Le zinc est un métal important et polyvalent qui joue un rôle important dans un grand nombre d'applications industrielles, commerciales et biologiques. Le zinc est utilisé dans l'industrie, la construction et les revêtements de protection en raison de sa grande résistance à la corrosion et de son aspect bleu-argenté. L'une de ses propriétés les plus précieuses est sa capacité à former des alliages très solides, notamment avec l'aluminium, le cuivre et le magnésium, dont il améliore considérablement la résistance et la durabilité. Ces caractéristiques rendent le zinc extrêmement adapté aux processus de fabrication tels que le moulage sous pression. Le zinc est également connu comme un matériau spécial dans le contexte de l'industrie automobile, car il n'existe aucun autre matériau présentant de telles propriétés mécaniques et, en même temps, autant d'avantages en termes de fabrication. Il peut être utilisé pour créer des formes très complexes et détaillées avec peu de travail mécanique, ce qui les rend parfaites pour les composants décoratifs et fonctionnels des véhicules. En outre, son faible point de fusion permet de réduire la consommation d'énergie lors de la production, conformément aux objectifs de développement durable. L'importance du zinc s'accroît à mesure que la technologie automobile évolue. La plupart des pièces des systèmes d'avion peuvent désormais être fabriquées à partir de zinc, car il permet une production en grande quantité avec une excellente uniformité des pièces, ce qui en fait un matériau essentiel, non seulement pour les conceptions actuelles des systèmes, mais aussi pour les nouvelles conceptions à venir.

Qu'est-ce que la coulée sous pression du zinc ?

Le moulage sous pression du zinc est un procédé de fabrication de précision qui consiste à injecter de l'alliage de zinc en fusion dans une matrice personnalisée (également appelée moule) sous haute pression pour former des pièces métalliques. Il est normalement utilisé pour la production de composants complexes et détaillés avec des tolérances serrées, des finitions de surface fines et des propriétés mécaniques élevées.

Le moulage sous pression du zinc possède d'excellentes propriétés mécaniques et combine en même temps une grande précision. Il permet la fabrication de pièces complexes, à tolérance étroite, avec des finitions de surface lisses et répond aux exigences de la conception actuelle des véhicules.

Pourquoi le zinc ? Principales propriétés des matériaux

Le zinc est préféré dans le processus de moulage sous pression en raison de plusieurs propriétés uniques.

Haute résistance et ductilité

Parce qu'il est plus résistant que de nombreux autres métaux moulés sous pression, les alliages de zinc sont utilisés dans les applications à parois minces.

Excellente précision dimensionnelle

Le moulage sous pression du zinc est une pièce qui conserve ses formes et ses dimensions avec une grande régularité, ce qui permet de réduire les opérations de post-traitement.

Résistance supérieure à la corrosion

Le zinc est naturellement résistant à la corrosion, en particulier aux revêtements supplémentaires. Cette résistance est cruciale pour les pièces utilisées dans les véhicules en présence de conditions routières et météorologiques défavorables.

Haute fluidité

Le zinc en fusion s'écoule très facilement, et ces pièces aux caractéristiques réduites et aux parois minces ont été coulées avec succès.

Un outillage rentable

La fonderie de zinc bénéficie de matrices à longue durée de vie par rapport à l'aluminium ou au magnésium ; le zinc présente donc plus d'avantages économiques si l'on souhaite produire une grande quantité de pièces.

Recyclabilité

La transition de l'industrie automobile vers une plus grande durabilité signifie également que le zinc est un matériau respectueux de l'environnement qui est 100% recyclable sans perte de propriétés.

Processus de fabrication : Aperçu étape par étape

1. Conception et outillage :

Les logiciels de CAO sont utilisés par les ingénieurs pour concevoir les composants. Ensuite, une matrice en acier de haute précision est fabriquée avec un grand nombre de cavités pour construire plusieurs pièces en un seul cycle.

2. Fusion de l'alliage de zinc :

Le zinc est fondu à une température d'environ 420°C (788°F), moins élevée que celle de l'aluminium et avec des coûts énergétiques nettement inférieurs.

3. Injection :

En général, le zinc fondu est injecté dans la matrice à une pression de 1 500 à 25 000 psi, suffisamment élevée pour que le moule soit rempli rapidement et uniformément.

4. Refroidissement et solidification :

Lorsque l'alliage de zinc entre dans la matrice, il se refroidit et se solidifie rapidement (en quelques secondes).

5. Expulsion :

Des broches d'éjection éjectent ensuite la pièce nouvellement formée de la matrice.

6. Découpage et finition :

La pièce peut faire l'objet d'une finition supplémentaire, telle que l'ébavurage, le polissage, la peinture ou le revêtement, et l'excédent de matière (bavure) est éliminé.

7. Contrôle de la qualité :

Certains composants sont inspectés pour vérifier l'exactitude des dimensions, les défauts de surface et l'intégrité mécanique, comme c'est souvent le cas avec des systèmes automatisés ou des scanners 3D.

Alliages de zinc courants utilisés dans l'industrie automobile

Dans l'industrie automobile, la sélection de l'alliage de zinc approprié est importante car les propriétés de l'alliage jouent un rôle important dans la performance, la fiabilité et la rentabilité. Les fabricants peuvent adapter les matériaux à des applications spécifiques en fonction de l'équilibre entre la résistance, la ductilité, la fluidité et la résistance à la corrosion que les différents alliages ont à offrir dans des mesures variables. Les alliages de zinc les plus couramment utilisés dans le moulage sous pression des automobiles sont indiqués ci-dessous.

1. Alliages de zamak (alliages de zinc et d'aluminium)

Le principal élément d'alliage dans une famille d'alliages de zinc connue sous le nom de zamak est l'aluminium à environ 4%. Le nom vient des noms allemands des métaux utilisés : Zink, Aluminium, Magnésium et Kopper (cuivre).

Zamak 3 :

• C'est l'alliage de zinc le plus utilisé pour le moulage sous pression.
• Offre une excellente stabilité dimensionnelle, un bon état de surface et une bonne aptitude au moulage.
• Ces surfaces sont courantes dans les composants intérieurs tels que les poignées de porte, les boutons et les pièces de garniture.

Zamak 5 :

• Il est légèrement plus cuivré que le Zamak 3 et offre une résistance et une dureté plus élevées.
• Approprié pour les applications sous contrainte mécanique telles que les supports structurels.

Zamak 2 :

• Le plus résistant et le plus dur des alliages de Zamak.
• Il est utilisé dans les systèmes de verrouillage ou les boîtiers d'engrenage où la résistance à l'usure est essentielle.

2. Alliages ZA (zinc-aluminium)

Les alliages ZA (ZA-8, ZA-12, ZA-27) ont une teneur en Al plus élevée que le Zamak, ce qui leur confère une plus grande solidité et une meilleure résistance à l'usure. Ils sont généralement utilisés dans la coulée par gravité, probablement dans certains cas dans la coulée sous pression également.

ZA-8 :

• Contient de l'aluminium 8%.
• Offre une bonne résistance et des propriétés de coulée modérées.
• Convient aux composants structurels des véhicules légers.

ZA-12 et ZA-27 :

• Difficile à couler, mais plus résistant.
• Utilisé dans des applications ou pièces semi-structurelles, où il est soumis à des frottements.

3. ACuZinc5

Il s'agit d'un alliage spécial de zinc-cuivre-aluminium destiné à obtenir les caractéristiques d'aptitude au moulage du Zamak et la résistance des alliages ZA.

• Résistance extrêmement élevée et résistance supérieure à l'usure.
• Utilisé dans les carters d'engrenages, les actionneurs et les liaisons mécaniques dans les systèmes automobiles.
• The change material is ideal for replacing machined bronze and steel in applications where durability is necessary.

4. EZAC (Enhanced Zinc-Aluminum-Copper) (zinc-aluminium-cuivre amélioré)

A relatively new alloy, very high in strength and creep resistance up to elevated temperatures, EZAC is.

• Good for parts that have to hold shape and strength even under the load, for example mounting components or engines.
• It offers twice the strength of Zamak 3, but requires more advanced tooling.

5. Alliages zinc-nickel

Zinc-nickel plate is less common than zinc die casting for these areas, but it is frequently used to improve corrosion resistance (especially salt and moisture) for under the hood or undercarriage parts.

• Choisir le bon alliage
• The selection of zinc alloy depends on several factors
• Mechanical requirements (tensile strength, impact resistance)
• Surface finish needs
• Cost and production volume
• Exposure to environmental stress (heat, corrosion)

For that reason, engineers frequently work with material scientists and suppliers to choose an alloy that is as well suited to the task as cost may permit, meeting both performance and cost constraints.

Rôle de la coulée sous pression du zinc dans l'industrie automobile

Zinc die casting has great importance in automotive manufacture due to high precision, high strength and economical make of small-to medium sized components. This process offers the means to produce complex parts of high precision in a very short time period and is excellent for high volume automotive applications.

Excellent mechanical properties of zinc alloys, such as durability, corrosion resistance, and dimensional stability, are obtained. These are the things that make zinc the best choice for door handles, brackets, locks, emblems, etc., as an auto part. This also provides easy plating or painting since it has a smooth surface finish.

Although zinc is heavier than aluminum or magnesium, it can be competitive for applications where weight is not the highest priority in terms of strength and detail. Due to its low melting point it requires less energy usage and has a long tool life. Zinc also is 100% recyclable, which supports accelerating the automotive industry’s promotion of sustainability.

Zinc die casting is still providing reliable and high-quality solutions for automotive demanding applications as vehicle designs evolve.

Propriétés physiques et chimiques du zinc 

Propriétés physiques du zinc

1. L'apparence :

The thermoelectric bluish silver or grayish metal has a shiny metallic luster when freshly polished.

2. Densité :

Since at room temperature Zinc has a density of about 7.14 g/cm³, it is moderately heavy in comparison with other metals.

3. Point de fusion :

However, at a relatively low temperature of 419.5°C (787°F), zinc is suitable for thermal processes, such as die casting, where low energy consumption is desired.

4. Point d'ébullition :

Zinc boils at 907°C (1665°F).

5. Dureté :

Zinc is about 2.5 on the Mohs scale of hardness, which makes it not too hard compared to steel, but not too soft as pure tin or lead are.

7. Conductivité électrique :

However, while copper and silver are very good conductors of electricity, zinc is not quite as conductive. Because of this property, it is often used in batteries and electroplating.

8. Conductivité thermique :

The moderate thermal conductivity of zinc makes it useful in managing heat, but it is less efficient than aluminum.

9. Malléabilité et ductilité :

Zinc is brittle, and thus can easily break at room temperature. It is however malleable when heated to around 100–150°C (212–302°F), one can easily shape them.

10. Structure cristalline :

In addition binary compounds of zinc are zinc crystallizing in a hexagonal close packed (hcp) structure which affects the mechanical properties especially the brittleness at lower temperatures.

Propriétés chimiques du zinc

1. Réactivité avec l'air :

After coming in contact with air, zinc forms a thin layer of zinc oxide (ZnO) on the surface. Zinc on the top side prevents deeper corrosion and is therefore very resistant to atmospheric oxidation rusting.

2. Réactivité avec les acides :

Dilute acids like the dilute acid hydrochloric acid (HCl) can react easily with zinc to give up hydrogen gas (H₂). Therefore, this property makes zinc useful in galvanization and sacrificial anodes for corrosion protection.

3. Nature amphotère :

Zinc is amphoteric, and can be acted upon by both acids and powerful bases. For example it reacts with sodium hydroxide (NaOH) to give sodium zincate.

4. Formation d'alliages :

Zinc readily alloys with several metals, including copper, to produce brass, aluminum, magnesium, and many other metals.

5. États d'oxydation :

The +2 (Zn²⁺) oxidation state of zinc is the most common. This oxidation state is combined with zinc compounds such as zinc oxide (ZnO) and zinc sulphate (ZnSO₄).

6. Résistance à l'eau :

Pure water does not react with zinc at room temperature, but at higher temperatures, zinc can react with it, slowly forming hydrogen gas and zinc oxide.

7. Activité galvanique :

The anode material, zinc, is very effective because it readily loses electrons in galvanic cells (batteries).

Zinc et autres matériaux dans les applications automobiles

Unlike aluminum, magnesium, plastic or steel, zinc die casting has several advantages. Zinc shines for its key performance and cost in automotive design, and while each material may have its place in automotive design, zinc is particularly effective in those parameters.

Zinc ou aluminium :

In a form that is often selected for its light weight, aluminum is too weak and too soft at low thicknesses compared with zinc. Additionally, zinc provides better dimensional stability and additional complex geometries don’t require extensive machining. Tooling for this kind of casting also tends to last for longer periods, so it means that long term production costs are lower.

Zinc vs Magnésium :

Zinc is lighter than magnesium but is more expensive when bought without special coating. However, zinc alloys offer excellent corrosion resistance and do not require any additional surface treatments to make them resistant in most environments. Also, casting zinc provides better casting precision and finish.

Zinc ou plastique :

However, plastic is lightweight, inexpensive, but comparatively weaker, does not withstand temperatures very well and is less durable than metal. Zinc components withstanding wear, impact or load bear are a solid alternative when structural integrity, lifespan and resistance to damage from impact or wear are important, in particular where movement or load carrying is involved.

Zinc ou acier :

Steel is a good material that is strong and is quite commonly used in structural applications, but it is much heavier, and in many cases, more costly to form into ornery shapes. Zinc die casting, because it produces near net shape parts with minimal post processing, is well suited in cases where small and medium sized components are to be produced.

In general, zinc provides a good balance between mechanical strength, cost, formability, and surface finish and is therefore an excellent material for automotive parts regardless of their function.

Tableau récapitulatif des principales propriétés du zinc

Applications de la coulée sous pression du zinc dans la construction automobile

A wide range of components for vehicles can be processed via zinc die casting. Some of which are most common, such as:-

1. Composants intérieurs :

• Poignées de porte
• Seat belt hardware
• Dashboard control levers
• HVAC knobs and switches

The components in these are high precision, tactile feel needs to be good, and the fit has to be a great finish. The ability of zinc to provide fine surface detail and dimensional accuracy is suited for these parts that are visible and used frequently.

2. Composants extérieurs :

• Emblems and logos
• Door and trunk locks
• Mirror brackets
• Wiper system components

Since noise, however, often indicates the cause of noise and the location of its cause is not as important as the noise itself, corrosion resistance and strength are used for use after environmental exposure and give appearance and function.

3. Composants sous le capot :

• Carburetor parts
• Fuel system parts
• Valve bodies
• Timing belt covers

Both thermal stability, strength and wear resistance are essential for these parts. Complex geometries, high precision tolerances and fluid engine system applications are achieved through zinc die casting.

4. Parties structurelles :

• Supports
• Mounting plates
• Chassis supports (in smaller vehicles)

Although not used for primary load bearing structures, zinc components have stiffness and reliable mechanical properties that make them useful in supporting frames and assemblies.

Zinc’s flexibility meets decoratively and functionally said requirements in all classes of vehicles. Because of its capacity to cut post-processing, EMI shielding, and component consolidation, zinc die casting extends to more and more electric and conventional platforms.

Avantages de la coulée sous pression par rapport aux autres matériaux de coulée sous pression

Although aluminum and magnesium have also been used in the automotive sector, zinc has an advantage:

It is easy to see that for small to medium sized components in which precision and strength are of great importance, zinc die casting is a very good option.

Les défis de la coulée sous pression du zinc

Zinc die casting has some disadvantages:

Poids :

Zinc is too heavy to use in electric vehicle chassis and other applications where weight reduction is critical because it’s heavier than aluminum or magnesium.

Propriétés thermiques : 

Thermal conductivity of zinc is lower than that of aluminum, so it is not suitable for heat dissipation parts like engine radiators.

Limites de taille :

For example, the tools cannot be used to cast very large components, and solidification defects can occur.

Yes, given intelligent engineering and hybrid material design, most of these challenges can be addressed.

Facteurs environnementaux et de durabilité

Zinc die casting stands out because the global automotive industry leans towards greener practices.

100% Recyclabilité :

Zinc casting scraps are collected and reworked without any degradation.

Efficacité énergétique :

Since aluminium has a much higher melting temperature, the energy consumption is significantly lower than with aluminium.

Longue durée de vie de l'outil : 

It lengthens the die life, lessening the frequency of tool replacement, which means less waste and time without production.

As a result, companies working towards meeting more rigorous environmental regulations are drawn to zinc as it is an excellent option that won’t compromise quality or performance.

Innovations et tendances futures

Technologie des parois minces :

Dies that have been advanced, and more fluid zinc alloys, have now enabled parts with extremely thin walls, reducing weight without losing strength.

Assemblages hybrides : 

Also, zinc parts are being used more and more in combination with plastics or other metals for multifunctional parts.

Véhicules électriques (VE) : 

EVs need compact and robust components for battery housings, control systems, and connectors, and zinc is showing promise because of its precision and as an EMI (electromagnetic interference) shielding metal.

L'outillage intelligent : 

In mass production, the use of AI and machine learning for die maintenance also helps to reduce the die life and defects.

Conclusion

Moulage sous pression du zinc is more than a manufacturing method; it’s a winning strategy to achieve the competitive automotive edge. It presents a combination that is optimal regarding mechanical strength, design flexibility, cost efficiency, and sustainability. Since vehicles are moving towards becoming lighter, more environmentally friendly, and more sophisticated, zinc die casting has an important role to carry it forward as the next generation of automotive components. Zinc has huge use from small interior knobs to powerful under hood structures in automotive manufacturing. Once innovations continue to refine their application, the years ahead will deliver even wider adoption on conventional, hybrid, and electric vehicle platforms.