Металите и сплавите са влезли в живота ни толкова отблизо, че понякога дори не се замисляме за тях. Още през 4-3 хилядолетия пр. н. е. се осъществи първото запознанство на човека с самородните късове. Оттогава мина много време и всяка година металообработката само се подобряваше.
Цинкът изигра голяма роля в това. Сплавите на негова основа се използват в много индустрии. В тази статия ще разгледаме цинковите сплави и тяхната роля в живота ни.
Transition metal
Известно е, че цинкът е синкаво-бял крехък преходен метал. Добива се от полуметални руди. Процесът на получаване на чист цинк е доста сложен и отнема много време. На първо място, рудата, съдържаща от 1-4% цинк, се обогатява чрез селективна флотация. Чрез този процес се получават концентрати (55% Zn). След това трябва да вземете цинков оксид. За това получените концентрати се калцинират в пещи във кипящ слой. Само отцинков оксид, можете да получите този метал в чистата му форма и има два начина да направите това.
Получаване на цинк
Първата е електролитна, базирана 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. Цинкът се отлага върху алуминиеви катоди, който след това се разтопява в индукционни пещи. Чистотата на така получения цинк е около 99,95%.
Вторият метод, най-старият, е дестилацията. Концентратите се нагряват до много висока температура (около 1000 ° C), отделят се цинкови пари, които чрез кондензация се утаяват върху глинени съдове. Но този метод не дава такава чистота като първия. Получената пара съдържа около 3% различни примеси, включително такъв ценен елемент като кадмий. Следователно Zn се пречиства допълнително чрез сегрегация. При температура 500°C се отстоява известно време и се получава чистота от 98%. За по-нататъшно производство на сплави това е достатъчно, защото тогава цинкът все още се легира със същите елементи. Ако това не е достатъчно, се използва ректификация и се получава цинк с чистота 99,995%. По този начин и двата метода позволяват получаване на цинк с висока чистота.
Неразделна двойка метали
Обикновено оловото присъства в цинковите сплави като примес. В природата тази неразделна двойка метали се среща доста често. Но всъщност високото съдържание на олово в цинковата сплав влошава физическите й свойства, създавайки склонност към междукристална корозия, ако есъдържанието надвишава 0,007%. Оловото и цинкът най-често се срещат заедно в калай бронз и месинг.
Ако говорим за евтектиката на тези два елемента, важно е да отбележим, че до температура от 800°C те не се смесват един с друг и представляват две различни течности. При бързо охлаждане се получава равномерно разпределение на Pb под формата на заоблени включвания по границите на зърното. Цинк-оловната сплав се използва за направата на печатни плочи, поради факта, че се разтваря много бързо в киселина. Най-често оловните примеси се отстраняват от цинка чрез метод на дестилация.
Медно-цинкова сплав
Месингът е сплав, позната още преди нашата ера. По това време цинкът все още не е бил открит, но рудата е била широко използвана. Преди това месингът се получаваше чрез легиране на смитсонит (цинкова руда) и мед. Едва през 18-ти век тази сплав е произведена за първи път с помощта на метален цинк.
В наше време има няколко разновидности на месинг: еднофазен и двуфазен. Първите съдържат около 35% цинк, докато вторите съдържат 50% и 4% олово. Монофазните месинги са много пластични, докато вторият сорт се характеризира с крехкост и твърдост. След като разгледахме диаграмата на състоянието на тези два елемента, можем да заключим, че те образуват серия от електронни фази: β, γ, ε. Интересно разнообразие от месинг е томпак. Съдържа само до 10% цинк и поради това има много висока пластичност. Tompak се използва успешно за стоманени облицовки и производство на биметали. преди негоизползва се за направата на монети и имитация на злато.
Цинк и стомана
Почти във всеки дом можете да намерите поцинковани неща: кофи, тенджери, вряща вода и др. Всички те са надеждно защитени от ръжда благодарение на цинка. Образно казано, разбира се, стоманата е покрита с този метал и логично не говорим за сплав. От друга страна, като се знае как става поцинковането, може да се твърди обратното. Факт е, че цинкът се топи при много ниска температура (около 400°C) и когато влезе в стоманената повърхност в течно състояние, той дифундира в нея.
Атомите на двете вещества са много здраво свързани заедно, образувайки желязо-цинкова сплав. Поради тази причина спокойно можем да кажем, че Zn не е „положен“върху продукта, а „вграден“в него. Това може да се наблюдава в нормална домакинска ситуация. Например, върху поцинкована кофа се появява драскотина. Тук започва ли да ръждясва? Отговорът е еднозначен – не. Това е така, защото при навлизане на влага цинковите съединения започват да се разпадат, но в същото време образуват някаква защита за стоманата. Така че в повечето случаи такива цинкови сплави са предназначени да предпазват продуктите от корозия. Разбира се, други вещества, като хром или никел, също могат да се използват за тези цели, но цената на тези продукти ще бъде многократно по-висока.
Калай и цинк
Тази сплав е не по-малко популярна от другите, които вече разгледахме. През 1917-1918 г. в България се използва широко за направата на специални съдове, които задържат дълго време топла течност.(аналози на съвременните термози). В днешно време сплавта цинк-калаен се използва много широко в радиото и електрическата индустрия. Това се дължи на факта, че съставът със съдържание на Zn от 20% е запоен много добре и полирането на депозита се поддържа дълго време.
Разбира се, като антикорозионно покритие, тази сплав също може да се използва. Характеристиките му са много подобни на кадмиевото покритие, но в същото време по-евтино.
Свойства на цинковите сплави
Разбира се, всички композиции с този метал се различават една от друга в процентното си съдържание. Като цяло цинковите сплави имат добри леярски и механични свойства. На първо място е устойчивостта на корозия. Най-вече се проявява в атмосфера на сух чист въздух. В индустриалните градове могат да се видят възможни прояви на корозия. Това се дължи на наличието на пари на солна киселина, хлор и серни окиси във въздуха, които, кондензирайки с влага, затрудняват образуването на защитен филм. Мед-калай-цинк е сплав, която се характеризира с високи защитни свойства. Именно този състав е най-малко податлив на корозия, особено в индустриална атмосфера. Ако говорим за леярските свойства на цинка, тогава, разбира се, те зависят от легиращите елементи в неговите сплави.
Така например алуминият прави структурата им хомогенна, финозърнеста, облагородява я, намалява негативния ефект на желязото. Друг важен легиращ елемент е медта. Увеличава силата и намалявамеждукристална корозия. Медно-цинковата сплав има висока якост на удар, но в същото време частично губи своите леярски свойства.
Области на приложение на цинка и неговите сплави
Всъщност частите, изработени от цинкови сплави, са доста често срещани в наше време. Въпреки факта, че пластмасата замества металните изделия, в някои случаи те не могат да бъдат избегнати. Например, автомобилната индустрия е индустрия, която не може без цинкови сплави. Филтри, картери, корпуси на карбуратор и горивна помпа, капаци на колела, ауспуси - всичко това и много повече е направено от съединения на този химичен елемент.
Поради факта, че цинковите сплави имат добри леярски свойства, от тях се отливат сложни части с различни форми с минимална дебелина на стената. Строителството е друга област, в която тези сплави са незаменими. Валцовият цинк се използва за покриви, тръби и улуци. Въпреки факта, че има тенденция за намаляване на производството на цинкови сплави, не е възможно да се изостави тяхното производство поради относителната евтиност и механичните свойства на материала.
