الزنك من مقاومة التآكل. ومن ثم تعمل هذه السبائك المطلية بشكل أفضل مع الأجزاء عالية الاحتكاك. على سبيل المثال، الوصلات الميكانيكية وآليات القفل.

انخفاض نقطة الانصهار وتحسين التدفق

تتميز سبائك الزنك بدرجات انصهار أقل (385 درجة مئوية) مقارنةً بالألومنيوم (660 درجة مئوية). فهي تذوب بسهولة وتتدفق بالتساوي في القالب. وعادةً ما تتراوح درجة حرارة القالب أثناء عملية الحقن بالزنك في قالب HPDC بين 150-200 درجة مئوية. يستخدم ضغط حقن يتراوح بين 500 و1500 بار.

دقة عالية وثبات في الأبعاد

وعادةً ما تقدم سبائك الزنك مخرجات محددة بدقة مع تفاوتات تفاوت تبلغ ± 0.05 مم. مستوى التفاوت هذا أفضل من الألومنيوم (± 0.1 مم).

The improvement in accuracy also depends on the alloy’s high fluidity and low melting point. This is why zinc is definitely suitable for making fine, detailed parts of electrical connectors and camera housings.

الحد من العيوب وتحسين ملء القوالب

من بين سبائك الزنك الأخرى، يمكن لـ Zamak 3 ملء الأجزاء الداخلية الرقيقة للقالب بسلاسة. فهي تصنع عيوبًا أقل، مثل الشقوق. لذلك، يمكنك استخدامها لصنع أجزاء لا يجب أن تكون متنوعة وتحتوي على أشكال دقيقة.

مقاومة فائقة للتآكل

يمنع زاماك 3 و5 التآكل أو الصدأ بشكل مثير للإعجاب. على سبيل المثال، أثناء اختبارات رش الملح (ASTM B117)، تظهر هذه المواد معدل تآكل أفضل 3 مرات بمعدل تآكل أقل من 0.1 مم/سنة مقارنةً بالألومنيوم

تشكيل الطبقة الواقية

تشكّل سبائك الزنك طبقة واقية طبيعية (كربونات الزنك وأكسيد الزنك) تسمى الزنجار أو التخميل. تقاوم هذه الطبقات تأثيرات الماء أو التربة أو الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك زيادة قدرتها على الحماية من خلال إضافة الألومنيوم 4% فقط.

طلاءات إضافية لقوة التحمل

كما تعلم، تتعرض تركيبات الحمام للماء أو الصابون بشكل متكرر. في هذه الحالة، تلعب الطلاءات مثل الطلاء والكروماتين دورًا رئيسيًا. فهي تزيد من متانة الزنك.

إنتاج أسرع

يبرد الزنك المنصهر في القوالب بسرعة 30-50% أسرع من الألومنيوم، ويتحول إلى شكل صافي. فهي تستغرق تبريدًا أقل وتزيد من معدلات الإنتاج.

تشطيب سطحي فائق وتصنيع مخفض للقطع

ينتج عن استخدام الزنك في HPDC تشطيبات سطحية فائقة (Ra 0.4-0.8 ميكرومتر). يتيح لك ذلك أيضًا تخطي المعالجات السطحية الإضافية.

يمكن لهذه السبائك تكرار تفاصيل دقيقة للغاية (0.025 مم). وهذا يعني أنها مثالية للشعارات والفتحات الرفيعة والمشاريع التزيينية التي تحتاج إلى وقت أقل للمطابقة.

توصيل كهربائي وحراري محسّن

تمنحك سبائك الزنك 27% IACS الموصلية الكهربائية. إن موصلية حرارية تبلغ 113 واط/م-ك كافية للدفاع ضد الحرارة الشديدة. وهذا مهم للمبيتات الإلكترونية والمشتتات الحرارية.

قوة إجهاد عالية للمكونات المتحركة

فيما يتعلق بالإجهاد المتكرر، فإن قوة إجهاد الزنك التي تتراوح بين 35-70 ميجا باسكال تتعامل معها بشكل أفضل. هذه الخاصية مثالية بشكل أساسي للمفصلات والأقفال والروابط الميكانيكية.

مزايا سبائك الزنك من حيث التكلفة

In the case of affordability, zinc alloys lead because of their lower processing costs than aluminum. Let’s break it down in the following:

• يمكن أن تختلف تكلفة سبائك الزنك في كل منطقة؛ ومع ذلك، فهي تتراوح عادةً بين $3/كجم (مقابل $4.5T4.5/كجم للألومنيوم).
• كما أن تكلفة الأدوات 20% أرخص أيضًا بسبب قابلية الزنك للاستمرار بشكل أفضل من قوالب الألومنيوم.
• تستخدم طاقة أقل (30% أقل) بسبب انخفاض درجة انصهارها.

الاستدامة والفوائد البيئية

يمكنك إعادة استخدام منتجات الزنك عن طريق إعادة تدويرها والحصول على محتوى 90%. وبالنسبة لهذه العملية، يستهلك الزنك طاقة أقل بمقدار 75% ويمكنه إنتاج مواد جديدة. كما تُظهر الدراسات أن صب الزنك بالقالب يقلل بشكل فعال من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

استخدامات سبائك الزنك في مركز تنمية عالي الكثافة في HPDC

1. السيارات: قطع غيار دقيقة لأداء أفضل

تستخدم صناعة السيارات سبائك الزنك، خاصةً سبائك الزنك المصنوعة من الزنك 5 مع 1% Cu، لصناعة أغطية المكربن ومضخات الوقود وأجسام الخانق.

ويفضلون هذا الخيار بسبب قوة الشد العالية وقدرته على إيقاف التآكل. وهذا يعني بالتالي قدرة الأجزاء على تحمل حرارة المحرك والاهتزازات. تقلل هذه السبائك أيضاً من وزن المنتج وتحسن كفاءة استهلاك الوقود.

بالنظر إلى الصورة، ستكتشف مدى أهمية صب الزنك في مكونات السيارات.

يُظهر أنه يمكنك إنتاج مجموعة متنوعة من الأجزاء صعبة الشكل. على سبيل المثال، التروس والرافعات والهيكل الهيكلي. كما يوضح الجزء الداخلي للباب من الداخل الجودة التنفيذية والتشطيبات.

2. الفضاء الجوي: مكونات خفيفة الوزن وموثوقة

ينتج عن استخدام Zamak 2 مع قوالب Zamak 2 مع قوالب Mg 0.1% أقواس طائرات ومبيتات أقمار صناعية استثنائية.

تمنع هذه المعادن الزحف، وتحافظ على شكلها الفعلي تحت الضغط الكامل. كما أن كثافتها المنخفضة (6.6 جم/سم مكعب) تساعد في تقليل وزن الجزء وتوفر السلامة الهيكلية.

3. الهيكل: أجهزة متينة للاستخدام اليومي

يعمل خيار Zamak 3 بشكل جيد لصنع تصاميم مختلفة لمقابض الأبواب والأقفال وتجهيزات السقف. فهي تتيح لك إمكانية صبها بسهولة لصنع أشكال معقدة للغاية وبأسعار مناسبة من حيث التكلفة.

علاوة على ذلك، فإن زاماك 3 يقاوم التآكل بشكل ممتاز. ولهذا السبب يمكن استخدامها للتطبيقات الخارجية أيضاً.

4. السلع الاستهلاكية: تصاميم أنيقة وقوية

يستخدم المصنعون Zamak 5 لصنع تروس الأجهزة ومفصلات الأثاث والزخارف الزخرفية. ويمكن أن يؤدي استخدام هذه السبائك في عملية HDPC إلى تحسين جودة المخرجات وتشطيب سطحها.

يمكن لهذه الأجزاء الاحتفاظ بالتفاصيل الدقيقة. وكذلك، فيما يتعلق بالمعايير الجمالية، يخلق الزنك مظهراً جميلاً ويعمل بشكل جيد.

التحديات والتوجهات المستقبلية

حدود درجة الحرارة في الصب بالقالب

تذوب سبائك الزنك بسرعة كبيرة، وعادةً ما تتراوح درجة حرارتها بين 385-430 درجة مئوية. وهذا هو السبب في عدم استخدامها في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية التي تزيد عن 150 درجة مئوية.

وعلاوةً على ذلك، يمكن أن تلتصق بأسطح القوالب، وتتسبب في تآكل القالب تحت درجات حرارة الصب العالية.

عند هذه النقطة، يمكنك وضع طلاء على القوالب أو استخدام أنظمة تبريد أفضل لإيقاف هذه المشاكل.

على سبيل المثال، يوضح هذا الرسم البياني درجات حرارة القالب في HPDC للزنك. يمكنك أن ترى أن القالب المسخن مسبقًا (180 درجة مئوية) يصل بسرعة إلى درجة حرارة مستقرة مقارنة بالقالب البارد (30 درجة مئوية). تؤثر درجات الحرارة هذه أيضًا على أزمنة الدورات وجودة الصب.

مخاطر الأكسدة وحلولها

لا يتحمل الزنك درجات حرارة أعلى؛ لقد اكتشفت ذلك سابقًا. ولكن ماذا يحدث عندما تقوم بتسخينه فوق 400 درجة مئوية؟ في الأساس، ينتج الزنك أكسيد الزنك (ZnO)، مما يضعف التصنيع.

يمكن أن تؤدي هذه الانبعاثات حقًا إلى زيادة المسامية والعيوب السطحية. ولذلك، يجب استخدام التدريع بغاز الأرجون أو الصب بالقالب بالتفريغ. ستزيل هذه التقنيات الأكسجين أثناء الصب وتقلل من مخاطر الأكسدة.

أبحاث لتحسين سبائك الزنك

يتطلع العلماء إلى تحسين قدرات سبائك الزنك. وهم يختبرون نتائجهم بإضافة عناصر ترابية أخرى مثل التيتانيوم (Ti) والحديد (Fe)، إلخ. على سبيل المثال، يمكن أن تتحمل سبائك الزنك-تي Ti درجات حرارة أعلى بشكل أفضل، تصل إلى 200 درجة مئوية.

وعلاوة على ذلك، تساعد التطورات في ماكينات الصب بالقالب أيضًا في تقليل العيوب من خلال تضمينها وظيفة مستشعرات الضغط في الوقت الحقيقي.

تُظهر البنية المجهرية لسبيكة Zn-1Fe-1Mg في الصورة جوانبها المتغيرة المختلفة. على سبيل المثال، يكشف القسم (أ) عن بنية مجهرية مصبوبة مع أطوار موسومة من الزنك والحديد والزنك 13 والمغنيسيوم 2 والزنك 11.

وبالمثل، يشير القسم (ب) إلى بنية مجهرية متجانسة تحتوي على توزيع أفضل من Mg2Zn11

يعرض الجزء C أنماط XRD. يقارن هذا النمط بين العينات المصبوبة والمجانسة. وذلك لتأكيد وجود الأطوار الإشارية.

الزنك في التقنيات الناشئة

يستكشف المصنعون قدرات سبائك الزنك، ويتحققون منها في السيارات الكهربائية. وعلى وجه الخصوص، يصنعون مبيت البطارية خفيف الوزن وأجزاء المحرك بها. يكتشفون ملاءمة الزنك بسبب توصيله الكهربائي الجيد والوقاية من التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي.

بالإضافة إلى ذلك، يتيح لهم دمج التصنيع المضاف (الطباعة ثلاثية الأبعاد) في عملية HPDC الخاصة بهم إنشاء أجسام بنجاح من خلال تشكيل طبقات من المواد.

المشاريع الجارية

تجري جامعة ميشيغان وشركات السيارات العديد من الدراسات. وهم يحاولون اكتشاف أفضل وظائف مركبات الزنك والألومنيوم في مكونات المحرك.

كما أن معظم المعاهد، مثل معهد معهد فراونهوفر (ألمانيا), تركز على تطوير الصب بالقالب عالي السرعة. وبالتالي يصبح إنتاج أجزاء الزنك أسرع من الطرق التقليدية.

الخلاصة:

توفر سبائك الزنك في الصب بالقالب عالي الضغط (HPDC) العديد من المزايا. ويشمل ذلك الإنتاج الأسرع، والقوة العالية، والتشطيب السطحي الجيد، والدقة، وما إلى ذلك. تستخدم هذه السبائك طاقة أقل وتنتج قطعًا مثالية لتطبيقات السيارات والإلكترونيات والتطبيقات الصناعية.

لأن كل صناعة تحتاج إلى نوع من المواد الخاصة. التي يمكن أن توفر لهم الأجزاء المطلوبة والمتانة والكفاءة. لذلك، يواصل الباحثون اكتشاف سبائك الزنك لإثبات قيمتها.

بالنسبة لقالب الصب بالقالب عالي الضغط من سبائك الزنك، تُعد شركة Alu Die Casting واحدة من شركات الصب بالقالب ذات السمعة الطيبة. لدينا خبرة واسعة في صب الزنك بالقالبولديها تقييمات جيدة من العملاء، وشهادات مثل ISO 9001. تقدم شركتنا أسعارًا معقولة، ومهل زمنية جيدة، وخبرة في سبائك الزنك المحددة. اتصل بنا على info@aludiecasting.com