아연은 다양한 산업, 상업 및 생물학적 응용 분야에서 중요한 역할을 하는 다목적의 중요한 금속입니다. 아연은 높은 내식성과 푸른빛을 띠는 은빛 외관으로 인해 산업, 건축, 보호 코팅에 사용됩니다. 아연의 가장 가치 있는 특성 중 하나는 특히 알루미늄, 구리, 마그네슘과 함께 매우 강한 합금을 형성하는 능력이며, 강도와 내구성을 크게 향상시킵니다. 다이캐스팅과 같은 제조 공정과 관련하여 이러한 특성으로 인해 아연은 매우 적합합니다. 아연은 자동차 산업의 맥락에서 특별한 재료로 알려져 있는데, 이러한 기계적 특성과 동시에 많은 제조상의 이점을 가진 다른 재료가 없기 때문입니다. 아연은 적은 기계 작업으로 매우 복잡하고 세밀한 형상을 만드는 데 사용할 수 있어 장식용 및 기능성 차량 부품에 모두 적합합니다. 또한 녹는점이 낮아 글로벌 지속가능성 목표에 따라 생산 과정에서 에너지 사용량을 줄일 수 있습니다. 자동차 기술이 발전함에 따라 아연의 중요성은 점점 더 커지고 있습니다. 아연은 뛰어난 부품 일관성으로 대량 생산을 지원하기 때문에 현재 대부분의 비행기 시스템 부품을 아연으로 만들 수 있으며, 이는 현재 시스템 설계뿐만 아니라 미래를 위한 새로운 설계에도 중요한 소재가 되고 있습니다.

아연 다이캐스팅이란 무엇인가요?

아연 다이캐스팅은 용융된 아연 합금을 맞춤형 금형(금형이라고도 함)에 고압으로 주입하여 금속 부품을 형성하는 정밀 제조 공정입니다. 일반적으로 엄격한 공차, 미세한 표면 마감 및 높은 기계적 특성을 가진 복잡하고 세밀한 부품을 생산하는 데 사용됩니다.

아연 다이캐스팅은 뛰어난 기계적 특성과 높은 정밀도를 동시에 갖추고 있습니다. 매끄러운 표면 마감으로 복잡하고 오차가 적은 부품을 제조할 수 있으며 오늘날 차량 설계의 요구 사항에 유용합니다.

왜 아연인가요? 주요 머티리얼 속성

몇 가지 고유한 특성 때문에 다이캐스팅 공정에서 아연이 선호됩니다.

높은 강도와 연성

아연은 다이캐스팅되는 다른 많은 금속보다 강하기 때문에 얇은 벽을 가진 애플리케이션에는 아연 합금이 사용됩니다.

뛰어난 치수 정확도

아연 다이캐스팅은 모양과 크기를 일관성 있게 유지하여 후가공이 필요 없는 부품입니다.

우수한 내식성

아연은 자연적으로 추가 코팅에 특히 부식에 강합니다. 아연은 도로 및 기상 조건이 좋지 않은 차량 환경에서 사용되는 부품에 매우 중요합니다.

높은 유동성

용융 아연은 매우 쉽게 흐르며 작은 피처와 얇은 벽을 가진 이러한 부품을 성공적으로 주조했습니다.

비용 효율적인 툴링

아연 주조는 알루미늄이나 마그네슘에 비해 수명이 긴 금형의 이점이 있으므로 대량 생산이 필요한 경우 아연이 더 경제적으로 유리합니다.

재활용 가능성

자동차 산업이 지속가능성을 강화하는 방향으로 전환하면서 아연은 특성 손실 없이 100% 재활용이 가능한 환경 친화적인 소재입니다.

제조 프로세스: 단계별 개요

1. 디자인 및 툴링:

CAD 소프트웨어는 엔지니어가 구성 요소를 설계하는 데 사용됩니다. 그런 다음 고정밀 강철 금형에 많은 수의 캐비티를 제조하여 한 번에 여러 부품을 제작합니다.

2. 아연 합금을 녹입니다:

아연은 약 420°C(788°F)에서 녹아 알루미늄보다 에너지 비용이 훨씬 낮습니다.

3. 주입:

일반적으로 용융 아연은 금형이 빠르고 균일하게 채워질 수 있도록 1,500~25,000psi의 높은 압력으로 금형에 주입됩니다.

4. 냉각 및 고형화:

아연 합금이 금형에 들어가면 빠르게 냉각되고 응고됩니다(단 몇 초 만에).

5. 배출:

그런 다음 이젝터 핀을 통해 새로 형성된 부품을 다이에서 배출합니다.

6. 트리밍 및 마무리:

부품은 디버링, 연마, 도장 또는 코팅과 같은 추가 마감 처리가 필요할 수 있으며 여분의 재료(플래시)가 제거됩니다.

7. 품질 관리:

일부 구성품은 자동화 시스템이나 3D 스캐너를 통해 치수 정확도, 표면 결함, 기계적 무결성 등을 검사합니다.

자동차 산업에서 사용되는 일반적인 아연 합금

자동차 산업에서는 합금의 특성이 적절한 성능과 신뢰성, 적절한 비용 효율성을 위해 중요한 역할을 하기 때문에 적절한 아연 합금을 선택하는 것이 중요합니다. 제조업체는 다양한 합금이 제공하는 강도, 연성, 유동성 및 내식성의 균형에 따라 특정 용도에 맞는 소재를 다양한 방법으로 매칭할 수 있습니다. 자동차 다이캐스팅에 가장 일반적으로 사용되는 아연 합금은 다음과 같습니다.

1. 자막 합금(아연-알루미늄 합금)

자막으로 알려진 아연 합금 계열의 주요 합금 원소는 약 4%의 알루미늄입니다. 이 이름은 사용되는 금속의 독일어 이름에서 유래했습니다: 징크, 알루미늄, 마그네슘, 코퍼(구리)입니다.

자막 3:

• 다이캐스팅에 가장 널리 사용되는 아연 합금입니다.
• 뛰어난 치수 안정성, 우수한 표면 마감 및 주조 능력을 제공합니다.
• 이러한 표면은 도어 핸들, 손잡이 및 트림 부품과 같은 인테리어 구성 요소에서 흔히 볼 수 있습니다.

자막 5:

• 자막 3보다 구리가 약간 더 많이 함유되어 있으며 강도와 경도가 더 높습니다.
• 구조용 브래킷과 같은 기계적 응력 애플리케이션에 적합합니다.

자막 2:

• 자막 합금 중 가장 강하고 단단한 합금입니다.
• 이는 내마모성이 중요한 잠금 시스템이나 기어 하우징에 사용됩니다.

2. ZA 합금(아연-알루미늄)

ZA 합금(ZA-8, ZA-12, ZA-27)은 자막보다 알루미늄 함량이 높아 강도와 내마모성이 높습니다. 일반적으로 중력 주조에 사용되며 경우에 따라 다이 주조에도 사용됩니다.

ZA-8:

• 8% 알루미늄 함유.
• 강도가 좋고 캐스팅 특성이 적당합니다.
• 경량 차량의 구조 부품에 적합합니다.

ZA-12 및 ZA-27:

• 캐스팅은 어렵지만 강도는 더 높습니다.
• 마찰이 발생할 수 있는 반구조적 애플리케이션이나 부품에 사용됩니다.

3. ACuZinc5

자막의 주조 능력과 ZA 합금의 강도의 특성을 얻기 위한 특수 아연 구리 알루미늄 합금입니다.

• 매우 높은 강도와 뛰어난 내마모성.
• 자동차 시스템의 기어 하우징, 액추에이터, 기계식 연결 장치에 적용됩니다.
• 이 변경 재료는 내구성이 필요한 분야에서 가공된 청동 및 강철을 대체하는 데 이상적입니다.

4. EZAC(강화 아연-알루미늄-구리)

비교적 새로운 합금으로 강도가 매우 높고 고온에서도 크리프 저항성이 뛰어난 EZAC은 고온에 대한 내열성이 뛰어납니다.

• 장착 부품이나 엔진과 같이 하중을 받으면서도 모양과 강도를 유지해야 하는 부품에 적합합니다.
• 자막 3보다 두 배의 강도를 제공하지만 더 고급 툴링이 필요합니다.

5. 아연-니켈 합금

아연-니켈 플레이트는 이러한 영역에서 아연 다이캐스팅보다 덜 일반적이지만, 후드나 하부 부품의 내식성(특히 염분과 습기)을 개선하는 데 자주 사용됩니다.

• 올바른 합금 선택
• 아연 합금의 선택은 몇 가지 요인에 따라 달라집니다.
• 기계적 요구 사항(인장 강도, 내충격성)
• 표면 마감 요구 사항
• 비용 및 생산량
• 환경 스트레스(열, 부식)에 대한 노출

이러한 이유로 엔지니어는 재료 과학자 및 공급업체와 협력하여 비용이 허용하는 한 작업에 적합한 합금을 선택하여 성능과 비용 제약을 모두 충족합니다.

자동차 산업에서 아연 다이캐스팅의 역할

아연 다이캐스팅은 고정밀, 고강도 및 중소형 부품의 경제적인 제작으로 인해 자동차 제조에서 매우 중요합니다. 이 공정은 매우 짧은 시간 내에 고정밀의 복잡한 부품을 생산할 수 있는 수단을 제공하며 대량 자동차 애플리케이션에 탁월합니다.

내구성, 내식성, 치수 안정성 등 아연 합금의 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 이러한 특성 때문에 아연은 자동차 부품으로서 도어 핸들, 브래킷, 잠금장치, 엠블럼 등에 가장 적합한 소재입니다. 또한 표면 마감이 매끄럽기 때문에 도금이나 도장이 용이합니다.

아연은 알루미늄이나 마그네슘보다 무겁지만 강도와 디테일 측면에서 무게가 최우선 순위가 아닌 응용 분야에서는 경쟁력이 있습니다. 녹는점이 낮기 때문에 에너지 사용량이 적고 공구 수명이 길다는 장점도 있습니다. 또한 아연은 100% 재활용이 가능하여 자동차 산업의 지속 가능성 증진을 가속화할 수 있습니다.

아연 다이캐스팅은 차량 설계가 진화함에 따라 까다로운 자동차 애플리케이션을 위한 신뢰할 수 있는 고품질 솔루션을 제공하고 있습니다.

아연의 물리적 및 화학적 특성 

아연의 물리적 특성

1. 외관:

열전 은색 또는 회색을 띠는 금속은 갓 연마했을 때 반짝이는 금속 광택을 냅니다.

2. 밀도:

상온에서 아연의 밀도는 약 7.14g/cm³이므로 다른 금속에 비해 적당히 무겁습니다.

3. 융점:

그러나 419.5°C(787°F)의 비교적 낮은 온도에서 아연은 낮은 에너지 소비가 필요한 다이캐스팅과 같은 열 공정에 적합합니다.

4. 끓는점:

아연은 907°C(1665°F)에서 끓습니다.

5. 경도:

아연은 모스 경도계에서 약 2.5로 강철에 비해 너무 단단하지는 않지만 순수 주석이나 납처럼 너무 부드럽지도 않습니다.

7. 전기 전도도:

하지만 구리와 은은 매우 좋은 전기 전도체이지만 아연은 그다지 전도성이 높지 않습니다. 이러한 특성 때문에 아연은 배터리와 전기 도금에 자주 사용됩니다.

8. 열 전도성:

아연은 열전도율이 적당해 열 관리에 유용하지만 알루미늄에 비해 효율성이 떨어집니다.

9. 가단성 및 연성:

아연은 부서지기 쉬우므로 실온에서 쉽게 부러질 수 있습니다. 하지만 약 100-150°C(212-302°F)로 가열하면 가단성이 있어 쉽게 모양을 만들 수 있습니다.

10. 결정 구조:

또한 아연의 이원 화합물은 육각형 밀집(hcp) 구조로 결정화되어 기계적 특성, 특히 저온에서의 취성에 영향을 미칩니다.

아연의 화학적 특성

1. 공기와의 반응성:

아연은 공기와 접촉한 후 표면에 얇은 산화아연(ZnO) 층을 형성합니다. 윗면의 아연은 더 깊은 부식을 방지하므로 대기 중 산화에 의한 녹에 매우 강합니다.

2. 산과의 반응성:

묽은 산인 염산(HCl)과 같은 묽은 산은 아연과 쉽게 반응하여 수소 가스(H₂)를 포기할 수 있습니다. 따라서 이러한 특성으로 인해 아연은 아연 도금 및 부식 방지를 위한 희생 양극에 유용합니다.

3. 양쪽 성질:

아연은 양쪽성이며 산과 강력한 염기 모두에 작용할 수 있습니다. 예를 들어 아연은 수산화나트륨(NaOH)과 반응하여 징크산나트륨을 생성합니다.

4. 합금 형성:

아연은 구리를 비롯한 여러 금속과 쉽게 합금하여 황동, 알루미늄, 마그네슘 및 기타 여러 금속을 생산합니다.

5. 산화 상태:

아연의 산화 상태는 +2(Zn²⁺)가 가장 일반적입니다. 이 산화 상태는 산화아연(ZnO) 및 황산아연(ZnSO₄)과 같은 아연 화합물과 결합됩니다.

6. 물에 대한 내성:

순수한 물은 상온에서 아연과 반응하지 않지만, 고온에서는 아연과 반응하여 천천히 수소 가스와 산화 아연을 형성할 수 있습니다.

7. 갈바닉 활동:

양극 재료인 아연은 갈바닉 셀(배터리)에서 전자를 쉽게 잃어버리기 때문에 매우 효과적입니다.

자동차 응용 분야의 아연과 다른 재료

알루미늄, 마그네슘, 플라스틱 또는 강철과 달리 아연 다이캐스팅에는 몇 가지 장점이 있습니다. 아연은 자동차 설계에서 주요 성능과 비용 측면에서 빛을 발하며, 각 소재는 자동차 설계에서 고유한 위치를 차지할 수 있지만 아연은 특히 이러한 매개변수에서 효과적입니다.

아연 대 알루미늄:

가벼운 무게를 위해 종종 선택되는 형태에서 알루미늄은 아연에 비해 너무 약하고 낮은 두께에서는 너무 부드럽습니다. 또한 아연은 치수 안정성이 우수하고 복잡한 형상을 추가할 때 광범위한 가공이 필요하지 않습니다. 이러한 종류의 주조용 툴링은 또한 더 오래 지속되는 경향이 있으므로 장기적인 생산 비용이 더 낮습니다.

아연 대 마그네슘:

아연은 마그네슘보다 가볍지만 특수 코팅 없이 구매할 경우 가격이 더 비쌉니다. 하지만 아연 합금은 내식성이 뛰어나며 대부분의 환경에서 내성을 갖기 위해 추가적인 표면 처리가 필요하지 않습니다. 또한 아연을 주조하면 주조 정밀도와 마감이 향상됩니다.

아연 대 플라스틱:

그러나 플라스틱은 가볍고 저렴하지만 상대적으로 약하고 온도에 잘 견디지 못하며 금속보다 내구성이 떨어집니다. 마모, 충격 또는 하중을 견디는 아연 부품은 구조적 무결성, 수명, 충격이나 마모로 인한 손상에 대한 저항이 중요한 경우, 특히 이동이나 하중 전달이 필요한 경우 확실한 대안이 될 수 있습니다.

아연 대 강철:

강철은 강도가 높고 구조용으로 많이 사용되는 좋은 소재이지만, 훨씬 무겁고 화려한 모양으로 성형하는 데 많은 비용이 듭니다. 아연 다이캐스팅은 최소한의 후가공으로 그물 모양에 가까운 부품을 생산하기 때문에 중소형 부품을 생산해야 하는 경우에 적합합니다.

일반적으로 아연은 기계적 강도, 비용, 성형성, 표면 마감 사이에서 균형이 잘 잡혀 있어 자동차 부품의 기능에 관계없이 탁월한 소재입니다.

아연의 주요 특성 요약 표

자동차 제조에서 아연 다이캐스팅의 응용 분야

아연 다이캐스팅을 통해 다양한 차량용 부품을 가공할 수 있습니다. 가장 일반적인 부품은 다음과 같습니다.

1. 내부 구성 요소:

• 도어 핸들
• 안전벨트 하드웨어
• 대시보드 제어 레버
• HVAC 노브 및 스위치

이러한 부품은 정밀도가 높고 촉감이 좋아야 하며 마감 처리가 잘 되어 있어야 합니다. 아연은 미세한 표면 디테일과 치수 정확도를 제공하는 능력이 있어 눈에 잘 띄고 자주 사용되는 이러한 부품에 적합합니다.

2. 외부 구성 요소:

• 엠블럼 및 로고
• 도어 및 트렁크 잠금 장치
• 미러 브래킷
• 와이퍼 시스템 구성 요소

그러나 소음은 소음의 원인을 나타내는 경우가 많고 소음의 원인 위치는 소음 자체만큼 중요하지 않기 때문에 내식성과 강도는 환경 노출 후의 사용과 외관 및 기능에 사용됩니다.

3. 3. 내부 구성 요소:

• 기화기 부품
• 연료 시스템 부품
• 밸브 본체
• 타이밍 벨트 커버

이러한 부품에는 열 안정성, 강도 및 내마모성이 모두 필수적입니다. 복잡한 형상, 고정밀 공차 및 유체 엔진 시스템 적용은 아연 다이캐스팅을 통해 달성할 수 있습니다.

4. 4. 구조 부품:

• 브래킷
• 마운팅 플레이트
• 섀시 지원(소형 차량의 경우)

아연 부품은 주요 하중 지지 구조에는 사용되지 않지만 프레임과 어셈블리를 지지하는 데 유용한 강성과 신뢰할 수 있는 기계적 특성을 가지고 있습니다.

아연의 유연성은 모든 차급에서 요구되는 장식적, 기능적 요건을 충족합니다. 아연 다이캐스팅은 후처리, EMI 차폐 및 부품 통합을 줄일 수 있기 때문에 점점 더 많은 전기 및 기존 플랫폼으로 확장되고 있습니다.

다른 다이캐스팅 재료에 비해 다이캐스팅의 장점

알루미늄과 마그네슘도 자동차 분야에 사용되었지만 아연이 유리합니다:

정밀도와 강도가 매우 중요한 중소형 부품의 경우 아연 다이캐스팅이 매우 좋은 옵션이라는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

아연 다이캐스팅의 도전 과제

아연 다이캐스팅에는 몇 가지 단점이 있습니다:

무게:

아연은 알루미늄이나 마그네슘보다 무겁기 때문에 전기 자동차 섀시 및 기타 무게 감소가 중요한 애플리케이션에 사용하기에는 너무 무겁습니다.

열 속성: 

아연의 열전도율은 알루미늄보다 낮기 때문에 엔진 라디에이터와 같은 방열 부품에는 적합하지 않습니다.

크기 제한:

예를 들어, 이 툴은 매우 큰 부품을 주조하는 데 사용할 수 없으며 응고 결함이 발생할 수 있습니다.

예, 지능형 엔지니어링과 하이브리드 소재 설계를 통해 이러한 문제를 대부분 해결할 수 있습니다.

환경 및 지속 가능성 요소

아연 다이캐스팅이 주목받는 이유는 글로벌 자동차 산업이 친환경을 지향하고 있기 때문입니다.

100% 재활용성:

아연 주조 스크랩을 수거하여 성능 저하 없이 재작업합니다.

에너지 효율성:

알루미늄은 녹는 온도가 훨씬 높기 때문에 에너지 소비량이 알루미늄보다 훨씬 적습니다.

긴 툴링 수명: 

금형 수명이 길어져 공구 교체 빈도가 줄어들어 생산 중단으로 인한 낭비와 시간을 줄일 수 있습니다.

그 결과, 더욱 엄격한 환경 규제를 충족하기 위해 노력하는 기업들은 품질이나 성능을 저하시키지 않는 탁월한 옵션인 아연에 주목하고 있습니다.

혁신과 미래 트렌드

얇은 벽 기술:

더욱 발전된 금형과 더욱 유동적인 아연 합금 덕분에 이제 벽이 매우 얇은 부품이 가능해져 강도를 잃지 않으면서도 무게를 줄일 수 있습니다.

하이브리드 어셈블리: 

또한 아연 부품은 다기능 부품에 플라스틱이나 다른 금속과 함께 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

전기 자동차(EV): 

전기차에는 배터리 하우징, 제어 시스템 및 커넥터를 위한 작고 견고한 부품이 필요하며, 아연은 정밀성과 EMI(전자파 간섭) 차폐 금속으로서 그 가능성을 보여주고 있습니다.

스마트 툴링: 

대량 생산 시 금형 유지보수에 AI와 머신러닝을 활용하면 금형 수명과 결함을 줄이는 데도 도움이 됩니다.

결론

아연 다이캐스팅 는 단순한 제조 방식이 아니라 자동차 경쟁력을 확보하기 위한 성공 전략입니다. 아연 다이캐스팅은 기계적 강도, 설계 유연성, 비용 효율성 및 지속 가능성 측면에서 최적의 조합을 제공합니다. 자동차가 더 가볍고, 더 환경 친화적이며, 더 정교해지는 방향으로 나아가고 있기 때문에 아연 다이캐스팅은 차세대 자동차 부품으로서 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 아연은 자동차 제조에서 작은 내부 손잡이부터 강력한 언더 후드 구조에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다. 혁신 기술을 통해 적용 분야가 계속 개선되면 향후 몇 년 안에 기존, 하이브리드 및 전기 자동차 플랫폼에 더욱 광범위하게 채택될 것입니다.