亜鉛は多目的で重要な金属であり、幅広い工業、商業、生物学的用途において重要な役割を担っている。亜鉛はその高い耐食性と青みがかった銀色の外観から、工業用、建築用、保護塗料用として使用されています。その最も貴重な特性のひとつは、特にアルミニウム、銅、マグネシウムと非常に強い合金を形成する能力で、強度と耐久性を大幅に向上させます。ダイカスト鋳造のような製造工程に関しては、これらの特性により亜鉛は非常に適しています。このような機械的特性を持ち、同時に多くの製造上の利点を持つ材料は他にないからです。機械加工をほとんど必要とせず、非常に複雑で詳細な形状を作ることができるため、装飾的な車両部品にも機能的な車両部品にも最適です。さらに、融点が低いため、世界的な持続可能性の目標に従って、製造時のエネルギー使用量を少なくすることができる。自動車技術の進化に伴い、亜鉛の重要性は増している。現在、航空機のシステム部品のほとんどは、亜鉛で製造することができます。なぜなら、亜鉛は部品の一貫性に優れ、大量生産に対応しているからです。

亜鉛ダイカストとは？

亜鉛ダイカストは、溶融亜鉛合金をカスタム金型（金型とも呼ばれる）に高圧で注入し、金属部品を形成する精密製造プロセスです。通常、厳しい公差、精巧な表面仕上げ、高い機械的特性を持つ複雑で詳細な部品の製造に使用されます。

亜鉛ダイカストは優れた機械的特性を持ち、同時に高い精度を兼ね備えています。滑らかな表面仕上げを持つ複雑で公差の小さい部品の製造を可能にし、現在の車両設計の要件に有用です。

なぜ亜鉛なのか？ 主要材料特性

いくつかのユニークな特性から、ダイカストプロセスでは亜鉛が好まれる。

高い強度と延性

ダイカスト鋳造される他の多くの金属よりも強度が高いため、薄肉用途では亜鉛合金が使用される。

優れた寸法精度

亜鉛ダイカストは、後加工の手間を省くことができる一貫性のある形状やサイズを維持する部品です。

優れた耐食性

亜鉛はもともと耐食性に優れており、コーティングを施すことで耐食性を高めることができる。これは、道路や天候の不運な状況下で車両に使用される部品にとって非常に重要です。

高い流動性

溶融亜鉛は非常に流れやすく、小さな特徴や薄い壁を持つこれらの部品はうまく鋳造できた。

費用対効果の高い金型

亜鉛鋳造は、アルミニウムやマグネシウムに比べて金型の寿命が長いという利点があります。したがって、大量生産が必要な場合は、亜鉛の方が経済的なメリットがあります。

リサイクル性

自動車産業がより持続可能な社会へと移行していることは、亜鉛が100%の特性を損なうことなくリサイクル可能な、環境に配慮した材料であることも意味している。

製造工程：ステップごとの概要

1.設計と金型：

CADソフトウェアは、エンジニアがコンポーネントを設計するために使用されます。 次に、1サイクルで複数の部品を作るために、多数のキャビティを持つ高精度のスチール金型を製造する。

2. 亜鉛合金を溶かす：

亜鉛の溶融温度は約420℃で、アルミニウムよりも低く、エネルギーコストもかなり低い。

3.注射：

通常、溶融亜鉛は1,500～25,000psiの高圧で金型に注入され、金型への充填が迅速かつ均一に行われる。

4.冷却と凝固：

亜鉛合金が金型に入ると、急速に冷えて固化する（数秒）。

5.退場：

その後、エジェクターピンが新しく成形された部品を金型から排出する。

6.トリミングと仕上げ：

部品は、バリ取り、研磨、塗装、コーティングなどの追加仕上げが施され、余分な材料（フラッシュ）が除去される。

7.品質管理：

一部の部品は、自動化システムや3Dスキャナーでよく行われるように、寸法精度、表面欠陥、機械的完全性を検査する。

自動車産業で使用される一般的な亜鉛合金

自動車産業では、合金の特性が適切な性能、信頼性、適切なコスト効率のために重要な役割を果たすため、適切な亜鉛合金の選択は重要です。製造業者は、様々な合金の強度、延性、流動性、耐食性をどのようなバランスで提供するかによって、特定の用途に材料を適合させることができます。自動車ダイカストで最も一般的に使用される亜鉛合金を以下に示します。

1.ザマック合金（亜鉛アルミニウム合金）

ザマックとして知られる亜鉛合金の主な合金元素は、約4%のアルミニウムである。この名前は、使用されている金属のドイツ語名に由来しています：ジンク、アルミニウム、マグネシウム、コッパー（銅）。

ザマック3

• ダイカスト用として最も広く使用されている亜鉛合金である。
• 優れた寸法安定性、良好な表面仕上げ、鋳造性を持つ。
• これらの表面は、ドアハンドル、ノブ、トリム部品などの内装部品によく見られる。

ザマック5

• ザマック3よりわずかに銅が多く、強度と硬度が高い。
• 構造用ブラケットのような機械的応力のかかる用途に適している。

ザマック2

• ザマック合金の中で最も強く硬い。
• これは、耐摩耗性が重要なロックシステムやギアハウジングに使用される。

2.ZA合金（亜鉛アルミニウム合金）

ZA合金（ZA-8、ZA-12、ZA-27）は、ザマックよりもAl含有量が多く、強度と耐摩耗性が高い。一般に重力鋳造に使用され、ダイカストにも使用される場合がある。

ZA-8：

• 8%アルミニウムを使用。
• 優れた強度と適度な鋳造特性を持つ。
• 軽量車両の構造部品に適している。

ZA-12とZA-27：

• 鋳造は難しいが、強度は高い。
• 摩擦を受ける半構造用途や部品に使用される。

3.ACuZinc5

ザマックの鋳造性とZA合金の強度の特性を得ることを目的とした特殊な亜鉛銅アルミニウム合金である。

• 極めて高い強度と優れた耐摩耗性。
• 自動車システムのギアハウジング、アクチュエーター、メカニカルリンケージに適用。
• この変更材料は、耐久性が必要とされる用途で、機械加工された青銅や鋼の代わりに使用するのに理想的です。

4.EZAC（強化亜鉛-アルミニウム-銅）

比較的新しい合金で、高温まで非常に高い強度と耐クリープ性を持つ。

• 取り付け部品やエンジンなど、荷重がかかっても形状や強度を保持しなければならない部品に適している。
• ザマック3の2倍の強度を持つが、より高度な工具を必要とする。

5.亜鉛-ニッケル合金

亜鉛-ニッケルメッキは、亜鉛ダイカストよりも一般的ではありませんが、ボンネットや足回りの部品の耐食性（特に塩分や水分）を向上させるために頻繁に使用されます。

• 正しい合金の選択
• 亜鉛合金の選択はいくつかの要因によって決まる。
• 機械的要件（引張強度、耐衝撃性）
• 表面仕上げの必要性
• コストと生産量
• 環境ストレスへの暴露（熱、腐食）

そのため、エンジニアは材料科学者やサプライヤーと協力して、性能とコストの両方の制約を満たしながら、コストが許す限り作業に適した合金を選択することが多い。

自動車産業における亜鉛ダイカストの役割

亜鉛ダイカスト鋳造は、高精度、高強度、経済的な小型から中型部品のため、自動車製造において非常に重要です。このプロセスは、高精度の複雑な部品を非常に短時間で製造する手段を提供し、大量の自動車用途に優れています。

耐久性、耐食性、寸法安定性など、亜鉛合金の優れた機械的特性が得られます。これらのことから、ドアハンドル、ブラケット、ロック、エンブレムなどの自動車部品として亜鉛が最適です。また、表面が滑らかなため、メッキや塗装が容易です。

亜鉛はアルミニウムやマグネシウムよりも重いが、強度や細部の点で重量が最優先されない用途では競争力を発揮する。融点が低いため、エネルギー使用量が少なくて済み、工具寿命も長い。また、亜鉛は100%リサイクルが可能であり、自動車産業の持続可能性の促進をサポートしています。

亜鉛ダイカスト鋳造は、自動車の設計が進化するにつれて、自動車に要求される用途に信頼性の高い高品質のソリューションを提供し続けています。

亜鉛の物理的・化学的性質 

亜鉛の物理的性質

1.外観：

サーモエレクトリックの青みがかった銀色や灰色がかった金属は、磨きたてはピカピカの金属光沢を放っている。

2. 密度：

室温での亜鉛の密度は約7.14g/cm³であるため、他の金属と比べると中程度の重さである。

3.融点：

しかし、419.5℃（787°F）という比較的低い温度では、亜鉛はダイカスト鋳造のような低エネルギー消費が望まれる熱工程に適している。

4.沸点：

亜鉛は907℃で沸騰する。

5.硬度：

亜鉛のモース硬度は約2.5で、鋼鉄に比べれば硬すぎず、純粋なスズや鉛のように柔らかすぎない。

7.電気伝導率：

しかし、銅や銀が非常に優れた電気伝導性を持つのに対し、亜鉛はそれほどの伝導性はない。この性質から、亜鉛は電池や電気めっきによく使われる。

8.熱伝導率：

亜鉛の適度な熱伝導率は熱管理に役立つが、アルミニウムに比べると効率は劣る。

9.可鍛性と延性：

亜鉛は脆いため、常温では簡単に割れてしまう。しかし、100～150℃（212～302°F）程度に加熱すると可鍛性になり、簡単に成形することができる。

10.結晶構造：

さらに、亜鉛の二元化合物は六方最密充填（hcp）構造で結晶化するため、機械的特性、特に低温での脆性に影響を与える。

亜鉛の化学的性質

1.空気との反応性：

空気と接触した亜鉛は、表面に酸化亜鉛（ZnO）の薄い層を形成します。上面の亜鉛はより深い腐食を防ぐため、大気酸化による錆に非常に強い。

2.酸との反応性：

塩酸（HCl）のような希薄な酸は、亜鉛と容易に反応して水素ガス（H₂）を発生させることができる。そのため、この性質により亜鉛は亜鉛めっきや防食用の犠牲陽極に有用である。

3.両性具有：

亜鉛は両性で、酸にも強力な塩基にも作用する。例えば、水酸化ナトリウム（NaOH）と反応して亜鉛酸ナトリウムを生成する。

4.合金の形成：

亜鉛は銅を含むいくつかの金属と容易に合金化し、真鍮、アルミニウム、マグネシウム、その他多くの金属を作り出す。

5.酸化状態：

亜鉛の＋2（Zn²⁺）酸化状態が最も一般的である。この酸化状態は、酸化亜鉛（ZnO）や硫酸亜鉛（ZnSO₄）のような亜鉛化合物と組み合わされる。

6.耐水性：

純粋な水は室温では亜鉛と反応しないが、高温では亜鉛と反応し、水素ガスと酸化亜鉛をゆっくりと形成する。

7.ガルバニック活性：

陽極材料の亜鉛は、ガルバニ電池（バッテリー）の中で容易に電子を失うため、非常に効果的である。

自動車用途における亜鉛と他の材料との比較

アルミニウム、マグネシウム、プラスチック、スチールとは異なり、亜鉛ダイカストにはいくつかの利点があります。亜鉛は自動車設計においてその主要な性能とコストで輝きを放ちます。自動車設計にはそれぞれの材料が適しているかもしれませんが、亜鉛はこれらのパラメーターにおいて特に効果的です。

亜鉛対アルミニウム：

軽量であるために選択されることが多いアルミニウムは、亜鉛と比較すると、厚みが薄い場合には弱く、柔らかすぎます。加えて、亜鉛は寸法安定性に優れ、複雑な形状でも大がかりな機械加工を必要としません。また、この種の鋳造用の金型は長持ちする傾向があるため、長期的な製造コストが低くなります。

亜鉛とマグネシウムの比較

亜鉛はマグネシウムよりも軽いが、特別なコーティングを施さずに購入すると割高になる。しかし、亜鉛合金は耐食性に優れ、ほとんどの環境で耐性を持たせるために追加の表面処理を必要としません。また、亜鉛を鋳造することで、より優れた鋳造精度と仕上がりが得られます。

亜鉛対プラスチック：

しかし、プラスチックは軽量で安価ですが、比較的弱く、温度にあまり耐えられず、金属よりも耐久性に劣ります。耐摩耗性、耐衝撃性、耐荷重性に優れた亜鉛製部品は、構造的完全性、寿命、衝撃や摩耗による損傷への耐性が重要な場合、特に移動や荷重移動が伴う場合には、確かな選択肢となります。

亜鉛対スチール：

鋼は強度が高く、構造用途によく使われる良い材料ですが、はるかに重く、多くの場合、いびつな形状に成形するにはコストがかかります。亜鉛ダイカストは、後加工を最小限に抑えて正味の形状に近い部品を作ることができるため、中小サイズの部品を製造する場合に適しています。

一般的に、亜鉛は機械的強度、コスト、成形性、表面仕上げのバランスが良く、機能に関わらず自動車部品の材料として優れています。

亜鉛の主要特性の概要表

自動車製造における亜鉛ダイカストの用途

亜鉛ダイカスト鋳造では、様々な自動車部品を加工することができます。最も一般的なものには次のようなものがあります。

1.内装部品：

• ドアハンドル
• シートベルト金具
• ダッシュボード・コントロール・レバー
• HVACのノブとスイッチ

これらの部品は高精度で、触感も良く、フィット感も素晴らしい仕上がりでなければなりません。亜鉛の表面ディテールと寸法精度の高さは、人目に触れ、頻繁に使用されるこれらの部品に適しています。

2.外装部品：

• エンブレムとロゴ
• ドアロックとトランクロック
• ミラーブラケット
• ワイパーシステム部品

しかし、ノイズは多くの場合、ノイズの原因を示し、その原因の場所はノイズ自体ほど重要ではないため、耐食性と強度は、環境暴露後に使用するために使用され、外観と機能を与える。

3.アンダー・ザ・フード・コンポーネント：

• キャブレター部品
• 燃料系統部品
• バルブボディ
• タイミングベルトカバー

これらの部品には、熱安定性、強度、耐摩耗性の両方が不可欠です。複雑な形状、高精度の公差、流体エンジンシステムの用途は、亜鉛ダイカストによって達成されます。

4.構造部品：

• ブラケット
• マウンティングプレート
• シャシーサポート（小型車の場合）

一次的な耐荷重構造には使用されないが、亜鉛部品は剛性と信頼性の高い機械的特性を持っているため、フレームやアセンブリの支持に有用である。

ジンクの柔軟性は、あらゆるクラスの車両において、装飾的かつ機能的に言われる要件を満たします。後処理、EMIシールド、部品統合を削減する能力があるため、亜鉛ダイカストはますます多くの電気および従来のプラットフォームに広がっています。

他のダイカスト材料に対するダイカストの利点

自動車分野ではアルミニウムやマグネシウムも使用されているが、亜鉛には優位性がある：

精度と強度が重視される小型から中型の部品にとって、亜鉛ダイカストが非常に優れた選択肢であることは容易に理解できる。

亜鉛ダイカストの課題

亜鉛ダイカストには欠点もある：

体重だ：

亜鉛はアルミニウムやマグネシウムよりも重いため、軽量化が重要な電気自動車のシャーシなどに使用するには重すぎる。

熱特性： 

亜鉛の熱伝導率はアルミニウムよりも低いため、エンジンのラジエーターのような放熱部品には適さない。

サイズ制限：

例えば、非常に大きな部品の鋳造には使用できず、凝固欠陥が発生する可能性がある。

そう、インテリジェント・エンジニアリングとハイブリッド素材設計があれば、これらの課題のほとんどに対処できる。

環境と持続可能性の要因

亜鉛ダイカストが際立っているのは、世界の自動車産業がより環境に優しい慣行に傾いているからだ。

100% リサイクル可能：

亜鉛の鋳造くずは回収され、劣化することなく再加工される。

エネルギー効率：

アルミニウムは溶融温度がはるかに高いため、エネルギー消費量はアルミニウムの場合よりも大幅に少ない。

長い工具寿命： 

金型の寿命が長くなり、工具交換の頻度が減る。

その結果、より厳しい環境規制への対応に取り組む企業は、品質や性能を損なうことのない優れた選択肢であるジンクに惹かれている。

イノベーションと将来のトレンド

薄肉技術：

金型が進歩し、より流動性の高い亜鉛合金が使われるようになったことで、強度を落とさずに重量を減らすことができる、極めて薄い壁の部品ができるようになった。

ハイブリッド・アセンブリー： 

また、ジンク部品はプラスチックや他の金属と組み合わせて多機能部品として使用されることが多くなっている。

電気自動車（EV）： 

EVには、バッテリー・ハウジング、制御システム、コネクターなどの小型で堅牢な部品が必要であり、亜鉛はその精度とEMI（電磁干渉）シールド金属として有望視されている。

スマート・ツーリング： 

大量生産では、金型のメンテナンスにAIや機械学習を活用することも、金型の寿命や不良を減らすのに役立つ。

結論

亜鉛ダイカスト は単なる製造方法ではなく、競争力のある自動車を実現するための勝利の戦略である。機械的強度、設計の柔軟性、コスト効率、持続可能性に関して最適な組み合わせを提示します。自動車はより軽く、より環境に優しく、より洗練されたものになりつつあるため、亜鉛ダイカストは次世代の自動車部品として重要な役割を担っています。ジンクは自動車製造において、小さなインテリアノブから強力なボンネット構造まで、大きな用途があります。技術革新がその用途をさらに洗練させ続ければ、数年後には従来型、ハイブリッド、電気自動車のプラットフォームでさらに幅広い採用が実現するでしょう。