Lo zinco mantiene la promessa di leggerezza

L'alluminio è un materiale popolare per numerose applicazioni di alleggerimento automobilistico. Tuttavia, il passaggio dalle leghe di alluminio a quelle di zinco potrebbe migliorare notevolmente la longevità e la sostenibilità di molti tipi di ricambi per auto.

Gli ingegneri del Sustainable Manufacturing Systems Centre dell'Università di Cranfield nel Regno Unito hanno recentemente studiato i vantaggi di tre diverse leghe leggere: alluminio-A380, magnesio-AZ91D e zinco-ZA8.

La lega di zinco si è rivelata un’opzione più sostenibile e con prestazioni più elevate, soprattutto se si considerano fattori come l’impatto ambientale causato dall’estrazione del metallo e la qualità delle parti prodotte.

E, nonostante il fatto che la lega di alluminio sia generalmente meno costosa, lo studio ha scoperto che la lega di zinco offre un valore complessivo migliore, perché le parti che crea hanno probabilmente una durata molto più lunga rispetto alle altre leghe.

La lega di zinco è ampiamente utilizzata come materiale di fusione grazie alla sua bassa temperatura di fusione, versatilità, resistenza e durata. Tradizionalmente, il materiale leggero viene utilizzato per applicazioni automobilistiche di fascia alta che richiedono un’alternativa alla plastica. Esempi tipici includono componenti interni, come manopole di controllo, interruttori e leve. Lo zinco viene utilizzato anche nelle parti dei freni, negli alloggiamenti delle serrature delle porte, nei componenti delle cinture di sicurezza e nei tergicristalli.

"Negli ultimi anni, le leghe di alluminio sono state preferite dagli [ingegneri] automobilistici per le loro proprietà leggere e il costo inferiore", afferma Konstantinos Salonitis, capo del Sustainable Manufacturing Systems Centre. "L'alluminio viene spesso scelto rispetto ad altre leghe perché non si tiene pienamente conto della sostenibilità del prodotto finale."

"Le proprietà termo-fisiche delle leghe di zinco consentono la produzione di parti automobilistiche con design complessi utilizzando tolleranze strette e ristrette con finiture di alta qualità, direttamente attraverso il processo di pressofusione", aggiunge Emanele Pagone, Ph.D., ricercatore in modellizzazione della produzione sostenibile presso l’Università di Cranfield. "Un altro vantaggio delle leghe di zinco risiede nel ridotto consumo energetico di produzione rispetto ad altri tipici materiali pressofusi, come l'alluminio e il magnesio.

"Un consumo energetico così basso è una conseguenza della temperatura di fusione più bassa e del minore apporto di calore necessario per raggiungere il punto di fusione", spiega Pagone. "Le temperature più basse favoriscono anche una maggiore durata dell'utensile. Inoltre, le leghe di zinco sono resistenti alla corrosione, una caratteristica che può essere importante per produrre parti esterne di automobili."

Secondo Pagone lo zinco è un metallo estremamente fluido. È più facile da lavorare rispetto all'alluminio e offre agli ingegneri più opzioni durante la fusione delle parti. Con lo zinco è possibile realizzare parti di forme complesse con pareti più sottili. Questa capacità compensa il fatto che l’alluminio è più leggero dello zinco.

Tuttavia, lo zinco presenta numerose sfide che devono essere affrontate prima che venga utilizzato più ampiamente nell’industria automobilistica. Ad esempio, il peso relativamente elevato delle leghe di zinco (e il conseguente maggiore consumo di carburante), le rendono meno attraenti per le applicazioni automobilistiche. Inoltre, le parti non soggette a carichi significativi possono essere prodotte in serie in modo più economico con i materiali termoplastici.

"La sfida principale è legata al peso relativamente più elevato delle leghe di zinco, che riduce il risparmio di carburante e la qualità di guida dei veicoli", afferma Pagone.

D’altro canto, con i veicoli elettrici lo svantaggio dei materiali più pesanti potrebbe essere ridotto grazie all’utilizzo della frenata rigenerativa.

"Tuttavia, è difficile prevedere se tale riduzione sarebbe sufficiente a favorire un significativo allontanamento dall'attuale predominio di [alluminio e altri] materiali leggeri", osserva Pagone. "Una potenziale legislazione futura che tenga conto del carico energetico complessivo dei materiali potrebbe favorire le leghe di zinco rispetto ai concorrenti leggeri.

"È anche difficile fare previsioni attendibili a causa degli attuali sforzi dei produttori per produrre pezzi singoli sempre più grandi con processi di pressofusione ad alta pressione", aggiunge Pagone. "Ad esempio, la macchina per la megafusione utilizzata per produrre componenti del telaio della Tesla Model Y potrebbe influenzare tali considerazioni."