Die Druckgussindustrie arbeitet vor allem mit Aluminium- und Zinklegierungen. Beide werden in den vergangenen Jahren verstärkt eingesetzt. Ihre Unterschiede zu verstehen, ist wichtig, um für bestimmte Anwendungen den passenden Werkstoff auszuwählen und optimal zu nutzen.
Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Unterschiede zwischen Zink und Aluminium und erläutert ihre jeweiligen Eigenschaften, Anwendungen und Aspekte für die praktische Nutzung.
Was sind Zink und Aluminium?
Zink und Aluminium sind unterschiedliche Metalle mit jeweils eigenen Eigenschaften. Zink ist ein weiches, silbrig-weißes Metall. Es wird unter anderem zum Verzinken von Stahl als Korrosionsschutz, im Druckguss und zur Herstellung von Messing verwendet.
Aluminium ist ein leichtes und zugleich robustes Metall. Es wird vielfältig eingesetzt, etwa im Flugzeugbau, für Getränkedosen und Fensterrahmen.
Zink und Aluminium lassen sich zu verschiedenen Legierungen mit jeweils eigenen Eigenschaften kombinieren.
Was ist eine Zinklegierung?
Eine Zinklegierung ist eine Metalllegierung, die hauptsächlich aus Zink und weiteren Metallen besteht. Zu den üblichen Legierungselementen zählen Aluminium, Magnesium, Kupfer, Cadmium, Blei, Titan und weitere niedrigschmelzende Metalle. Zinklegierungen werden durch Schmelzen der Bestandteile und anschließenden Druckguss oder andere Umformverfahren hergestellt.
Je nach Fertigungsverfahren unterscheidet man Guss- und Knetlegierungen. Sie werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, etwa im Druckguss für Instrumente und Fahrzeugteile sowie beim Feuerverzinken von Kesselwasserrohren, um deren Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Eigenschaften von Zinklegierungen
- Zinklegierungen besitzen hervorragende Gießeigenschaften. Sie ermöglichen die Herstellung komplexer, dünnwandiger Präzisionsteile mit glatten Oberflächen.
- Sie eignen sich für Oberflächenbehandlungen wie Galvanisieren, Spritzen, Lackieren, Polieren und Schleifen.
- Beim Schmelzen und Druckgießen nehmen sie kein Eisen auf, sind druckkorrosionsbeständig und haften nicht an der Form.
- Sie bieten gute mechanische Eigenschaften und sind bei Umgebungstemperatur verschleißbeständig.
- Mit einem niedrigen Schmelzpunkt von 385 ℃ lassen sie sich leicht im Druckguss verarbeiten.
Was ist eine Aluminiumlegierung?
Aluminiumlegierungen sind Legierungen auf Aluminiumbasis. Zu den wichtigsten Legierungselementen zählen Kupfer, Silizium, Magnesium, Zink und Mangan. Weitere Legierungselemente sind Nickel, Eisen, Titan, Chrom und Lithium.
Aluminiumlegierungen haben eine geringere Dichte als Stahl. Im Allgemeinen ist Stahl fester als Aluminium. Berücksichtigt man jedoch das geringere Gewicht von Aluminium, ergibt sich ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Manche Aluminiumlegierungen sind sogar fester als Stahl. Aluminium ist gut verformbar und lässt sich zu vielfältigen Profilen verarbeiten. Daher ist es ein weit verbreiteter Nichteisenwerkstoff für Konstruktionen in zahlreichen Branchen. Anwendungen finden sich in der Luftfahrt und Raumfahrt, im Automobilbau, Maschinenbau, Schiffbau und in der chemischen Industrie.
Eigenschaften von Aluminiumlegierungen
- Geringes Gewicht – ideal für Branchen, in denen es auf Gewichtsreduzierung ankommt.
- Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit.
- Umweltfreundliche Zusammensetzung.
- Beständig bei niedrigen Temperaturen.
- Durch Wärmebehandlung lassen sich geeignete mechanische und physikalische Eigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit erzielen.
- Hohe Festigkeit.
Unterschiede zwischen Zink- und Aluminiumlegierungen
Werkstoff
Zinklegierungen haben ein hohes spezifisches Gewicht und ausgezeichnete Gießeigenschaften. Sie sind dicht und fest und können die Festigkeit hochwertiger Stähle erreichen oder übertreffen. Daher sind Druckgussteile aus Zinklegierungen in der Regel schwerer als Teile aus Aluminiumlegierungen.
Eigenschaften
Zinklegierungen haben einen niedrigen Schmelzpunkt, gute mechanische Eigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit. Sie eignen sich außerdem für Oberflächenbehandlungen. Aluminiumlegierungen bieten dagegen eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit.
Druckgussverfahren
Die Schmelzpunkte von Zink- und Aluminiumlegierungen unterscheiden sich. Zinklegierungen schmelzen bei niedrigeren Temperaturen als Aluminiumlegierungen. Daher sind beim Druckguss spezielle Anlagen und Prozessparameter erforderlich.
Für den Zinkdruckguss wird üblicherweise eine Warmkammer-Druckgießmaschine verwendet. Die Zinklegierung wird in der Maschine geschmolzen, was kürzere Zykluszeiten ermöglicht.
Beim Aluminiumdruckguss kommt dagegen eine Kaltkammer-Druckgießmaschine zum Einsatz. Die Aluminiumlegierung wird außerhalb der Maschine geschmolzen und anschließend in die Spritzeinheit gegossen. Dieser Prozess dauert länger als der Warmkammer-Druckguss.
Der Einsatz unterschiedlicher Anlagen und Prozessparameter für Zink- und Aluminiumdruckguss führt zu verschiedenen Produkteigenschaften. Zinkdruckgussteile sind tendenziell langlebiger und korrosionsbeständiger als Aluminiumteile. Aluminiumdruckgussteile sind dagegen meist leichter und wärmeleitfähiger.
Gewicht
Zinklegierungen sind im Allgemeinen dichter und schwerer als Aluminium. Reines Zink hat eine Dichte von 5 g/cm³, Aluminium eine geringere Dichte von 2,7 g/cm³. Die höhere Dichte trägt zur besseren Schlagfestigkeit von Zinklegierungen gegenüber Aluminiumteilen bei. Deshalb eignen sie sich für Gussteile in tragenden Anwendungen.
Eigenschaften
Zu den typischen Eigenschaften beider Druckgusswerkstoffe und ihren Unterschieden gehören:
- Schmelzpunkt
Zink hat einen niedrigeren Schmelzpunkt (etwa 420 °C) als Aluminium. Der Schmelzpunkt ist ein wichtiger Faktor bei der Wahl des Gießverfahrens. Dank des niedrigeren Schmelzpunkts eignet sich Zink für den Warmkammer-Druckguss.
Das bietet Vorteile wie niedrigere Produktionskosten, höhere Fertigungseffizienz und ein geringeres Risiko von Formverschleiß. Aluminium schmilzt dagegen bei einer höheren Temperatur (etwa 660 °C) und wird daher im Kaltkammerverfahren verarbeitet.
- Wärmeleitfähigkeit
Zinklegierungen sind wärmeleitfähiger als Aluminium-Druckgusslegierungen. Sie nehmen Wärme wirksam auf und leiten sie ab. Das eignet sich für Anwendungen mit hoher Wärmeentwicklung oder Anforderungen an die Wärmeableitung. Zinkgussteile sind daher besonders für Kühlkörper und Elektronikkomponenten vorteilhaft.
- Korrosionsbeständigkeit
Zinkgussteile sind sehr korrosionsbeständig und übertreffen darin Aluminium-Druckgussteile. Daher eignet sich Zink besser für Projekte in rauen Umgebungen, in denen Korrosionsschutz wichtig ist.
Oberflächenbearbeitung
Im Gegensatz zu CNC-bearbeiteten Teilen benötigen Druckgussteile häufig eine nachgelagerte Oberflächenbearbeitung. Der Bedarf hängt vom Gießverfahren und dem verwendeten Material ab.
Zinkgussteile haben nach dem Gießen eine glattere und gleichmäßigere Oberfläche, da sie keine Poren aufweisen. Aluminiumgussteile können dagegen Poren, Grübchen und Blasen entwickeln, die eine nachträgliche Oberflächenbehandlung erforderlich machen.
Sowohl Zink- als auch Aluminiumgussteile profitieren von Oberflächenbehandlungen. Zink ist jedoch mit einer größeren Auswahl kompatibel, darunter Beschichten, Pulverbeschichten, Lackieren, Galvanisieren und Eloxieren.
Werkzeugstandzeit
Für Zinkdruckgussformen ist wegen der geringeren Abrasivität und des niedrigen Schmelzpunkts des Materials keine besonders hohe Zugfestigkeit erforderlich. Das verringert Formverschleiß und Werkzeugkosten. Zinkdruckgussformen können daher mehr als 1.000.000 Schüsse erreichen, bevor sie ersetzt werden müssen. Aluminiumdruckgussformen halten typischerweise etwa 100.000 Schüsse.
Anwendungen
Zink- und Aluminiumgussteile finden in zahlreichen Branchen Verwendung. Zinkdruckguss ist für seine Festigkeit bekannt und wird häufig für Haushaltsgeräte und Fahrzeugteile eingesetzt.
Aluminiumdruckguss bietet ein besonders gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eignet sich daher für leichte, robuste Bauteile. Das ist vor allem in der Luft- und Raumfahrt wichtig, wo geringes Gewicht entscheidend ist.
Zykluszeit
Die Zykluszeit ist ein wichtiger Vergleichsfaktor zwischen Aluminium- und Zinkdruckguss. Zinkdruckguss arbeitet mit hohem Druck und einer niedrigeren Schmelztemperatur als Aluminiumdruckguss. Dadurch ist seine Zykluszeit kürzer; typischerweise ist er 150–200 % schneller.
Außerdem wird Zink für den Druckguss intern erhitzt, während Aluminium im Kaltkammerverfahren verarbeitet wird. Zink leitet Wärme effizient ab, sodass das geschmolzene Metall schneller erstarrt und die Zykluszeit zusätzlich sinkt.
Kosten
Die Produktionskosten im Druckguss hängen von mehreren Faktoren ab, darunter Materialwahl, Fertigungsverfahren, Erfahrung der Bediener, Zykluszeit und Oberflächenbehandlung. Druckgussteile aus Zinklegierungen sind kostengünstiger, aber weniger fest und korrosionsbeständig als Aluminiumteile. Aluminiumgussteile sind fester und korrosionsbeständiger, jedoch teurer.
Bei der Fertigung wird das Metall geschmolzen, in eine Form eingespritzt und zur Herstellung des fertigen Teils abgekühlt. Erfahrene Bediener und kürzere Zykluszeiten können die Kosten senken. Oberflächenbehandlungen wie Lackieren oder Beschichten erhöhen die Gesamtkosten. Im Allgemeinen ist Zinkdruckguss kostengünstiger als Aluminiumdruckguss.
Wann und warum Sie Zinkdruckguss wählen sollten
Wenn Sie zwischen Zink- und Aluminiumdruckguss entscheiden, sollten Sie folgende Faktoren berücksichtigen, die für Zinkdruckguss sprechen:
Dünnwandige Teile
Zinkdruckguss eignet sich dank der Festigkeit des Werkstoffs gut für dünnwandige Teile. Die hohe Dichte von Zink sorgt für strukturelle Integrität und Stabilität und verringert den Materialbedarf sowie die Druckgusskosten.
Raue Umgebungsbedingungen
Zinkdruckguss eignet sich besonders für raue Umgebungsbedingungen, in denen Korrosion auftreten kann. Die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bildet bei entsprechender Belastung eine schützende Schicht auf den Teilen.
Geringere Eigenspannungen
Beim Druckguss wird geschmolzenes Metall unter Druck in die Form eingespritzt. Hochdruck-Druckguss kann Eigenspannungen in den Teilen verursachen. Beim Zinkdruckguss kommt Niederdruck zum Einsatz, wodurch diese Spannungen minimiert werden.
Druckgussform
Zinkdruckguss ist vorteilhaft, wenn Sie empfindliche Druckgussformen verwenden. Zinkdruckgussformen können etwa zehnmal länger halten als Aluminiumdruckgussformen.
Schnellere Fertigung
Zinklegierungen haben einen niedrigen Schmelzpunkt. Dadurch ist Warmkammer-Druckguss mit Hochdruckeinspritzung möglich. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen führt das zu höheren Zyklusraten. Anders als beim Aluminiumdruckguss, bei dem der Bediener das Aluminium außerhalb der Maschine schmilzt und anschließend in die Spritzeinheit gießt, wird Zink beim Zinkdruckguss in der Maschine geschmolzen.
Wenn Sie diese Faktoren berücksichtigen, kann Zinkdruckguss in verschiedenen Fällen die bevorzugte Wahl sein.
Warum und wann Sie Aluminium-Druckguss wählen sollten
Wenn Sie zwischen Zink- und Aluminiumdruckguss entscheiden, gibt es bestimmte Bedingungen, unter denen Aluminium-Druckguss vorzuziehen ist. Berücksichtigen Sie folgende Faktoren:
Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Wenn Sie ein geringes Gewicht und eine hohe Zugfestigkeit benötigen, sollten Sie Aluminiumdruckgussteile in Betracht ziehen. Sie vereinen beide Eigenschaften. Die Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet Aluminiumdruckgussteile aufgrund ihres geringen Gewichts in großem Umfang.
Hohe Betriebstemperaturen
Aufgrund des hohen Schmelzpunkts und der Hitzebeständigkeit werden Aluminiumdruckgussteile bei hohen Betriebstemperaturen bevorzugt, etwa in metallurgischen Prozessen. Dadurch bleiben Struktur und physikalische Eigenschaften der Teile auch bei großer Hitze erhalten.
Elektrische Leitfähigkeit
Aufgrund ihrer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit sind Aluminiumdruckgussteile für verschiedene elektronische Komponenten eine bevorzugte Wahl. Das ist insbesondere bei Anwendungen wie der elektromagnetischen Abschirmung (EMI) wichtig, bei denen Teile vor elektromagnetischen Signalen geschützt werden müssen.
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Fazit
Zink und Aluminium haben unterschiedliche Eigenschaften und eignen sich daher für verschiedene Anwendungen. Zink bietet eine hohe Dichte, Korrosionsbeständigkeit und einen niedrigen Schmelzpunkt; Aluminium ist leicht, fest und wärmeleitfähig. Wenn Sie diese Unterschiede kennen, können Sie in verschiedenen Branchen und Projekten fundiert den passenden Werkstoff auswählen.
Häufig gestellte Fragen
Sind Zinkdruckgussteile fester als Aluminiumdruckgussteile?
Zinkdruckgussteile sind fester als Aluminiumdruckgussteile. Fachleute zufolge übertrifft Zinkdruckguss mehrere gängige Nichteisenlegierungen hinsichtlich der Festigkeit. Zinklegierungen sollen 2,5-mal fester sein als Aluminiumdruckguss.
Welche Parameter unterscheiden Aluminium- und Zinkgussteile?
Die beiden Gussteile unterscheiden sich in Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Schmelzpunkt und Wärmeleitfähigkeit. Zinkgussteile sind schwerer, haben einen niedrigeren Schmelzpunkt und bieten eine höhere Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Welches Material ist korrosionsbeständiger: Zink oder Aluminium?
Aluminiumdruckgussteile sind weniger korrosionsbeständig als Zinkgussteile. Das kann jedoch vom pH-Wert abhängen. In alkalischen Lösungen mit einem pH-Wert von 11 entspricht beispielsweise die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumguss der von Zink.
