고압 다이캐스팅은 아연을 사용하여 튼튼한 부품을 만듭니다. 아연 합금은 이 공정에서 쉽게 성형할 수 있습니다. 따라서 많은 부품을 빠르고 저렴하게 만들 수 있습니다. 이렇게 만들어진 아연 부품은 튼튼하고 오래 지속됩니다.

이 글에서는 HPDC에 아연 합금을 사용할 때 얻을 수 있는 몇 가지 입증된 이점을 공유합니다. 따라서 거의 모든 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

아연 합금이란 무엇인가요? 정의

아연 합금은 대부분 아연이지만 알루미늄, 마그네슘, 구리와 같은 다른 금속도 소량 섞여 있습니다. 이러한 금속을 첨가하면 아연이 더 강하고 유연해지며 녹이 잘 슬지 않습니다. 예를 들어 알루미늄을 첨가하면 아연이 더 단단해지고 마그네슘은 시간이 지나도 잘 구부러지지 않도록 도와줍니다. 이 정보는 과학 연구와 업계 보고서에서 나온 것입니다.

고압 다이캐스팅에서 아연 합금의 이점

강도 및 밀도 비교

대부분의 아연 합금은 최고의 강도를 제공합니다. 고압 다이캐스팅을 통해 경량 부품을 제작합니다. 표준 옵션에는 다음이 포함됩니다:

• 자막 3는 최대 268MPa의 인장 강도와 6.6g/cm³의 밀도 체적을 제공합니다.
• 자막 5 인장의 인장 강도는 331 MPa이며 질량은 6.6 g/cm³입니다.
• 자막 2는 400MPa의 인장 강도와 7g/cm³의 밀도를 제공합니다.

마그네슘(Mg) 첨가 효과

마그네슘(Mg)과 아연 합금의 구성은 인장 강도를 증가시킵니다. 예를 들어 아연에 0.02% Mg를 첨가하면 인장 강도가 268MPa가 됩니다.

한편, 아연 함량이 0.08%로 증가하면 인장 강도가 310MPa까지 증가합니다. 그럼에도 불구하고 아연 함량이 높을수록 연신율이 감소합니다.. 이는 금속이 더 강할 수 있지만 유연성이 크지 않다는 것을 의미합니다.

마이크로 구조 및 애플리케이션

아연에 마그네슘을 첨가하면 아연의 미세 구조가 단단해집니다. 이는 미세한 입자와 η 및 ε와 같은 단단한 상이 형성되기 때문입니다. 이러한 모든 변화는 전반적인 아연 강도를 증가시킵니다.

또한 매우 적은 양의 구리(Cu)를 결합하면 경도를 더 높일 수 있습니다. 예를 들어, 1% Cu가 포함된 자막 5의 브리넬 경도는 82 HB입니다.

내충격성 및 내마모성

아연은 인장 강도가 높을 뿐만 아니라 충격에도 강합니다. 예를 들어 자막 2의 충격 강도는 43J/m로, 예상치 못한 힘에 노출되는 부품에 적합합니다.

또한 아연 합금에 코팅(TiN 또는 니켈)을 적용하면 내마모성이 향상됩니다. 이렇게 코팅된 합금은 마찰이 많은 부품에 가장 적합합니다. 예를 들어 기계식 조인트와 잠금 장치 등이 이에 해당합니다.

녹는점 감소 및 흐름 개선

아연 합금은 알루미늄(660°C)에 비해 녹는점(385°C)이 낮습니다. 금형에서 쉽게 녹아 고르게 흐릅니다. 일반적으로 HPDC에서 금형 온도는 150~200°C입니다. 500~1500bar의 사출 압력을 사용합니다.

높은 정밀도와 치수 안정성

일반적으로 아연 합금은 ±0.05mm의 허용 오차로 선명하게 정의된 출력을 제공합니다. 이 허용 오차 수준은 알루미늄(±0.1mm)보다 우수합니다.

정확도 향상은 합금의 높은 유동성과 낮은 융점에 따라 달라집니다. 그렇기 때문에 아연은 전기 커넥터와 카메라 하우징의 미세하고 섬세한 부품을 만드는 데 적합합니다.

결함 감소 및 금형 충진 개선

다른 아연 합금 중에서도 Zamak 3은 얇은 금형 내부를 매끄럽게 채울 수 있습니다. 균열과 같은 결함이 적습니다. 따라서 변형이 없어야 하고 정확한 형상을 포함해야 하는 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

우수한 내식성

자막 3과 5는 부식이나 녹에 대한 영향을 놀랍도록 차단합니다. 예를 들어 염수 분무 테스트(ASTM B117)에서 알루미늄보다 3배 더 우수한 0.1mm/년 미만의 부식 속도를 보였습니다.

보호 층 형성

아연 합금은 녹청 또는 패시베이션이라고 하는 천연 보호층(탄산아연, 산화아연)을 형성합니다. 이 층은 물, 토양 또는 공기의 영향에 저항합니다. 또한 4% 알루미늄을 추가하여 보호 기능을 강화할 수 있습니다.

내구성을 위한 추가 코팅

아시다시피 욕실 비품은 물이나 비누에 자주 노출됩니다. 이 경우 도금 및 크로마틴과 같은 코팅이 중요한 역할을 합니다. 아연의 내구성을 높여줍니다.

더 빠른 생산

금형에서 녹은 아연은 알루미늄보다 30~50% 더 빨리 냉각되어 그물 모양으로 변환됩니다. 따라서 냉각 시간이 짧고 생산 속도가 빨라집니다.

우수한 표면 마감 및 가공 감소

HPDC에 아연을 사용하면 우수한 표면 마감(Ra 0.4-0.8 µm)을 얻을 수 있습니다. 또한 추가 표면 처리를 생략할 수 있습니다.

이 합금은 매우 미세한 디테일(0.025mm)을 재현할 수 있습니다. 따라서 매칭 시간이 적게 필요한 로고, 얇은 고래, 장식용 프로젝트에 이상적입니다.

향상된 전기 및 열 전도성

아연 합금은 27% IACS 전기 전도도를 제공합니다. 113W/m-K의 열전도율은 강렬한 열을 방어하기에 충분합니다. 이는 전자 하우징과 방열판에 중요합니다.

움직이는 부품을 위한 높은 피로 강도

반복적인 응력에 대해서는 35~70MPa의 아연 피로 강도가 더 잘 견딥니다. 이 특성은 주로 경첩, 잠금 장치 및 기계식 연결 장치에 이상적입니다.

아연 합금의 비용 이점

경제성 측면에서 아연 합금은 알루미늄보다 가공 비용이 낮기 때문에 선두를 차지합니다. 이를 다음과 같이 분석해 보겠습니다:

• 아연 합금 비용은 지역마다 다를 수 있지만, 일반적으로 $3/kg(알루미늄의 경우 $4.5/kg) 정도입니다.
• 알루미늄 금형보다 아연의 내구성이 뛰어나기 때문에 툴링 비용도 20% 더 저렴합니다.
• 녹는점이 낮기 때문에 에너지 사용량이 적습니다(30% 낮습니다).

지속 가능성 및 환경적 이점

아연 제품을 재활용하여 90%의 함량을 얻으면 재사용할 수 있습니다. 이 과정에서 아연은 75%의 에너지를 덜 소비하고 새로운 소재를 생산할 수 있습니다. 또한 아연 다이캐스팅은 CO₂ 배출을 효과적으로 줄인다는 연구 결과도 있습니다.

HPDC에서 아연 합금의 응용 분야

1. 자동차: 성능 향상을 위한 정밀 부품

자동차 산업에서는 아연 합금, 특히 1% Cu로 자막 5를 만들어 기화기 하우징, 연료 펌프, 스로틀 바디를 만듭니다.

인장 강도가 높고 마모를 방지할 수 있기 때문에 이 옵션을 선호합니다. 따라서 부품이 엔진의 열과 진동을 견딜 수 있다는 뜻입니다. 또한 이러한 합금은 제품 무게를 줄이고 연비를 개선합니다.

이미지를 보면 아연 다이캐스팅이 자동차 부품에서 얼마나 중요한지 알 수 있습니다.

다양한 어려운 모양의 부품을 제작할 수 있음을 보여줍니다. 예를 들어 기어, 레버, 구조 본체 등이 있습니다. 도어 내부도 뛰어난 품질과 마감을 보여줍니다.

2. 항공우주: 가볍고 안정적인 구성 요소

0.1% Mg 다이캐스터와 함께 Zamak 2를 사용하면 탁월한 항공기 브래킷과 위성 하우징을 제작할 수 있습니다.

이 금속은 크리프를 방지하여 최대 응력에서도 실제 모양을 유지합니다. 또한 밀도(6.6g/cm³)가 낮아 부품 무게를 줄이는 데 도움이 되고 구조적 무결성을 제공합니다.

3. 구조: 일상적인 사용을 위한 내구성 있는 하드웨어

Zamak 3 옵션은 다양한 도어 핸들 디자인, 자물쇠 및 지붕 피팅을 만드는 데 적합합니다. 비용 효율적인 가격으로 매우 복잡한 모양을 쉽게 주조할 수 있습니다.

또한 Zamak 3는 부식에 대한 저항력이 뛰어납니다. 그렇기 때문에 실외에서도 사용할 수 있습니다.

4. 소비재: 세련되고 견고한 디자인

제조업체는 가전제품 기어, 가구 경첩, 장식용 트림을 제작할 때 Zamak 5를 사용합니다. HDPC 공정에서 이러한 합금을 사용하면 출력 품질과 표면 마감을 개선할 수 있습니다.

이러한 부품은 미세한 디테일을 유지할 수 있습니다. 또한 미적 매개 변수와 관련하여 아연은 아름다운 외관과 기능을 잘 만들어냅니다.

과제 및 향후 방향

다이캐스팅의 온도 제한

아연 합금은 보통 약 385~430°C에서 매우 빠르게 녹습니다. 이것이 150°C 이상의 고온 애플리케이션에서 사용하지 않는 이유입니다.

또한 금형 표면에 달라붙어 높은 금형 주조 온도에서 금형 마모를 유발할 수 있습니다.

이 시점에서 금형에 코팅을 적용하거나 더 나은 냉각 시스템을 사용하여 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.

예를 들어, 이 그래프는 아연에 대한 HPDC의 다이 온도를 보여줍니다. 예열된 다이(180°C)가 차가운 다이(30°C)에 비해 빠르게 안정된 온도에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 온도는 사이클 타임과 주조 품질에도 영향을 미칩니다.

산화 위험 및 솔루션

아연은 더 높은 온도를 견디지 못한다는 사실을 이미 알고 계셨을 것입니다. 하지만 400°C 이상으로 가열하면 어떻게 될까요? 기본적으로 아연은 산화아연(ZnO)을 생성하여 제조를 약화시킵니다.

이러한 배출은 실제로 다공성과 표면 결함을 급증시킬 수 있습니다. 따라서 아르곤 가스 차폐 또는 진공 다이 캐스팅을 사용해야 합니다. 이러한 기술은 주조 중에 산소를 제거하고 산화 위험을 줄여줍니다.

아연 합금 개선 연구

과학자들은 아연 합금의 성능을 개선할 수 있기를 기대하고 있습니다. 그들은 티타늄(Ti), 철(Fe) 등과 같은 다른 지구 원소를 추가하여 결과를 테스트하고 있습니다. 예를 들어, 아연-티타늄 합금은 최대 200°C까지 더 높은 온도를 더 잘 견딜 수 있습니다.

또한 다이캐스팅 기계의 발전으로 실시간 압력 센서가 내장되어 있어 불량을 줄이는 데도 도움이 됩니다.

이미지의 Zn-1Fe-1Mg 합금의 미세 구조는 다양한 변화 양상을 보여줍니다. 예를 들어, 섹션 (a)는 Zn, FeZn13 및 Mg2Zn11의 상이 표시된 주조 미세 구조를 보여줍니다.

마찬가지로 섹션 (b)는 Mg2Zn11이 더 잘 분포된 균질화된 미세 구조를 나타냅니다.

C 부분은 XRD 패턴을 보여줍니다. 이 패턴은 캐스트된 샘플과 균질화된 샘플을 비교합니다. 따라서 지표상의 존재를 확인할 수 있습니다.

신흥 기술에서의 아연

제조업체는 아연 합금의 능력을 탐구하고 전기 자동차에서 이를 확인합니다. 특히 아연 합금으로 경량 배터리 하우징과 모터 부품을 제작합니다. 전기 전도성과 전자파 차폐성이 우수한 아연의 적합성을 발견합니다.

또한 적층 제조(3D 프린팅)를 HPDC 프로세스에 통합하여 재료 층을 형성함으로써 물체를 성공적으로 제작할 수 있습니다.

진행 중인 프로젝트

미시간 대학교와 자동차 회사들은 여러 연구를 진행하고 있습니다. 그들은 엔진 부품에서 아연-알루미늄 복합재의 최상의 기능을 발견하기 위해 노력하고 있습니다.

또한 다음과 같은 대부분의 기관은 프라운호퍼 연구소(독일), 고속 다이캐스팅 개발에 주력하고 있습니다. 따라서 아연 부품의 생산 속도가 기존 방식보다 빨라졌습니다.

결론:

고압 다이캐스팅(HPDC)에 사용되는 아연 합금은 다양한 이점을 제공합니다. 여기에는 빠른 생산, 높은 강도, 우수한 표면 마감, 정확성 등이 포함됩니다. 이러한 합금은 에너지 사용량이 적고 자동차, 전자 및 산업 분야에 이상적인 부품을 생산합니다.

각 산업마다 특수 소재가 필요하기 때문입니다. 이를 통해 수요에 맞는 부품, 내구성, 효율성을 제공할 수 있습니다. 따라서 연구자들은 아연 합금의 가치를 증명하기 위해 계속해서 아연 합금을 발견하고 있습니다.

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