Zink vs. Aluminium: Was sind ihre Unterschiede?

Die Druckgussindustrie umfasst hauptsächlich den Druckguss von Aluminium- und Zinklegierungen, der in den letzten Jahren stark genutzt wurde. Das Verständnis der Unterschiede zwischen Zink und Aluminium ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Materials für bestimmte Zwecke und die Optimierung seiner Verwendung.

Dieser Artikel befasst sich mit den Hauptmerkmalen, die Zink und Aluminium unterscheiden, und beleuchtet ihre besonderen Eigenschaften, Verwendungsmöglichkeiten und Überlegungen für praktische Anwendungen.

Was sind Zink und Aluminium?

Zink und Aluminium sind unterschiedliche Metalle mit einzigartigen Eigenschaften. Zink ist ein weiches, silbrig-weißes Metall, das in verschiedenen Bereichen Anwendung findet, unter anderem beim Verzinken von Stahl zum Korrosionsschutz, im Druckguss und in der Messingproduktion.

Aluminium ist ein leichtes und robustes Metall, das in verschiedenen Anwendungen wie dem Flugzeugbau, Getränkedosen und Fensterrahmen verwendet wird.

Zink und Aluminium können zu verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden.

Was ist eine Zinklegierung?

Unter Zinklegierung versteht man eine Metalllegierung, die hauptsächlich aus Zink und anderen metallischen Elementen besteht. Zu den üblichen Elementen, die in Zinklegierungen verwendet werden, gehören Aluminium, Magnesium, Kupfer, Cadmium, Blei, Titan und andere Niedertemperatur-Zinklegierungen. Zinklegierungen werden hergestellt, indem die Bestandteile geschmolzen und durch Druckguss oder andere Druckformverfahren verarbeitet werden, um die gewünschte Materialform zu erhalten.

Abhängig vom verwendeten Herstellungsverfahren können Zinklegierungen in gegossene und verformte Zinklegierungen eingeteilt werden. Sie finden Anwendung in verschiedenen Branchen, beispielsweise beim Druckguss für Instrumente und Automobilteile sowie bei der Feuerverzinkung von Kesselwasserwandrohren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

Merkmale der Zinklegierung

• Es verfügt über eine hervorragende Gussleistung und ermöglicht die Herstellung komplizierter und dünnwandiger Präzisionsteile mit einer glatten Oberflächenbeschaffenheit.
• Ermöglicht Oberflächenbehandlungsmöglichkeiten wie Galvanisieren, Sprühen, Lackieren, Polieren und Schleifen.
• Während des Schmelz- und Druckgussprozesses nimmt es kein Eisen auf, widersteht Druckkorrosion und haftet nicht an Formen.
• Besitzt günstige mechanische Eigenschaften und bietet Verschleißfestigkeit bei Umgebungstemperaturen.
• Verfügt über einen niedrigen Schmelzpunkt von 385℃, was ein einfaches Druckgießen erleichtert.

Was ist Aluminiumlegierung?

Unter Aluminiumlegierung versteht man eine Kategorie von Legierungen auf Aluminiumbasis. Es enthält verschiedene primäre Legierungselemente wie Kupfer, Silizium, Magnesium, Zink und Mangan sowie sekundäre Legierungselemente wie Nickel, Eisen, Titan, Chrom und Lithium.

In Bezug auf die Dichte weist eine Aluminiumlegierung eine geringere Dichte auf als Stahl. Und was die Festigkeit betrifft, ist Stahl im Allgemeinen stärker als Aluminium. Berücksichtigt man jedoch das geringere Gewicht von Aluminium, liegt Aluminium mit einem besseren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht an der Spitze. Einige Aluminiumlegierungen sind stärker als Stahl. Es bietet eine hervorragende Plastizität und kann zu verschiedenen Profilen verarbeitet werden, was es zu einem weit verbreiteten Nichteisenmetall-Strukturwerkstoff in verschiedenen Branchen macht. Seine Anwendungen umfassen die Luft- und Raumfahrt, den Automobilbau, den Maschinenbau, den Schiffbau und die chemische Industrie.

Merkmale der Aluminiumlegierung

• Das geringe Gewicht macht es ideal für Branchen, in denen Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung ist.
• Hervorragende Wärmeleitfähigkeit.
• Umweltfreundliche Zusammensetzung.
• Beständig gegen niedrige Temperaturen.
• Fähigkeit, durch Wärmebehandlung günstige mechanische Eigenschaften, physikalische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.
• Hohe Festigkeitseigenschaften.

Unterschiede zwischen Zink und Aluminiumlegierung

Material

Zinklegierungsmaterial hat ein erhebliches spezifisches Gewicht und weist eine hervorragende Gießleistung auf. Es zeichnet sich durch eine hohe Dichte und Festigkeit aus, die mit der von hochwertigem Stahl vergleichbar ist oder diese sogar übertrifft. Daher wiegen Druckgussteile aus Zinklegierungen typischerweise mehr als Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen.

Eigentum

Das Zinklegierungsmaterial weist einen niedrigen Schmelzpunkt, günstige mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit auf. Es ist auch für Oberflächenbehandlungsanwendungen geeignet. Andererseits weist eine Aluminiumlegierung eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.

Druckgussverfahren

Die Schmelzpunkte von Zink- und Aluminiumlegierungen variieren. Zinklegierungen haben im Vergleich zu Aluminiumlegierungen einen niedrigeren Schmelzpunkt. Diese Diskrepanz in den Schmelzpunkten erfordert den Einsatz spezieller Verarbeitungsgeräte und -parameter beim Druckguss.

Beim Druckguss von Zinklegierungen kommt üblicherweise eine Warmkammer-Druckgussmaschine zum Einsatz. Die Zinklegierung wird in dieser Maschine geschmolzen, was schnellere Zykluszeiten ermöglicht.

Im Gegensatz dazu wird beim Druckguss von Aluminiumlegierungen eine Kaltkammer-Druckgussmaschine verwendet. Die Aluminiumlegierung wird außerhalb der Maschine geschmolzen und anschließend in die Spritzgießmaschine gegossen. Dieser Vorgang dauert im Vergleich zum Warmkammer-Druckguss länger.

Der Einsatz unterschiedlicher Verarbeitungsgeräte und -parameter beim Zinklegierungs-Druckguss und beim Aluminiumlegierungs-Druckguss führt zu unterschiedlichen Eigenschaften der Endprodukte. Druckgussteile aus Zinklegierungen sind in der Regel langlebiger und korrosionsbeständiger als ihre Gegenstücke aus Aluminium. Im Gegensatz dazu sind Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen typischerweise leichter und verfügen über eine bessere Wärmeleitfähigkeit.

Gewicht

In Bezug auf das Gewicht ist eine Zinklegierung im Allgemeinen dichter und schwerer als Aluminium. Reines Zink hat eine spezifische Dichte von 5 g/cm3, während Aluminium eine geringere Dichte von 2,7 g/cm3 aufweist. Diese höhere Dichte trägt zur überlegenen Schlagfestigkeit von Zinklegierungen im Vergleich zu Aluminiumteilen bei und macht sie zu einem bevorzugten Material für die Herstellung von Gussteilen für strukturelle Anwendungen.

Eigenschaften

Hier sind die gemeinsamen Eigenschaften beider Druckgussmaterialien und wie sie sich voneinander unterscheiden:

• Schmelzpunkt

Zink hat einen niedrigeren Schmelzpunkt (ca. 420 °C) als Aluminium. Der Schmelzpunkt ist ein entscheidender Faktor beim Druckguss und beeinflusst die Wahl des Gießverfahrens. Der niedrigere Schmelzpunkt von Zink macht es mit dem Heißkammerverfahren kompatibel.

Diese Eigenschaft bietet Vorteile wie geringere Produktionskosten, verbesserte Produktionseffizienz und ein geringeres Risiko von Schimmelschäden. Im Gegensatz dazu hat Aluminium einen höheren Schmelzpunkt (ca. 660 °C) und ist daher für das Kaltkammerverfahren geeignet.

• Wärmeleitfähigkeit

Zinklegierungen weisen im Vergleich zu Aluminiumdruckguss eine bessere Wärmeleitfähigkeit auf. Es absorbiert und leitet Wärme effektiv ab und eignet sich daher für Anwendungen mit hoher Wärmeerzeugung oder hohen Anforderungen an die Wärmeableitung. Zinkgussteile eignen sich besonders gut für die Herstellung von Bauteilen wie Kühlkörpern oder Elektronik.

• Korrosionsbeständigkeit

Zinkgussteile verfügen über eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und übertreffen Aluminiumdruckgussteile. Diese Eigenschaft macht Zink besser für Projekte unter rauen Umgebungsbedingungen geeignet, bei denen Korrosionsschutz unerlässlich ist.

Oberflächenveredelung

Im Gegensatz zu CNC-bearbeiteten Teilen erfordern Druckgussteile in der Regel eine sekundäre Oberflächenveredelung. Der Bedarf an Oberflächenveredelung wird durch das Gießverfahren und die Art des verwendeten Materials beeinflusst.

Zinkgussteile weisen nach dem Gießen eine glattere und strukturiertere Oberfläche auf, da sie keine Poren aufweisen. Im Gegensatz dazu können sich beim Gießen von Aluminiumgussteilen Poren, Grübchen und Blasen bilden, die eine ausgleichende Oberflächenbearbeitung erforderlich machen.

Sowohl Zink- als auch Aluminiumgussteile können von Oberflächenveredelungsprozessen profitieren. Zink eignet sich jedoch besser für eine breitere Palette von Oberflächenveredelungsoptionen, einschließlich Plattieren, Pulverbeschichten, Lackieren, Galvanisieren und Eloxieren.

Werkzeugleben

Die beim Zinkdruckguss verwendeten Formen erfordern keine hohe Zugfestigkeit, da das Material weniger abrasiv ist und einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Diese Eigenschaften führen zu einer geringeren Beschädigung der Form und geringeren Werkzeugkosten. Folglich können Formen, die beim Zinkguss verwendet werden, über 1.000.000 Schüssen standhalten, bevor sie ausgetauscht werden müssen, während Formen, die beim Aluminiumguss verwendet werden, typischerweise etwa 100.000 Schüsse halten.

Anwendungen

Sowohl Zink- als auch Aluminiumgussteile finden in verschiedenen Branchen Anwendung. Zinkguss ist für seine Festigkeit bekannt und daher eine beliebte Wahl für Haushaltsgeräte und Automobildruckguss.

Andererseits zeichnet sich Aluminiumguss durch sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aus und eignet sich daher ideal für leichte und dennoch robuste Komponenten. Diese Eigenschaft macht Aluminiumgussteile besonders wertvoll in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo der Bedarf an leichten Materialien von entscheidender Bedeutung ist.

Zykluszeit

Beim Vergleich von Aluminiumdruckguss mit Zinkdruckguss ist die Zykluszeit von Bedeutung. Der Zinkdruckguss erfolgt bei hohem Druck und niedrigem Schmelzpunkt und unterscheidet sich vom Aluminiumdruckguss. Folglich weist Zinkdruckguss eine kürzere Zykluszeit auf, typischerweise 150–2001 TP3T schneller als Aluminiumguss.

Darüber hinaus erfolgt der Erwärmungsprozess beim Zinkdruckguss intern, im Gegensatz zum Aluminiumdruckguss, bei dem das Kaltkammerverfahren zum Einsatz kommt. Darüber hinaus ermöglicht die effiziente Wärmeableitung des Zinkgusses eine schnellere Erstarrung des geschmolzenen Metalls und trägt so zu einer weiteren Verkürzung der Zykluszeit bei.

Kosten

Die Kosten der Druckgussproduktion werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter Materialauswahl, Produktionsprozess, Bedienerfähigkeiten, Zykluszeit und Oberflächenveredelung. Zinkdruckgussteile aus Zinklegierungen sind kostengünstiger, weisen jedoch im Vergleich zu Aluminiumlegierungen eine geringere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Aluminiumdruckgussteile sind stärker und korrosionsbeständiger, sind jedoch teurer.

Der Produktionsprozess umfasst das Schmelzen des Metalls, das Einspritzen in eine Form und das Abkühlen, um das endgültige Teil zu formen. Qualifizierte Bediener und kürzere Zykluszeiten können die Kosten senken. Auch die Oberflächenveredelung wie Lackieren oder Plattieren erhöht die Gesamtkosten. Im Allgemeinen sind Zinkdruckgussteile kostengünstiger als Aluminiumdruckgussteile.

Wann und warum Sie sich für Zinkdruckguss entscheiden sollten

Wenn Sie vor dem Dilemma stehen, zwischen Zinkdruckguss und Aluminiumdruckguss zu wählen, sollten Sie die folgenden Faktoren berücksichtigen, die Zinkdruckguss zur bevorzugten Option machen

Teile mit dünnen Wänden

Zinkdruckguss eignet sich aufgrund seiner Festigkeit im Vergleich zu anderen Materialien gut für die Herstellung dünnwandiger Teile. Die dichte Beschaffenheit von Zink sorgt für strukturelle Integrität und Stabilität und reduziert den Materialverbrauch und die Druckgusskosten.

Harte Umweltbedingungen

Zinkdruckguss eignet sich hervorragend für raue Umgebungsbedingungen, insbesondere solche, die zu Korrosion neigen. Seine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit bildet eine Schutzschicht auf den Teilen, wenn sie solchen Bedingungen ausgesetzt sind.

Geringere Eigenspannung

Beim Druckguss wird Druck ausgeübt, um geschmolzenes Metall in die Form einzuspritzen. Hochdruck-Druckguss kann zu Eigenspannungen an Teilen führen, Zinkdruckguss hingegen, bei dem Niederdruck-Druckguss zum Einsatz kommt, minimiert Eigenspannungen.

Druckgussform

Wenn Sie mit empfindlichen Druckgussformen arbeiten, ist die Wahl von Zinkdruckguss von Vorteil. Zinkdruckgussformen können etwa zehnmal länger halten als Aluminiumdruckgussformen.

Schnellere Produktion

Zinklegierungen haben einen niedrigen Schmelzpunkt und ermöglichen ein Warmkammer-Druckgussverfahren mit Hochdruckeinspritzung. Dies führt zu einer höheren Taktrate im Vergleich zu anderen Materialien. Anders als beim Aluminiumdruckguss, bei dem der Bediener das Aluminium außerhalb der Maschine schmilzt, bevor er es in die Spritzgießmaschine gießt, wird beim Zinkdruckguss das Zink innerhalb der Maschine geschmolzen

Unter Berücksichtigung dieser Faktoren kann Zinkdruckguss in verschiedenen Szenarien eine bevorzugte Wahl sein.

Warum und wann Sie sich für Aluminiumdruckguss entscheiden sollten

Bei der Entscheidung zwischen Aluminium- oder Zinkdruckgussteilen gibt es bestimmte Bedingungen, unter denen Aluminiumdruckguss bevorzugt werden sollte. Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren:

Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht

Wenn Sie geringes Gewicht und hohe Zugfestigkeit wünschen, ist es ratsam, Aluminium-Druckgussteile in Betracht zu ziehen. Diese Teile sind dafür bekannt, beide Eigenschaften zu bieten. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie werden aufgrund ihres geringen Gewichts häufig Druckgussteile aus Aluminium verwendet.

Hohe Betriebstemperaturen

Aufgrund ihres hohen Schmelzpunkts und ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, sind Aluminiumdruckgussteile die bevorzugte Option für Anwendungen, bei denen erhöhte Betriebstemperaturen erforderlich sind, beispielsweise in metallurgischen Prozessen. Diese Eigenschaft stellt sicher, dass die strukturellen und physikalischen Eigenschaften der Gussteile auch bei extremer Hitzeeinwirkung erhalten bleiben.

Elektrische Leitfähigkeit

Aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit sind Aluminiumdruckgussteile die bevorzugte Wahl für verschiedene elektronische Komponenten im Druckguss. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen wie der EMI-Abschirmung, bei der Teile vor elektromagnetischen Signalen geschützt werden müssen.

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Fazit

Zink und Aluminium haben unterschiedliche Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. Zink bietet Vorteile wie hohe Dichte, Korrosionsbeständigkeit und niedrigen Schmelzpunkt, während Aluminium geringes Gewicht, hohe Festigkeit und hervorragende Wärmeleitfähigkeit bietet. Das Verständnis dieser Unterschiede ermöglicht eine fundierte Materialauswahl in verschiedenen Branchen und Projekten.

Häufig gestellte Fragen

Sind Zinkdruckgussteile stärker als Aluminiumdruckgussteile?

Zinkdruckgussteile weisen im Vergleich zu Aluminiumdruckgussteilen eine höhere Festigkeit auf. Experten behaupten, dass Zinkdruckguss mehrere gängige Nichteisenlegierungen hinsichtlich der Festigkeit übertrifft. Berichten zufolge sind Zinklegierungen 2,5-mal stärker als Aluminiumdruckguss.

 Welche Parameter unterscheiden Aluminium- und Zinkgussteile?

Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Schmelzpunkt und Wärmeleitfähigkeit unterscheiden die beiden Gussteile. Zinkguss zeichnet sich im Vergleich zu den anderen durch ein höheres Gewicht, einen niedrigeren Schmelzpunkt, eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und eine bessere Wärmeleitfähigkeit aus.

 Was ist korrosionsbeständiger: Zink oder Aluminium?

Aluminiumdruckgussteile weisen eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf als Zinkgussteile, wobei diese je nach pH-Wert variieren kann. Beispielsweise entspricht die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumguss in alkalischen Lösungen mit einem pH-Wert von 11 der von Zink.