El zinc es prometedor para el aligeramiento

El aluminio es un material popular para numerosas aplicaciones de aligeramiento automotriz. Pero cambiar de aluminio a aleaciones de zinc podría mejorar en gran medida la longevidad y la sostenibilidad de muchos tipos de autopartes.

Los ingenieros del Centro de Sistemas de Fabricación Sostenible de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido estudiaron recientemente los beneficios de tres aleaciones ligeras diferentes: aluminio-A380, magnesio-AZ91D y zinc-ZA8.

La aleación de zinc demostró ser una opción más sostenible y de mayor rendimiento, especialmente cuando se consideran factores como el impacto ambiental causado por la extracción del metal y la calidad de las piezas que produce.

Y, a pesar del hecho de que la aleación de aluminio suele ser menos costosa, el estudio encontró que la aleación de zinc ofrece un mejor valor general, porque es probable que las piezas que crea tengan una vida útil mucho más larga que las otras aleaciones.

La aleación de zinc se usa ampliamente como material de fundición debido a su baja temperatura de fusión, versatilidad, resistencia y durabilidad. Tradicionalmente, el material liviano se usa para aplicaciones automotrices de alta gama que requieren una alternativa al plástico. Los ejemplos típicos incluyen componentes interiores, como perillas de control, interruptores y palancas. El zinc también se usa en piezas de frenos, carcasas de cerraduras de puertas, componentes de cinturones de seguridad y limpiaparabrisas.

"En los últimos años, los [ingenieros] automotrices han preferido las aleaciones de aluminio por sus propiedades livianas y su menor costo", dice Konstantinos Salonitis, director del Centro de Sistemas de Fabricación Sostenible. "El aluminio se elige con frecuencia por delante de otras aleaciones debido a que no se tiene en cuenta completamente la sostenibilidad del producto final".

"Las propiedades termofísicas de las aleaciones de zinc permiten la fabricación de piezas automotrices con diseños intrincados utilizando tolerancias estrictas y estrechas con acabados de alta calidad, directamente a través del proceso de fundición a presión", agrega Emanele Pagone, Ph.D., investigadora en modelado de fabricación sostenible en la Universidad de Cranfield. "Otro beneficio de las aleaciones de zinc radica en su menor consumo de energía de fabricación en comparación con otros materiales típicos de fundición a presión, como el aluminio y el magnesio.

"Este menor consumo de energía es consecuencia de la menor temperatura de fusión y la menor entrada de calor necesaria para alcanzar el punto de fusión", explica Pagone. "Las temperaturas más bajas también favorecen una vida útil más larga de la herramienta. Además, las aleaciones de zinc son resistentes a la corrosión, una característica que puede ser importante para producir piezas para exteriores de automóviles".

Según Pagone, el zinc es un metal extremadamente fluido. Es más fácil trabajar con él que con el aluminio y brinda a los ingenieros más opciones al fundir piezas. Con zinc, puede fabricar piezas de formas complejas con paredes más delgadas. Esta capacidad compensa el hecho de que el aluminio es más liviano que el zinc.

Sin embargo, el zinc presenta numerosos desafíos que deben abordarse antes de que se utilice más ampliamente en la industria automotriz. Por ejemplo, el peso relativamente alto de las aleaciones de zinc (y el consiguiente mayor consumo de combustible) las hace menos atractivas para aplicaciones automotrices. Además, las piezas que no están sujetas a cargas significativas se pueden producir en masa de manera más económica con termoplásticos.

"El mayor desafío está relacionado con el peso comparativamente más alto de las aleaciones de zinc, lo que reduce la economía de combustible y la calidad de conducción de los vehículos", dice Pagone.

Por otro lado, con los vehículos eléctricos se podría reducir la desventaja de los materiales más pesados ​​gracias al uso del frenado regenerativo.

"Sin embargo, es difícil predecir si tal reducción sería suficiente para favorecer una desviación significativa del dominio actual del [aluminio y otros] materiales ligeros", señala Pagone. "La posible legislación futura que tenga en cuenta la carga energética general de los materiales podría favorecer a las aleaciones de zinc frente a los competidores ligeros.

"También es difícil hacer predicciones fiables debido a los esfuerzos actuales de los fabricantes por producir piezas individuales cada vez más grandes con procesos de fundición a presión a alta presión", añade Pagone. "Por ejemplo, la megamáquina de fundición utilizada para producir componentes del marco del Tesla Model Y podría afectar tales consideraciones".