Le zinc, quatrième métal le plus utilisé au monde, trouve une application principale dans la galvanisation. Il est également un composant essentiel de nombreux alliages, dont le Zamak. Cet alliage est une combinaison de zinc, d'aluminium, de cuivre et de magnésium.
Dès les premières étapes d'un projet, les spécialistes des alliages de zinc collaborent avec leurs clients et les concepteurs pour optimiser les produits. Durant la phase de conception, le spécialiste adapte la conception de la pièce, transformant la définition fonctionnelle numérique du client en une pièce industrialisable. Pour valider chaque étape du développement, des outils de simulation de contraintes, de remplissage, ainsi que du prototypage rapide sous forme de maquette ou déjà en zamak, sont mis à disposition. Ce n'est qu'après ces validations que les outillages, pièces maîtresses du développement, sont conçus pour garantir la production de milliers de pièces conformes au cahier des charges.
Mise en œuvre des alliages de zinc
Les alliages de zinc sont principalement mis en œuvre dans la technologie du moulage sous pression à chambre chaude. Cette méthode est privilégiée en raison de leur excellente fluidité, de leur stabilité dimensionnelle, de leur aptitude à la décoration et de leur résistance à la corrosion.
Le procédé de moulage sous pression comprend un couple moule/machine, un ensemble d'ouverture/fermeture, un système d'injection et un équipement de fusion qui maintient l'alliage à l'état liquide. Après le moulage, la pièce est séparée de son système d'alimentation. Si l'alimentation est rectiligne, cette séparation se fait sans outil ; dans le cas d'une alimentation complexe, un outil de découpe est utilisé. Pour les pièces de petites tailles, un système de tonnelage est employé.
Une conception de pièce judicieuse, combinée au procédé d'injection des alliages de zinc, permet d'obtenir des pièces aux formes complexes, avec des détails précis et un fini de surface qui rendent souvent les usinages superflus. Cependant, des opérations de finition peuvent parfois être nécessaires.
Les différentes nuances de Zamak et leurs propriétés
Le Zamak est un matériau très apprécié des concepteurs pour sa résistance mécanique élevée, sa dureté et sa rigidité. Son nom commercial remonte à 1926. Il s'agit d'une famille d'alliages dont le zinc constitue la composition principale à hauteur de 95 %.
Grâce à sa grande fluidité, le zamak peut être coulé avec des parois plus fines que d'autres alliages moulés sous pression. Il existe plusieurs types de Zamaks, parmi lesquels les plus couramment utilisés en moulage sous pression sont le Zamak 12, le Zamak 13 et le Zamak 15. La principale différence entre ces nuances réside dans leur taux de cuivre, allant de 0 à 3 %, ce qui influence leurs propriétés.
Zamak 5 : Un alliage performant
Le Zamak 5 est un alliage à base de zinc et d'aluminium, particulièrement apprécié dans les applications structurelles. Il s'agit d'une variante de haute pureté offrant une résistance et des performances améliorées. Il contient davantage de cuivre que le Zamak 3, ce qui augmente sa résistance et sa dureté.
Ses caractéristiques principales incluent :
- Point de fusion (380-386°C) : Son point de fusion bas permet une coulée sous pression économe en énergie.
- Allongement à la rupture : Avec un allongement modéré (environ 7 %), il offre une bonne flexibilité pour le formage après coulée.
- Castabilité : Une excellente coulabilité garantit la production précise de formes complexes et de pièces à parois minces.
Le Zamak 5 est très ductile, facile à cintrer et à sertir sans se fissurer. C'est un alliage robuste et polyvalent, offrant une bonne résistance mécanique, une bonne coulabilité et une bonne résistance à la corrosion. Ses performances sont supérieures à celles du Zamak 3, le rendant idéal pour des applications améliorées et mécaniquement fiables. Il représente un choix économique et performant pour l'industrie automobile.
Autres nuances de Zamak et alliages de zinc
Le Zamak 3 est exempt de cuivre (<0,03 %) et présente une résistance à la traction de 283 MPa avec un allongement de 20 %. Sa ductilité supérieure le rend adapté aux pièces de taille compacte ou de forme complexe.
Le Zamak 2, quant à lui, contient une quantité plus élevée de cuivre (2,7-3,3 %) et affiche une résistance à la traction de 328 MPa. Il est utilisé pour les composants soumis à de fortes contraintes.
D'autres alliages de zinc, tels que le ZA8, le Superloy et l'AcuZinc 5, sont également utilisés pour des applications spécifiques, offrant des propriétés mécaniques et thermiques variées.
Le tableau suivant présente une comparaison simplifiée de certaines propriétés mécaniques pour différents alliages de zinc moulés sous pression :
| Alliage | Résistance à la traction (MPa) | Allongement (%) | Dureté (HB) |
|---|---|---|---|
| Zamak 2 | 328 | - | 100 |
| Zamak 3 | 283 | 20 | - |
| Zamak 5 | 310 | 7 | - |
| ZA8 | 386 | - | - |
| Superloy | - | - | 120 |
| AcuZinc 5 | 350 | - | - |
Applications polyvalentes du Zamak
Le Zamak est un matériau polyvalent qui s'adapte à de nombreux usages, notamment dans les instruments de précision, l'outillage, l'électricité, la quincaillerie, et bien plus encore. Sa résistance mécanique élevée, sa dureté et sa rigidité en font un matériau d'exception très apprécié des concepteurs.
En raison de ses propriétés, le zamak est idéal pour la fabrication de bijoux et d'accessoires fantaisie, ainsi que comme complément indispensable aux vêtements en cuir et en fourrure. Il constitue également un avantage de taille pour les accessoires utilisés dans la fabrication de poignées de porte, rampes d'escalier, balustrades ou garde-corps.
Grâce à son excellente coulabilité sous pression, le zamak permet de réaliser des pièces fines et complexes telles que des clips de verre, des chapes, des ferrures de garde-corps, des embases et des embouts. Sa haute résistance mécanique, sa grande rigidité, sa longue durée de vie et ses performances optimales le rendent idéal pour une installation en intérieur, en extérieur, voire dans des environnements difficiles (marins, tropicaux, etc.).
Les avantages du zamak en électronique sont également nombreux. Dans l'industrie automobile, l'usage du zamak répond parfaitement à la volonté des constructeurs de réduire les émissions en créant des véhicules plus légers, car la réduction du poids total du véhicule limite l'énergie nécessaire à son déplacement.
Avantages et considérations techniques
Le Zamak est un matériau haut de gamme, 100 % recyclable, doté d'une bonne résistance et d'une bonne déformabilité plastique, tout en restant abordable. Comparé aux alliages d'aluminium ou de magnésium, le Zamak 5 est plus abordable tout en offrant une résistance et une durabilité fiables.
Ses propriétés mécaniques fiables et prévisibles en font un atout majeur. Le Zamak 5 présente une résistance aux chocs modérée et sacrifie légèrement sa ductilité au profit de sa résistance et de sa dureté. Il offre un excellent compromis entre résistance, coulabilité et qualité de finition, le rendant largement utilisé dans diverses applications industrielles et commerciales.
La surface lisse du Zamak 5 après coulée le rend idéal pour les pièces destinées à être électroplaquées, peintes ou revêtues de peinture en poudre. Il accepte une vaste gamme de finitions, de la galvanoplastie au revêtement en poudre, en passant par la peinture et le chromatage.
Bien que moins résistant à la corrosion que l'aluminium ou l'acier inoxydable, le Zamak 5 offre de bonnes performances dans la plupart des environnements intérieurs ou protégés. Il peut cependant présenter une corrosion galvanique en présence de métaux plus nobles, comme l'acier.
Les alliages de zinc peuvent perdre de leur résistance à des températures élevées : jusqu'à 40 % à 150°C (Zamak) et 60 % à 200°C (ZA-8).
Procédés de fabrication et finition
Le moulage sous pression est le procédé de fabrication principal des alliages Zamak. Il existe deux variantes principales :
- Moulage sous pression à chambre chaude : Ce procédé, adapté aux métaux à bas point de fusion, est très rapide et efficace pour la production en grande série.
- Moulage sous pression à chambre froide : Utilisé pour les alliages à point de fusion plus élevé, il est plus lent que la chambre chaude.
D'autres procédés comme la coulée par gravité et le moulage au sable existent, mais le moulage sous pression est privilégié pour les alliages Zamak en raison de la précision et de la qualité de surface qu'il permet d'atteindre.
La finition des surfaces est cruciale pour améliorer la qualité et les propriétés des alliages. Le revêtement en poudre est une option populaire pour obtenir une belle apparence et améliorer la résistance à la corrosion, permettant aux pièces de survivre à plus de 500 heures de tests de pulvérisation saline.
Recyclabilité et aspects économiques
Les alliages de zinc, y compris le Zamak, sont des matériaux écologiques, solides et économiques. Ils sont 100 % recyclables, pouvant être refondus à des températures relativement basses (420-450 °C), ce qui permet de réduire l'apparition de crasses et de minimiser les pertes de matière.
Comparés à l'aluminium ou à l'acier inoxydable, les alliages de zinc permettent des économies allant jusqu'à 40-60 % pour la fabrication de pièces de taille compacte. La sélection des options de moulage sous pression peut réduire davantage les coûts.
Le Zamak offre une combinaison de performances techniques et d'avantages économiques que peu d'autres alliages peuvent égaler en matière de production métallique à grande échelle.