Цинк обещает облегчить вес

Алюминий является популярным материалом для многочисленных применений в автомобильной промышленности. Но переход с алюминия на цинковые сплавы может значительно повысить долговечность и экологичность многих типов автозапчастей.

Инженеры Центра систем устойчивого производства при Крэнфилдском университете в Великобритании недавно изучили преимущества трех различных легких сплавов: алюминия-A380, магния-AZ91D и цинка-ZA8.

Цинковый сплав оказался более экологичным и более эффективным вариантом, особенно если принять во внимание такие факторы, как воздействие на окружающую среду, вызванное добычей металла, и качество производимых из него деталей.

И, несмотря на то, что алюминиевый сплав обычно дешевле, исследование показало, что цинковый сплав предлагает более высокую общую ценность, поскольку детали, которые он создает, вероятно, будут иметь гораздо более длительный срок службы, чем другие сплавы.

Цинковый сплав широко используется в качестве литейного материала благодаря низкой температуре плавления, универсальности, прочности и долговечности. Традиционно легкий материал используется в автомобилях высокого класса, где требуется альтернатива пластику. Типичные примеры включают внутренние компоненты, такие как ручки управления, переключатели и рычаги. Цинк также используется в деталях тормозов, корпусах дверных замков, компонентах ремней безопасности и дворниках.

«В последние годы автомобильные [инженеры] отдают предпочтение алюминиевым сплавам из-за их легкости и низкой стоимости», — говорит Константинос Салонитис, руководитель Центра систем устойчивого производства. «Алюминий часто выбирают перед другими сплавами из-за неспособности полностью принять во внимание экологичность конечного продукта».

«Теплофизические свойства цинковых сплавов позволяют производить автомобильные детали сложной конструкции с соблюдением строгих и узких допусков и высококачественной отделкой непосредственно в процессе литья под давлением», — добавляет Эманеле Пагоне, доктор философии, научный сотрудник моделирование устойчивого производства в Университете Крэнфилда. «Еще одно преимущество цинковых сплавов заключается в снижении энергопотребления при их производстве по сравнению с другими типичными материалами, отлитыми под давлением, такими как алюминий и магний.

«Такое низкое потребление энергии является следствием более низкой температуры плавления и меньшего количества тепла, необходимого для достижения точки плавления», — объясняет Пагоне. «Более низкие температуры также способствуют увеличению срока службы инструмента. Кроме того, сплавы цинка устойчивы к коррозии, что может быть важно для производства наружных автомобильных деталей».

По словам Пагона, цинк — чрезвычайно текучий металл. С ним легче работать, чем с алюминием, и он дает инженерам больше возможностей при литье деталей. Из цинка можно изготавливать детали сложной формы с более тонкими стенками. Эта способность компенсирует тот факт, что алюминий легче цинка.

Однако цинк создает множество проблем, которые необходимо решить, прежде чем он получит более широкое применение в автомобильной промышленности. Например, относительно большой вес сплавов цинка (и, как следствие, более высокий расход топлива) делает их менее привлекательными для автомобильной промышленности. Кроме того, из термопластов можно более экономично производить массово детали, не подвергающиеся значительным нагрузкам.

«Основная проблема связана со сравнительно большим весом цинковых сплавов, что снижает экономию топлива и качество езды транспортных средств», — говорит Пагоне.

С другой стороны, в электромобилях недостаток более тяжелых материалов можно уменьшить благодаря использованию рекуперативного торможения.

«Однако трудно предсказать, будет ли такое сокращение достаточным для значительного отхода от нынешнего доминирования [алюминия и других] легких материалов», — отмечает Пагоне. «Потенциальное будущее законодательство, которое принимает во внимание общую энергетическую нагрузку материалов, может отдать предпочтение цинковым сплавам перед легкими конкурентами.

«Также сложно делать надежные прогнозы из-за текущих усилий производителей производить все более крупные единичные детали с помощью процессов литья под высоким давлением», — добавляет Пагоне. «Например, мегалитейная машина, используемая для производства компонентов рамы Tesla Model Y, может повлиять на такие соображения».