È meglio la zama o l’alluminio per i tuoi componenti in serie?

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Quando si inizia la propria produzione in serie di componenti, uno dei primi dubbi che potrebbe sorgere nella mente è: “scelgo la lega di zama o di alluminio?”
Ancora oggi mi capita di sentire qualcuno che afferma di preferire la lavorazione con l’alluminio perché lo ritiene “qualitativamente migliore” e dal peso più leggero della zama.
Spero che non sia il tuo caso.
Altrimenti te lo devo dire: se questi sono gli unici due parametri che ti hanno portato a scegliere l’alluminio al posto della zama, forse stai sbagliando qualcosa.
Prima di prendere una decisione così importante – come la materia prima da utilizzare per i tuoi componenti – è fondamentale conoscere tutti gli aspetti produttivi che possono essere valorizzati e potenziati da un materiale piuttosto che da un altro, e non soffermarsi su considerazioni superficiali e ormai datate.

Un tempo, è vero, si pensava che la zama fosse un materiale di scarsa qualità, adatto solo a produzioni poco costose e prive di esigenze particolari (se vuoi sapere il motivo, leggi anche “Perché la zama è una lega meno famosa di altri materiali?“). Oggi la situazione si è ribaltata: gli studi condotti nel corso degli anni, i risultati di milioni di applicazioni pratiche e la scoperta delle molteplici proprietà di questo materiale l’hanno portato ad una diffusione massiccia in più settori:

estetico;
elettronico;
automobilistico;
petrolchimico;
ecc.

Con questo non ti sto dicendo che la zama farà sicuramente al caso tuo.
Ma ti invito ad approfondire le sue caratteristiche prima di prendere una decisione molto importante per la tua produzione in serie. (Puoi approfondire a riguardo qui).
E ricorda:
affidati sempre ad un professionista del settore altamente specializzato!

Solo così avrai la certezza di non trascurare neanche il minimo dettaglio e poter conoscere a fondo tutti i pro e contro di ogni materia prima.

(Ecco perché dovresti rivolgerti sempre ad uno specialista della zama)

Ora vorrei presentarti una breve panoramica sulle proprietà meccaniche della zama messe a confronto con quelle dell’alluminio, in modo che tu possa farti una prima idea di valutazione.

Le stesse caratteristiche le avevamo già trattate confrontando le diverse leghe di zama nel seguente articolo: Proprietà meccaniche della zama a confronto.

Caratteristiche della zama e dell’alluminio a confronto.

Densità

La zama risulta essere circa 2,5 volte più densa dell’alluminio.
Si tratta di un valore puramente indicativo, perché le varie leghe di zinco presentano, in realtà, valori di densità leggermente differenti tra loro, a causa della composizione chimica del materiale di ciascuna.

Ecco una tabella indicativa delle densità, dove però, come ti ho appena detto, sono riportati dei valori puramente teorici.

La densità determina il peso del materiale e questo può essere un vantaggio o un difetto, a seconda del componente da realizzare.
Molte volte un peso maggiore può essere sinonimo di robustezza ed elevata qualità percepita.
In questi casi la zama è vincente sull’alluminio.

Ci sono situazioni, però, nelle quali il componente richiesto deve risultare leggero.
In casi come questi, verrebbe da preferire l’alluminio senza nemmeno pensarci.

Nella pratica non è così immediato, perché bisogna tener conto di più fattori.
Primo tra tutti, l’elevata colabilità della zama, che ti permette di lavorare sugli spessori del pezzo e ridurre così alcune zone.
Il risultato che puoi ottenere in questo modo è un componente molto alleggerito.

Quindi, giocando sugli spessori sottili, è possibile recuperare quella leggerezza richiesta, che in un primo momento sembrava impossibile.

Non è raro, perciò, trovare componenti pressofusi in zama che presentano spessori anche inferiori al millimetro.
In casi eccezionali si può arrivare anche ad avere pareti di 0,5 mm.

Allungamento % a rottura

L’allungamento percentuale alla rottura della zama è del 4-8%.

Paragonato all’alluminio, la zama ha valori di allungamento alla rottura decisamente più alti. Questi valori aiutano a prevedere in anticipo le fratture (e questo non è sempre possibile con altri materiali pressofusi).

Resistenza allo snervamento

Il carico di snervamento massimo delle leghe di zinco è di molto maggiore rispetto all’alluminio.
Questo significa che, se paragonata all’alluminio, la zama riesce a:

sopportare meglio gli sforzi da taglio;
subire una più ampia torsione;

resistere meglio a piegatura e compressione.

Resistenza all’urto

La resistenza all’urto della zama è molto alta e la lega migliore in assoluto, da questo punto di vista, è la ZL5.
Alla temperatura ambiente, è decisamente maggiore di quella dell’alluminio, valore che resta migliore anche a temperature molto basse (circa -40°C).

Modulo di elasticità

Per sollecitazioni di breve durata, il carico è determinato dal limite elastico del materiale e sotto questo aspetto, le leghe zama si trovano in una posizione di vantaggio rispetto a quelle di alluminio.

Carico di rottura

Il carico di rottura delle leghe di zinco è mediamente superiore a quello delle leghe da pressofusione a camera fredda.

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Durezza

I valori della durezza delle leghe zama sono ai vertici tra i materiali da produzione per componentistica e risultano maggiori anche rispetto all’alluminio.

In particolare, è la zama con più alte percentuali di rame ad avere una durezza maggiore.

Questo è sicuramente un vantaggio nel caso che i componenti vengano utilizzati in condizioni di elevata usura.

Conduttività termica

La conduttività termica della zama è paragonabile a quella dell’alluminio.

Resistenza elettrica

Anche la conduttività elettrica delle leghe di zinco è paragonabile a quella dell’alluminio.

Queste che abbiamo visto sono le caratteristiche fisico-meccaniche principali della zama a confronto con quelle dell’alluminio.

Come risulta evidente, la zama è quasi sempre vincente in termini di proprietà vantaggiose per il componente!

Per questo, preferire l’alluminio a priori solo perché si pensa che sia una lega più nobile è davvero sbagliato.

Quello che si deve valutare sono le reali necessità di progettazione e lavorazione che si hanno e quale materiale può soddisfarle al meglio.

Se vuoi conoscere nel dettaglio la zama e scoprire tutti i benefici a confronto con gli altri materiali comunemente utilizzati per la componentistica, scarica subito la mia guida GRATUITA :

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La zama si rovina con il tempo?

Mi viene spesso domandato se la zama si rovina con il passare degli anni.

Abbiamo tutti presente l’effetto dell’argento o del rame, che anneriscono con il tempo e che spesso causano segni antiestetici sul corpo se indossati come gioielli.

Ebbene, la zama non si rovina al pari di questi metalli. Se viene protetta con opportuni trattamenti superficiali non annerisce e non macchia nemmeno la pelle a contatto con il sudore.

Anche per questo trova largo impiego nella produzione di gioielli e altri accessori di bigiotteria. Inoltre, le leghe di zinco sono particolarmente resistenti.

Sappiamo bene che la zama è una lega metallica composta prevalentemente da Zinco abbinato ad altri elementi, come l’Alluminio e il Rame.

Questa lega è nata con lo scopo di rendere un ottimo materiale, come lo Zinco, più duro e robusto, ma al tempo stesso anche più duttile per essere lavorato.

Quindi nel caso delle leghe di zinco si può parlare di una maggior resistenza:

agli urti,
all’usura e
alla corrosione.

Gli articoli prodotti in zama pressofusa durano di più, quindi, rispetto a quelli prodotti con altre leghe o con la plastica, proprio grazie alla durezza del materiale con cui vengono realizzati (paragonabile a quella della ghisa o dell’ottone).

Come migliorare la resistenza alla corrosione della zama

La zama ha una buona resistenza alla corrosione, sia in condizioni atmosferiche normali, sia a diretto contatto con prodotti petroliferi.

La zama può essere tranquillamente utilizzata anche senza alcun trattamento superficiale in certi ambienti chiusi, ma per aumentare maggiormente la sua durata nel tempo, soprattutto in condizioni estreme, è sufficiente aggiungere un processo di finitura galvanica.

A seconda dei casi, questo passaggio potrà privilegiare l’aspetto tecnico o quello estetico.

Quando scegliere allora una finitura più tecnica o una estetica per proteggere la zama dalla corrosione?

Lo vediamo subito.

Trattamenti tecnici:

Il loro unico scopo è quello di migliorare le proprietà anticorrosive del materiale e di difenderlo ancora di più dagli agenti aggressivi.

Esistono dei trattamenti che possono arrivare a garantire una protezione alla corrosione vicina alle 1000 ore in nebbia salina.

Questo è un aspetto molto interessante in quanto, da una parte la longevità di un componente pressofuso in zama può aumentare notevolmente nel tempo, dall’ altra questi trattamenti possono estendere il campo di utilizzo della lega stessa ad ambienti particolarmente aggressivi dal punto di vista corrosivo.

I trattamenti galvanici tecnici sono ottimi per elevare le capacità anticorrosive della zama. Essi però non sono adatti per aumentare la bellezza superficiale dei pezzi prodotti.

Per questo trovano largo impiego specialmente nella componentistica nascosta, dove l’aspetto estetico è decisamente secondario.

Trattamenti estetici:

I trattamenti estetici più diffusi e comunemente utilizzati sono:

– cromatura,

– nichelatura,

– ramatura,

– ottonatura,

– stagnatura,

– doratura,

– argentatura,

– ecc.

Ognuno di questi può essere declinato in una serie di varianti, come ad esempio finitura lucida, finitura opaca, finitura satinata, effetti di invecchiamento, passivazioni chiare o scure, ecc.

Il loro scopo è quello di valorizzare l’aspetto dei tuoi componenti, preservandone anche la funzione anticorrosiva, seppur in maniera limitata rispetto alle finiture di tipo tecnico.

Se vuoi conoscere meglio i trattamenti dei componenti in zama e come avviene la loro lavorazione, puoi trovare le informazioni più dettagliate nella mia guida:

“Leghe di Zinco: scopri perché utilizzarle per produrre i tuoi componenti”

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Dove viene usato lo Zinco e sue proprietà

Lo Zinco puro è un metallo non ferroso caratterizzato da una struttura cristallina.
Lo zinco come materiale è molto diffuso, tanto da essere in quarta posizione nella classifica della produzione globale dei metalli, dopo ferro, alluminio e rame.
Ma lo zinco dove si trova?
Non esiste libero in natura, bensì viene estratto dai suoi minerali, caratterizzati da nomi particolari, quali:

blenda,
calamina,
smithsonite,
franklinite,
willemite,
zincite.

Più che produzione dello zinco si deve parlare perciò di “estrazione”, che può avvenire in due modi differenti, a seconda delle reazioni utilizzate:

Per via termica;
Per via elettrolitica.

Lo zinco metallico e le sue leghe nella storia

Lo zinco metallico si è sempre rivelato una risorsa fondamentale per l’uomo.
Il suo utilizzo risale sin dall’antichità: pensa che sono stati rinvenuti oggetti a base di zinco puro all’87%, riconducibili addirittura all’età preistorica.

Ancora oggi ne siamo circondati in tutta la nostra quotidianità, dal momento che si impiega lo zinco per la produzione di articoli dei più svariati settori industriali.

Lo zinco puro viene spesso aggiunto come componente fondamentale per realizzare leghe molto conosciute.

Tra queste le più antiche sono gli ottoni che, in percentuali variabili, contengono sia zinco che rame al loro interno.
Addirittura gli antichi Romani, nel 30 d.C., erano soliti lavorare l’ottone.
Riscaldavano la calamina (uno dei minerali dello zinco), assieme al rame, in un apposito contenitore. Si veniva così a formare la lega di rame-zinco, che veniva versata liquida in un apposito stampo e da lì poi lavorata.

A cosa serve lo zinco: proprietà per l’uomo

Lo zinco è anche indispensabile per il corretto funzionamento del nostro organismo, poiché fa parte di moltissimi processi cellulari.

Proprio per le proprietà che ha lo zinco, viene coinvolto in diverse attività di tutto il corpo, in particolare:

potenziamento del sistema immunitario;
funzionamento dell’apparato ormonale;
lavoro muscolare;
capacità visiva;
crescita dei capelli;
guarigione delle ferite;
e altri.

Lo zinco è anche fondamentale per l’attività dell’alcol deidrogenasi, un enzima utilissimo nello smaltimento delle bevande alcoliche.
Senza zinco, anche un semplice bicchiere di vino ti potrebbe intossicare!

Il problema è che non viene prodotto dal nostro organismo, ma dev’essere assimilato attraverso il cibo.

Per questo è importante avere una dieta bilanciata e consumare alimenti che contengano zinco, come:

carne;
pesce;
uova;
latticini;
semi;
legumi;
cereali integrali;
soia;
alghe:
e molti altri.

Dato il suo coinvolgimento chiave in più funzioni metaboliche, una carenza di zinco può essere pericolosa per l’organismo.
Anche per questo motivo, viene quasi sempre inserito negli integratori in commercio.

A cosa serve lo zinco: utilizzo nella produzione a livello industriale

In metallurgia, lo zinco – come materiale – è protagonista di applicazioni molto interessanti, dal momento che:

È uno dei principali componenti nelle leghe della famiglia degli ottoni, come abbiamo già visto.
È impiegato per ricoprire galvanicamente altri materiali – come il ferro e la zama – grazie alla sua azione anticorrosiva.

Tra le proprietà dello zinco metallico c’è, infatti, la capacità di ricoprirsi con uno strato ossido, che lo protegge dagli agenti atmosferici.

Il colore dello zinco è tale che viene utilizzato, sotto forma di ossido di zinco, come pigmento per i colori chiari nelle vernici ad acqua.
Trova impiego nella costruzione di batterie in forma di fogli di zinco arrotolato.
Lo zinco metallico è anche il componente principale di una famiglia di leghe chiamata “ZAMA”.

Nate attorno al 1930, le leghe dal nome “Zama” sono formate da zinco di elevata purezza unito a piccole percentuali di rame, ma anche magnesio e alluminio.

L’aggiunta di questi elementi, ha permesso di trasformare un metallo fragile e poco resistente, come lo zinco, in un materiale caratterizzato proprio da elevata durezza e resistenza.

Queste proprietà hanno reso la zama una materia prima molto utilizzata tutt’oggi, anche per il fatto che all’elevata robustezza si uniscono un’ottima duttilità ed una colabilità eccellente, una volta fusa.

Proprio per questo, il metodo di lavorazione utilizzato per tali leghe prevede un processo di riscaldamento del metallo e poi una fase di stampaggio, e prende il nome di “PRESSOFUSIONE A CAMERA CALDA”.

Essendo la lega zama molto versatile, trova centinaia di applicazioni in tantissimi settori industriali.

Questo perché offre tutta una serie di vantaggi legati alla progettazione, lavorazione e resa finale, che permettono al produttore di risparmiare tempo e denaro rispetto all’utilizzo di altre materie prime, ottenendo al contempo un prodotto di alta qualità e durata nel tempo.

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Caratteristiche chimico-fisiche della zama

Se ti stai chiedendo come riconoscere la zama, dove si trova e quando è più conveniente utilizzarla, ti sarà tutto più chiaro una volta comprese a fondo le sue caratteristiche chimico-fisiche e anche quelle meccaniche.

Viene infatti utilizzata in tutte quelle situazioni in cui sono richieste le sue proprietà come: durezza, resistenza, peso specifico, limitata corrosione ne tempo, facilità di lavorazione, ecc.

Essendo una lega chimica, le sue proprietà sono influenzate sicuramente dallo zinco, responsabile delle caratteristiche principali, poiché determina soprattutto la densità della zama ma anche il peso specifico della zama, e molto altro.

Trattandosi di una lega di zinco e non del materiale puro, ci sono però anche altri componenti che partecipano alla formulazione e ne influenzano le proprietà.
Se il peso specifico dello zinco è più o meno sempre mantenuto, i metalli che vengono aggiunti possono andare ad influenzarne la resistenza, la durezza, ecc.

In effetti, quando si parla di zama, sarebbe più corretto classificarla come una “famiglia di leghe”, dal momento che esistono più tipologie.
Gli appartenenti a questa famiglia si differenziano tra loro per le concentrazioni percentuali di ciascun elemento legato allo zinco. Si può avere infatti, una lega di rame e zinco, una lega di zinco e alluminio, ecc.

Abbiamo così le leghe stampabili a camera calda la Zama 2 (ZP2), la Zama 3 (ZP3), la Zama 5 (ZP5) e la Zama 8 (ZP8).

Esistono poi anche la Zama 12 (con il 12% di alluminio) e la Zama 27 (con il 27% di alluminio). Queste due leghe sono stampabili solo a camera fredda, perché le alte percentuali di alluminio in esse contenute innalzano la temperatura di fusione a tal punto da non rendere possibile il processo a camera calda.
Il punto di fusione dell’alluminio è infatti molto più alto rispetto a quello dello zinco o del punto di fusione del rame, ecc. Quindi leghe con alte concentrazioni di questo metallo andranno lavorate con un processo diverso.

Quando scegliere una lega di zama piuttosto che l’altra?

Dipende tutto dalle esigenze di progettazione e dal risultato finale che si vuole ottenere.

La ZP3 e la ZP5 sono quelle più utilizzate. Entrambe hanno un’elevata stabilità dimensionale, ma la ZP3 ha una miglior resistenza alla corrosione, mentre la ZP5 è da preferire se si vuole ottenere una resistenza all’impatto davvero alta.
La ZP2 è quella con caratteristiche meccaniche migliori, ma tende ad invecchiare più facilmente delle altre.
La ZP8, invece, offre una resistenza e una durezza del componente davvero elevate, ma di fatto non ha molto mercato a causa del costo elevato richiesto, per il materiale stesso e per la sua lavorazione.

Lavorare con una lega – anziché un metallo puro – offre diversi vantaggi.

Il sistema zinco-alluminio, al quale vengono poi abbinate piccole percentuali di altri elementi, permette di esaltare una caratteristica piuttosto che l’altra, a seconda delle esigenze.

La zama risulta così un materiale versatile e vantaggioso in termini economici, produttivi e di progettazione.

Facciamo un esempio: se aggiungiamo allo zinco l’alluminio – fino al 4,5%, altrimenti otteniamo l’effetto contrario – possiamo abbassare il punto di fusione.
Cosa vuol dire questo?
Che utilizzando la zama – anziché lo zinco puro – puoi risparmiare. Questo perché la quantità di calore richiesta per rendere la zama liquida, e quindi lavorabile, risulta inferiore a quella necessaria per fondere il metallo puro.
E il tutto si traduce in un bel vantaggio economico.

Oppure, sempre aggiungendo l’alluminio – e ancora meglio se ci abbini una piccola percentuale di rame – potresti aumentare la resistenza e la durezza dei tuoi componenti qualora il progetto lo richiedesse.

E così via.

Grazie alla conoscenza di come influisce ciascun elemento chimico su ognuna delle caratteristiche della lega, possiamo scegliere le percentuali più adatte per ottimizzare la lavorazione di un prodotto e modellare le sue qualità secondo le nostre esigenze.

Riassumo in uno schema le composizioni principali delle leghe di zinco:

	ZP3 (ZnAl4)	ZP5 (ZnAlCu3)	ZP2 (ZnAl4Cu3)	ZP8 (ZnAl4Cu1)

Alluminio %	3.7 – 4.3	3.7 – 4.3	3.7 – 4.3	8.0 – 8.8
Rame %	0.1	0.7 – 1.2	2.7 – 3.3	0.8 – 1.3
Magnesio %	0.025 – 0.05	0.025 – 0.05	0.025 – 0.05	0.015 – 0.03
Zinco%	resto	resto	resto	resto

Per comprendere meglio questo schema e capire nel dettaglio come ogni singola aggiunta possa modificare le caratteristiche della lega, bisogna studiare l’influenza determinata dai fattori chimici presenti.

Ti vorrei ricordare che quanto riportato nel mio blog fa sempre riferimento alla normativa attualmente in vigore. In particolare per questo argomento vorrei citare come fonte le Norme UNI EN 1774.

Vuoi conoscere tutte le caratteristiche della zama e scoprire i singoli vantaggi che può offrire ai tuoi…