Was ist Zink? Legierungen, Eigenschaften, Anwendungen

Bild zum Material Zink 

Zink ist ein korrosionsbeständiges Metall, das in der Natur in Form von Sphalerit (ZnS), Zinkcarbonat (Sphalerit) und Galmei vorkommt. Es ist das 24. häufigste und das vierthäufigste verwendete Material. Die Verwendung von Zink und seinen Legierungen durch den Menschen reicht 4 Jahre zurück, und dennoch ist es nach wie vor eines der wichtigsten Metalle in der modernen Industrie. 

Die Verwendung von Zink ist in Fahrzeugen, elektrischen Systemen, architektonischen Elementen, verzinkten Beschichtungen usw. leicht zu erkennen. Diese Artikel werden durch CNC-Bearbeitung, Guss oder Blechverarbeitung hergestellt.  

Das Verständnis verschiedener Aspekte des Zinkmaterials kann Ihnen bei der Auswahl der richtigen Legierung für Ihr nächstes Fertigungsprojekt helfen. Wir besprechen Eigenschaften, Legierungstypen, Bearbeitbarkeit und vieles mehr.

Was versteht man unter einem Zinkmaterial?

Zinkmetall 

Der Begriff „Zinkmaterial“ ist nicht auf reine Metallformen beschränkt, sondern umfasst auch eine breite Palette von Zinklegierungen. Er bezeichnet entweder reines Zink oder jedes Material, dessen Zusammensetzung einen überwiegenden Zinkanteil aufweist. 

Zink wird durch „Zn“ symbolisiert und hat die Position „30“ im Periodensystem. Zink und seine Legierungen bieten gute elektrische, mechanische und chemische Eigenschaften. Aufgrund seiner natürlichen Korrosionsbeständigkeit wird Zink auch zur Beschichtung verschiedener Materialien durch Galvanisierung verwendet. Darüber hinaus ist das Erscheinungsbild bläulich hellgrau, was die ästhetischen Vorteile unterstreicht.

Fertigungstechniken wie CNC-Bearbeitung, Druckguss und Blechbearbeitung werden verwendet, um Zinkrohstoffe zu einem fertigen Teil oder Produkt zu verarbeiten.

Kurze Geschichte des Zinks 

Obwohl frühe Spuren der Nutzung im antiken Griechenland während der Bronzezeit zu sehen sind, sind einige bedeutende Fortschritte zu erkennen bei 200 BCE von den Römern, als sie eine effiziente Methode entwickelten, um aus Oxiderzen Messing zu gewinnen und mit Kupfer zu vermischen. 

Im 4. und 3. Jahrhundert v. Chr. begann man auch in Indien mit der Zinkgewinnung. Im 15. Jahrhundert begann dann in China die großflächige Gewinnung und Produktion. Danach gewann es an Popularität für industrielle Anwendungen und Zinküberzug für Eisen und Stahl im späten 18. Jahrhundert.

Physikalische, mechanische und chemische Eigenschaften von Zink 

Zink ist ein hellgraues Material mit einem Schmelzpunkt von 419.5 °C und einer Zinkdichte von 7.134 g/cm³. Es weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, eine gute elektrische Leitfähigkeit, Formbarkeit und Duktilität. Im Allgemeinen bleibt das Zink in der Oxidationsstufe +2 und reagiert mild mit Säuren und Laugen.

Sehen wir uns nun die verschiedenen Eigenschaften und Fakten zu Zink an.

Physikalische Eigenschaften von Zink 

Zink enthält hexagonale Kristallstrukturen mit dichten Schichten und ist hellgrau, was an Silber erinnert. Es hat niedrige Schmelz- und Siedepunkte, was sich positiv auf das Gießen auswirkt, die thermischen Anwendungen jedoch einschränkt. Die folgende Liste beschreibt weitere physikalische Eigenschaften von Zink.

• Metallische Struktur: Hexagonal dichteste Packung, Raumgruppe P6₃/mmc
• Dichte: 7.134 g/cm³ bei Raumtemperatur.
• Schmelzpunkt: 419.5 ° C
• Siedepunkt: 907 ° C
• Oberflächentextur: Glänzend bläulich-weiß
• Wärmeleitfähigkeit: ~120 W·m⁻¹·K⁻¹ bei 25 °C

Mechanische Eigenschaften von Zink 

Galvanisierung

Reines Zink ist ein weiches Metall mit vergleichsweise geringer Zugfestigkeit und geringem Elastizitätsmodul. Die Zugfestigkeit steigt jedoch in der Legierungszusammensetzung Zamak 350 (Zn-Al-Cu) auf 2 MPa. Darüber hinaus bietet es eine gute Formbarkeit und Duktilität.

In der folgenden Liste sind die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Zink aufgeführt. 

Chemische Eigenschaften von Zink 

Erstens wirkt die Zinkoberfläche selbst als natürliche Korrosionsbarriere. Sie reagiert mit Sauerstoff und bildet eine Oxidschicht. Anschließend reagiert sie mit Kohlendioxid weiter und bildet einen Karbonat- und Oxidfilm. Dieser Schutzfilm verhindert Rostbildung und Oberflächenzersetzung.

Zn+O2​+2H2​O→Zn(OH)

Zn(OH)2​→ZnO+H2​O 

ZnO+2CO2​+3H2​O→ZnCO3​⋅4Zn(OH)2​

Darüber hinaus ist seine Reaktivität gegenüber Säuren und Laugen gering, es bildet mit Säuren Zinksalze und mit Laugen Zinkat. 

Verschiedene Arten von Zinklegierungen 

Arten von Zinklegierungen

Neben reinem Zink sind Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5 und Zamak 7 die häufigsten Zinklegierungen. Sie alle gehören zur Zamak-Reihe und enthalten unterschiedliche Anteile an Aluminium, Magnesium und Kupfer. Daher sind Zink-Aluminium-Legierungen auch in der Maschinenbaubranche beliebt.

1. Zamak-Legierungen

Eine typische Zusammensetzung von Zamak-Legierungen besteht aus 94–96 % Zn, 3.5–4.3 % Al, 0.03–1.25 % Cu und 0.02–0.05 % Aluminium. Das Aluminium in den Zamak-Legierungen erhöht die Festigkeit, Härte und das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Kupfer verbessert die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, während Magnesium die Fließfähigkeit beim Gießen oder Formen verbessert. 

Zamak 2 ist härter und fester als andere Sorten. Zamak 3 bietet die höchste Fließfähigkeit beim Gießen, während Zamak 5 zusätzliches Kupfer enthält, das die Härte und Abriebfestigkeit erhöht. 

2. Zink-Aluminium-Legierungen 

Diese Legierungen weisen eine noch höhere Zugfestigkeit und Härte als Zamak-Legierungen auf. Der hohe Aluminiumanteil in der Zusammensetzung verbessert die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von reinem Zinkmetall. Die gängigen Zink-Aluminium-Legierungen sind ZA-8, ZA-12 und ZA-27, wobei der Aluminiumanteil im Namen angegeben ist. 

Ein Hauptnachteil von ZA-Legierungen ist, dass zugesetztes Aluminium die Fließfähigkeit verringert, was im Druckgussverfahren ein großes Problem darstellt. Ansonsten hat es bei CNC-Bearbeitungsprozessen keine Auswirkungen. Für einen Vergleich lesen Sie weiter „Zinklegierung vs. Aluminium“.

3. Andere Zinklegierungen 

Produkte aus Zinklegierungen 

Neben ZA und Zamak werden in der Fertigung auch andere Legierungen wie Zink-Nickel, Zink-Zinn, Zink-Blei und hochfeste Zinklegierungen verwendet. Bleibasierte Legierungen verbessern die Zerspanbarkeit, Zink-Nickel verbessert die mechanischen Eigenschaften und hochfeste Legierungen sorgen für die gewünschte Festigkeit und Robustheit von Struktur- und Automobilteilen. 

Herstellungsverfahren für Zinkteile und -produkte 

Zur Herstellung von Zinkteilen und -produkten kommen verschiedene Fertigungsverfahren zum Einsatz, darunter Zinkbearbeitung, Druckguss, Blechbearbeitung und 3D-Druck. CNC-Bearbeitung und Guss sind jedoch die zwei vorherrschenden Methoden.

Lassen Sie uns diese genauer besprechen.

Zinkdruckguss 

Zinkdruckgussform

Beim Druckgussverfahren wird geschmolzenes Zink in eine vorgefertigte Form, die sogenannte „Matrize“, gespritzt. Anschließend fließt es in den Formhohlraum und erhält beim Erstarren die äußere Kontur. Der Guss erfolgt unter hohem Druck von 1000 bis 2000 psi. Die Form wird aus Werkzeugstahl oder Gusseisen durch präzise Bearbeitung hergestellt. 

Dieses Verfahren eignet sich für die Produktion von Zinkartikeln in großen Stückzahlen mit hervorragender Wiederholgenauigkeit. Die wiederverwendbare Form macht das Verfahren zudem kostengünstig. Zinkdruckguss findet in zahlreichen Branchen Anwendung. 

Zu den wichtigsten Anwendungen zählen Türgriffe, Innenverkleidungen, Motorraumkomponenten, Elektronikgehäuse und dekorative Beschläge. Wie ist es im Vergleich zum Aluminiumdruckguss? Lesen Sie weiter Zinkdruckguss vs. Aluminiumdruckguss hier.

CNC-Bearbeitung von Zink

CNC-Bearbeitung von Zink 

Die spanende Bearbeitung eignet sich besser für komplexe und präzise Zinkteile. Sie ist zudem kostengünstig für die Prototypenfertigung. Dabei wird aus einem Zinkblock, -stab, -stange oder einem anderen Werkstück durch Materialabtrag die gewünschte Form erzeugt. Je nach Geometrie und Komplexität kommen Fräsen, Drehen, Bohren, Gewindeschneiden, Schleifen und andere Verfahren zum Einsatz.

Für CNC-Bearbeitung, müssen Sie zunächst ein CAD-Modell mit Konstruktionssoftware wie SolidWorks und AutoCAD erstellen, gefolgt von der entsprechenden CNC-Programmierung (G&M-Codes). Anschließend führt die CNC-Maschine den Code aus und steuert die Bewegung des Werkzeugs/Werkstücks in einen festen Pfad zur Materialentfernung. Durch diese Automatisierung ermöglicht sie die Herstellung präziser kundenspezifische Teile mit Toleranzen von nur ±0.01 mm.

Zamak und ZA-Legierungen eignen sich aufgrund ihrer guten Bearbeitbarkeit für die Zinkbearbeitung. Anwendungsbeispiele für CNC-bearbeitete Zinkteile sind mechanische Führungen, elektrische Steckverbinder, Sensorgehäuse und Zierleisten. 

Anwendungen von Zinkmaterial 

Anwendungen von Zink 

Derzeit wird fast die Hälfte des weltweit verbrauchten Zinks für die Galvanisierung verwendet. Dabei wird eine schützende Zinkschicht auf Eisen, Stahl und anderen Metallen erzeugt. Darüber hinaus werden verschiedene Zinklegierungen mithilfe unterschiedlicher Herstellungsverfahren zu den gewünschten Teilen verarbeitet.

Zink wird üblicherweise in der Medizin-, Elektronik-, Automobil-, Architektur-, Bau- und Schifffahrtsindustrie eingesetzt. 

1. Galvanisierung

Zink verbindet sich fest mit dem Trägermaterial und bildet eine dünne, korrosionsbeständige Schicht, die die Lebensdauer des Produkts um bis zu 50 % verlängert. Hierzu kommen Verfahren wie Feuerverzinkung, galvanische Verzinkung und thermische Beschichtung zum Einsatz. Beispielsweise wird Feuerverzinkung zum Beschichten von Strukturträgern, Leitplanken, mechanischen Befestigungselementen und Förderbändern verwendet.

2. Automobilindustrie 

Zur Herstellung von Zink-Autoteilen werden im Allgemeinen Guss- und CNC-Bearbeitungsprozesse eingesetzt. Zinklegierungen werden hauptsächlich für Dekorationsartikel oder Strukturteile für geringe bis mittlere Belastungen verwendet. 

Legierungen wie Zamak 3, 5 und 7 werden gegossen oder bearbeitet, um daraus Türschlossgehäuse in Fahrzeugen, Lenkungskomponenten, Zierleisten, Befestigungselemente und mehr herzustellen. 

3. Medizinische Industrie 

Zink findet Anwendung im medizinischen Bereich, von Defibrillatoren bis hin zu Stethoskopen. Interessant ist auch, dass Zink auch für unser Immunsystem von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus verfügt Zink über günstige mechanische Eigenschaften für einige interne Fixierungs- und Stentanwendungen.

4. Elektronik-Industrie

Zink wird in Energiespeicherbatterien, Sensoren und Optoelektronik verwendet. Darüber hinaus werden Steckverbinder, Gehäuse, kommerzielle Elektroden und viele andere Artikel aus Zinkmaterial hergestellt. 

5. Architektur & Bauwesen

Zink wird zum Verzinken von Konstruktionsträgern, Dächern und Architekturplatten verwendet. Darüber hinaus werden Produkte wie Zierleisten, Fassaden, Badezimmerarmaturen und Verkleidungssysteme mit Zink hergestellt. 

6. Meeresindustrie 

Eine weitere Branche, die stark von der hohen Korrosionsbeständigkeit von Zink profitiert, ist die Schifffahrtsindustrie. Verschiedene Schiffsteile werden mit Zink beschichtet, um rauen Umgebungsbedingungen standzuhalten. 

Vor- und Nachteile von Zink 

Zin Vor- und Nachteile 

Zink ist ein vielseitiges Metall mit zahlreichen Vorteilen, darunter Korrosionsschutz, vielfältige Legierungszusammensetzungen, antibakterielle Eigenschaften und elektrische Leitfähigkeit. Gleichzeitig gibt es aber auch einige Einschränkungen. Es hat eine geringe Härte, Kriechfestigkeit und einen niedrigen Schmelzpunkt und ist in reiner Form recht spröde.

Was sind die Vorteile von Zinkmetall?

• • Korrosionsschutz: Zink verhindert Materialkorrosion durch die Bildung eines Karbonat- und Oxidfilms auf der Oberfläche. 
  • Legierungsoptionen: Zink kann mit Kupfer, Aluminium, Magnesium und anderen Metallen gemischt werden, um seine Eigenschaften zu verbessern. Die Legierungszusammensetzung ist flexibel. 
  • Hervorragende Verarbeitung: Da bearbeitete Zinkteile selbst eine glatte und gute Ästhetik bieten. Bei der Beschichtung erhalten Sie eine Reihe von Verzinkungsfarben zur Auswahl, wie Sie es brauchen. 

• Antibakteriell: Zink sorgt für Hygiene und ist selbst ein antibakterielles Metall. Dies ist besonders vorteilhaft in der Lebensmittelverarbeitung und in medizinischen Anwendungen, um Sauberkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

• Elektrische Leitfähigkeit: Zink ist ein guter elektrischer Leiter und daher für elektrische Verbindungen wie Steckverbinder und ähnliche Gegenstände geeignet.
• Recyclingfähigkeit: Zink kann durch Einschmelzen mit einer hohen Rückgewinnungsrate recycelt werden, was es zu einer umweltfreundlichen Option macht.

Was sind die Nachteile von Zinkmetall?

• Niedriger Schmelzpunkt: Zink hat einen niedrigen Schmelzpunkt und kann nicht in wärmeempfindlichen Anwendungen eingesetzt werden. 
• Sprödigkeit: Reines Zink ist von Natur aus spröde und weist eine geringe Zugfestigkeit auf.
• Chemische Reaktivität: Zink reagiert mit Säuren und Laugen und führt zu Materialzersetzung. Daher ist es nicht für saure und alkalische Bedingungen geeignet. 

Mehr lesen: Unterschied zwischen Verchromung, Verzinkung und Vernickelung

Kundenspezifische Zinkteile bei Boda: Druckguss- und CNC-Bearbeitungsdienste

Wir haben viele Arten und Anwendungen von Zink besprochen. Sie benötigen jedoch einen Fertigungspartner, um Zinkrohstoffe in funktionale Teile und Produkte umzuwandeln. Bei der Auswahl eines zuverlässigen Partners müssen Sie einige Kriterien berücksichtigen, darunter Produktionskapazitäten, Branchenerfahrung, Materialverfügbarkeit und Budget. 

Boda könnte Ihren Kriterien hinsichtlich Qualität und Kosten unter verschiedenen Lieferanten und Herstellern entsprechen. Wir bieten Zinkdruckguss und Zinkbearbeitungsdienstleistungen basierend auf Ihrem Design. 

Unser Team verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Prototyping und in der Produktion für verschiedene Branchen. Wir unterstützen Sie von der Materialauswahl bis zur Nachbearbeitung und Oberflächenbehandlung. Laden Sie Ihr Design hoch und Anfrage vor Beginn Ihres Projekts. Bearbeitungsdienstleistungen

Fazit

Dieser Artikel behandelt viele Aspekte von Zink, von seinen Legierungen bis hin zu seinen Anwendungen und Herstellungsverfahren. Das Verständnis der Zinkeigenschaften und Legierungsarten kann Ihnen helfen, bessere Entscheidungen bei der Materialauswahl und der Wahl des Herstellungsverfahrens zu treffen. Letztendlich hängt das Endergebnis des Teils oder Produkts von der sorgfältigen Auswahl der richtigen Legierung, des Bearbeitungsverfahrens und des Herstellers ab. 

Wenn Sie weitere Fragen dazu haben, wie Sie Ihre Zinkteile effizienter und kostengünstiger gestalten können, wenden Sie sich an die Experten von Boda, ganz gleich, in welchem ​​Teil der Welt Sie sich befinden.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Zink?

Zink ist ein sprödes, korrosionsbeständiges Metall, das mit „Zn“ bezeichnet wird und an der 30. Position des Periodensystems liegt.

Wofür wird Zinkmetall verwendet? 

Zink wird hauptsächlich zum Verzinken von Stahl und Eisen verwendet, um Korrosion zu verhindern. Außerdem werden verschiedene Zinklegierungen maschinell verarbeitet oder zu Industriekomponenten gegossen.

Was wird aus Zink hergestellt?
Zu den Produkten, die aus Zink hergestellt werden oder Zink enthalten, gehören verzinkte Rohre, Dachrinnen, Dächer, Messingbeschläge, Druckgussgehäuse, Batteriegehäuse, Opferanoden und dekorative Beschläge.

Welches Metall lässt sich am einfachsten schmelzen?

Unter den in festem Zustand vorkommenden Metallen (mit Ausnahme von Quecksilber) ist Cäsium mit einem ungefähren Schmelzpunkt von 28.5 °C das am leichtesten zu schmelzende Metall. Wenn wir uns das alltägliche Metall ansehen, ist es Zink.