Цинкови сплави: описание, структура и свойства

Металите и сплавите са толкова тясно интегрирани в живота ни, че понякога дори не мислим за тях. Дори през 4-3 хилядолетие преди Христа е имало първото познание на човек с късчета. Оттогава е изминало много време и всяка година обработката на метала се подобрява само.

Голяма роля в това играе метал като цинк. Сплавите, базирани на него, се използват в много отрасли. В тази статия ще разгледаме цинкови сплави и тяхната роля в живота ни.

Преходен метал

Известно е, че цинкът е синкав бял чуплив преходен метал. Извлича се от полуметални руди. Процесът на получаване на чист цинк е доста сложен и отнема време. Преди всичко, рудата, съдържаща 1-4% цинк, е обогатена със селективна флотация. Този процес произвежда концентрати (55% Zn). Освен това е необходимо да се получи цинков оксид. За да направите това, в пещите във флуидизирания слой, получените концентрати се изгарят. Само от цинков оксид е възможно да се получи този метал в неговата чиста форма и за това има два метода.

Получаване на цинк

Първият - електролитен, се основава на обработката на цинков оксид със сярна киселина. В резултат на тази реакция се образува сулфатен разтвор, който се пречиства от примеси и се подлага на електролиза. На алуминиеви катоди се отлага цинк, който след това се стопява в индукционни пещи. Чистотата на цинка, получена по този начин, е около 99,95%.

Вторият метод, най-старият е дестилационният. Концентратите се загряват до много висока температура (около 1000 ° С), освобождават се пари от цинк, които чрез кондензация се утаяват върху глинени съдове. Но този метод не дава такава чистота като първата. Получената пара съдържа около 3% от различни примеси, включително такъв ценен елемент като кадмий. Следователно, по-нататък Zn се пречиства чрез сегрегация. При температура от 500 ° C се защитава за известно време и се получава чистота от 98%. За по-нататъшно производство на сплави това е достатъчно, защото тогава цинкът все още е легиран с тези същите елементи. Ако това не е достатъчно, се използва коригиране и се получава цинк с чистота 99,995%. По този начин и двата метода дават възможност за получаване на цинк с висока чистота.

Непряка метална двойка

Обикновено оловото присъства в състава на цинковите сплави като примес. В природата тази неразделна двойка метали се среща доста често. Но всъщност голямото съдържание на олово в цинкова сплав намалява физическите си свойства, създавайки тенденция към междуграничена корозия, ако съдържанието му надхвърля 0,007%. Най-често оловото и цинкът се срещат заедно в калаени бронз и месинг.

Ако говорим за еутектиката на тези два елемента, е важно да се отбележи, че до температура от 800 ° C те не се смесват помежду си и представляват две различни течности. При бързо охлаждане равномерното разпределение на Pb става под формата на закръглени включвания по границите на зърната. Цинкова-оловна сплав се използва за създаване на печатна клиша поради факта, че се разтваря много бързо в киселина. Най-често оловните примеси се отстраняват от цинка чрез дестилационен процес.

Сплав от мед с цинк

Месингът е сплав, известен още преди нашата ера. В онези дни цинкът все още не е открит, но рудата се използва достатъчно широко. Преди това медта е получена чрез сливане на сметосъни (цинкова руда) и мед. Само през XVIII век за пръв път тази сплав е направена от цинков метал.

Днес има няколко вида месинг: еднофазни и двуфазни. Първият съдържа около 35% цинк, а вторият - 50% и 4% олово. Еднофазен месинг е много пластмасов, а вторият тип е крехък и твърд. След като разгледахме фазовата диаграма на тези два елемента, може да се заключи, че те образуват серия от фази на електронната форма: бета- гама-, epsilon-. Интересното разнообразие от месинг е томбак. Той съдържа само 10% цинк и поради това има много висока пластичност. Томпак се използва успешно за облицоване на стомана и получаване на биметали. Използва се за монети и имитация на злато.

Цинк и стомана

Почти във всяка къща можете да намерите галванизирани неща: кофи, тигани, кипи и т.н. Всички те са надеждно защитени от ръжда поради цинк. Изображение, разбира се, отлагането на този метал се прилага върху стоманата и според логиката на нещата ние не говорим за сплав. От друга страна, знаейки как се извършва поцинковането, можете да кажете обратното. Факт е, че цинкът се топи при много ниска температура (около 400 ° С), а когато достигне стоманената повърхност в течно състояние, той се разсейва.

Атомите на двете вещества се свързват много плътно, образувайки желязо-цинкова сплав. По тази причина можем спокойно да кажем, че Zn не е "положен" върху продукта, а е "вграден" в него. Това може да се наблюдава при нормална ситуация в домакинството. Например, на галванизирана кофа има драскотина. Започва ли да ръждясва на това място? Отговорът е недвусмислен - не. Това е така, защото когато влагата идва, цинковите съединения започват да се разпадат, но те формират някаква защита на стоманата. Така че, в повечето случаи такива цинкови сплави са предназначени да предпазват продукти от корозия. Разбира се, за тези цели можете да използвате други вещества, като например хром или никел, но цената на тези продукти ще бъде многократно по-голяма.

Калай и цинк

Тази сплав е не по-малко популярна от останалите, която вече разгледахме. През годините 1917-1918 в България той се използва широко за направата на специални съдове, които дълго време държали топла течност (аналози на съвременните термози). Понастоящем цинко-калаената сплав се използва широко в радио и електрическата промишленост. Това се дължи на факта, че съставът с 20% съдържание на Zn е много добре запоено и полирането на утайката продължава дълго време.

Разбира се, като антикорозионно покритие тази сплав също може да се използва. В своите характеристики тя е много подобна на кадмиевото покритие, но е по-евтино.

Свойства на цинковите сплави

Разбира се, всички композиции с този метал се различават помежду си със своето процентно съдържание. По принцип цинковите сплави имат добри отливки и механични свойства. Първата и най-важна е устойчивостта на корозия. Най-вече се проявява в атмосфера на сух чист въздух. Възможни прояви на корозия могат да се видят в индустриалните градове. Това се дължи на наличието във въздуха на пари от хлороводородни и серни оксиди, които, кондензирани от влага, затрудняват формирането на защитен филм. Мед-калай-цинк - сплав, характеризиращ се с високи защитни свойства. Този състав е най-малко податлив на корозия, особено при условия на индустриална атмосфера. Ако говорим за отличителните свойства на цинка, тогава, разбира се, те зависят от легиращите елементи в неговите сплави.

Така например алуминият прави структурата си хомогенна, фино зърнеста, подобрява я, намалява отрицателния ефект на желязото. Друг важен елемент на сплавяне е медта. Увеличава якостните характеристики и намалява междукристалната корозия. Мед-цинкова сплав има висока якост на удар, но в същото време частично губи своите леярски свойства.

Приложение на цинк и неговите сплави

Всъщност детайлите на цинковите сплави са доста често срещани в наши дни. Независимо от факта, че пластмасата измества метални изделия, в някои случаи те не могат да бъдат избегнати. Например автомобилната индустрия е индустрия, която не може да направи без цинкови сплави. Филтри, седиментационни резервоари, корпуси на карбуратора и резервоарите на бензиновите помпи, корпусите на колелата, шумозаглушителите - всичко това и повече се правят, като се използват съединенията на този химически елемент.

Поради факта, че цинковите сплави имат добри свойства на леене, те се отличават с комплексни детайли от различни форми с минимална дебелина на стената. Строителство - друга област, в която не можете да правите без тези сплави. Цинкови валцувани продукти се използват за покриви, тръби и улуци. Въпреки факта, че съществува тенденция за намаляване на производството на цинкови сплави, не е възможно да се изостави производството им поради относителната евтиност и механични свойства на материала.