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Un nouvel alliage de zinc haute fluidité

#Recherche&Développement
29/03/2017


Un nouveau matériau permet d’étendre les caractéristiques des alliages de zinc actuels et améliore l’efficacité énergétique.

Un nouvel alliage de zinc haute fluidité a vu le jour. Ce nouveau matériau permet aux fondeurs de réaliser des économies significatives et de consommer moins d’énergie. Nommé « HF » pour « Haute fluidité », cet alliage est le fruit d’un projet de plusieurs années. Ce projet a été géré par l’International Zinc Association, avec l’appui financier du département de l'Énergie des États-Unis.

L’alliage HF est basé sur les alliages ZAMAK que l’on connaît, avec une fluidité jusqu’à 40% supérieure. Les évaluations et essais industriels ont confirmé l’excellente fluidité de ce nouvel alliage, ainsi que la simplicité de son utilisation et de son adoption. Les tests ont montré qu’il possède des propriétés physiques, mécaniques et de résistance à la corrosion comparables à celles des alliages 3 et 7, et qu’il est le plus adapté pour le moulage sous pression de pièces dont l’épaisseur de coupe est inférieure à 0,45 mm. Cet alliage peut également être utilisé pour les pièces difficiles à remplir ou qui présentent des exigences élevées en matière de finition de surface.

Un cas concret d'utilisation de cet alliage de zinc haute fluidité par un fabricant de téléphone mobile est illustré ici.
 

LE ZAMAK : Une base solide


Les alliages de zinc présentent de nombreux avantages uniques pour le moulage sous pression : ils sont solides, durables et économiques. Leurs propriétés mécaniques sont supérieures à celles de la fonte d’aluminium, du magnésium, du bronze, des plastiques et des fontes. Ces caractéristiques, ainsi que les possibilités de finition supérieures et la multiplicité des procédés de moulage disponibles, font des alliages de zinc l’option de choix pour les procédés de moulage sous pression modernes.

Le zinc est également considéré comme l’alliage technique le plus économe en énergie en raison de son point de fusion bas et de sa capacité à permettre une mise en forme proche des dimensions finales. En effet, cette dernière propriété permet de limiter les opérations d’usinage. Autres avantages des alliages de zinc, ils offrent la vitesse de production la plus rapide et maximisent la durabilité des outils.
 

1. Le nombre d’opérations d’assemblage nécessaires est réduit.

Des ensembles entiers peuvent être moulés en une seule unité, ce qui permet d’éviter de coûteuses opérations d’assemblage manuelles.
 

2. La quantité de matériau requise est moindre.

La coulabilité supérieure du zinc, sa résistance et sa rigidité permettent la conception de pièces minces pour un poids réduit et des économies sur le coût du matériau.
 

3. Le nombre d’opérations d’usinage nécessaires est réduit.

Les alliages de zinc permettent une mise en forme proche des dimensions finales et éliminent ainsi les opérations d’usinage ou en limitent le nombre de manière significative.
 

4. Production faible, intermédiaire ou importante : le choix vous appartient.

Divers procédés de moulage permettent une fabrication à bas coût, quels que soient la taille des pièces et leur nombre.
 

5. Élimination des roulements et glissières.

Les excellentes propriétés de résistance aux frottements et à l’usure du zinc permettent une plus grande souplesse de conception et réduisent les coûts de fabrication secondaires en éliminant les petites glissières et les inserts d’usure.
 

6. Une production plus rapide et des outils plus durables.

La production de pièces moulées sous pression est bien plus rapide avec le zinc qu’avec l’aluminium ou le magnésium. Par ailleurs, les moules permettent souvent de produire plus d’un million de pièces, ce qui réduit considérablement les frais liés à l’outillage et à l’utilisation des machines.
 

Moins de poids = moins d’énergie


experience-zamak-alliage-haute-fluidité-decoprodLe poids joue un rôle majeur dans l’efficacité énergétique des pièces moulées, en particulier au niveau du transport des pièces finies, de leur utilisation (dans des véhicules par exemple), de leur récupération et de leur recyclage (une fois arrivées en fin de vie). Les pièces moulées étant créées selon des dimensions spécifiques, la seule façon de réduire leur poids est de sélectionner l’alliage dont la densité est la plus faible (au risque de limiter les performances) ou d’utiliser moins de matériau en réduisant l’épaisseur des parois. Cette dernière approche permet en outre de réduire la quantité de matériau à manipuler et à fondre, ainsi que la quantité de déchets.
 


Développement d’un alliage


Le moulage de sections minces en alliage technique est limité par les propriétés de moulage de l’alliage liquide, les propriétés thermiques du moule, la forme du composant à mouler et la conception du système introduction du métal, notamment les attaques et les canaux.

Les alliages de zinc permettent de mouler des parois moins épaisses que la plupart des autres alliages métalliques et procédés de moulage en raison du point de fusion très bas du zinc et de sa bonne fluidité pendant le moulage. Avant l’apparition du nouvel alliage HF, les moulages de zinc étaient limités à une épaisseur d’environ 0,75 mm. Le nouvel alliage améliore considérablement la fluidité. Il dépasse les objectifs fixés en matière d’épaisseur minimale et permet le moulage de pièces dont l’épaisseur des parois peut atteindre 0,25 mm.
 

Le nouvel alliage HF


Les évaluations et essais industriels ont confirmé l’excellente fluidité de l’alliage, ainsi que la simplicité de son utilisation et de son intégration aux procédés de moulage sous pression existants.
 

Résistance

Historiquement, les alliages de zinc destinés au moulage sous pression sont composés de 0,02 à 0,05 % de magnésium (Mg). Ces niveaux recommandés permettaient de s’assurer que les effets délétères liés aux impuretés de plomb (Pb), d’étain (Sn) et de cadmium (Cd) sur la résistance à la corrosion étaient neutralisés efficacement. Depuis, la pureté du zinc primaire raffiné s’est considérablement améliorée, au point qu’il est aujourd’hui quasiment dépourvu d’impuretés. Par conséquent, il est désormais possible d’abaisser le niveau spécifié de magnésium dans l’alliage HF à 0,01 % sans compromettre la résistance à la corrosion.

Comportement de la dépouille

La dépouille est créée sur des surfaces de coulée perpendiculaires au plan de joint pour garantir un démoulage efficace. La dépouille recommandée dépend de la profondeur ou de la longueur de l’empreinte par rapport au plan de joint. Dans de nombreux cas, l’alliage HF, comme la plupart des alliages de zinc pour moulage sous pression, peut être coulé sans dépouille si la température du moule est régulée avec soin afin d’éviter tout collage.

Finitions de surface

L’alliage HF, comme tous les alliages de zinc pour moulage sous pression, est compatible avec une vaste gamme de finitions de surface, y compris les traitements de conversion chimique, et notamment la galvanoplastie et la pulvérisation et cuisson de polymères. Il est possible d’obtenir n’importe quelle caractéristique esthétique et ainsi de donner au moulage l’apparence de l’or massif, du laiton vieilli, de l’acier inoxydable ou même du cuir. Dans la plupart des applications, les pièces moulées en zinc ne sont pas exposées à des environnements corrosifs, et ce sont donc des exigences esthétiques qui définissent quelle finition, le cas échéant, doit être utilisée.


Économies et impact sur le marché

Le nouvel alliage HF permet d’économiser du matériau et de l’énergie, mais également de réduire les coûts par rapport aux autres alliages techniques. Ses propriétés techniques uniques sont reconnues par certains concepteurs et utilisateurs.

Le nouvel alliage HF permettra également de concevoir des dissipateurs thermiques plus efficaces. Les performances des dissipateurs thermiques dépendent davantage de la surface des ailettes permettant le transfert de chaleur par convection que de l’épaisseur de ces ailettes, qui joue plutôt sur la conduction de la chaleur. L’alliage HF permet de produire des ailettes d’une épaisseur de 0,25 mm et ainsi de créer des dissipateurs thermiques haute performance, économiques et aux formes personnalisées. Les économies obtenues par rapport à des dissipateurs thermiques en aluminium usiné atteignent 75 %.

De plus, comme le zinc, l’alliage HF permet de recouvrir les connecteurs et boîtiers d’un blindage électromagnétique. Même dans les connecteurs Ethernet 10 Gbit/s, une épaisseur de 0,2 mm de zinc offre un blindage complet, évitant ainsi la diaphonie et le couplage du signal. Un autre avantage de cet alliage réside dans la possibilité de produire des pièces proches des dimensions finales.


Sources : IZA, NADCA, U.S. Department of Energy
Crédit photo : MRT Castings

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