Metale i stopy wkroczyły w nasze życie tak blisko, że czasami nawet o nich nie myślimy. Już 4-3 tysiąclecia p.n.e. miała miejsce pierwsza znajomość człowieka z samorodkami. Od tego czasu minęło dużo czasu, a z każdym rokiem obróbka metali tylko się poprawia.
Cynk odegrał w tym dużą rolę. Stopy na jej bazie znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. W tym artykule przyjrzymy się stopom cynku i ich roli w naszym życiu.
Metal przejściowy
Cynk jest znany jako niebiesko-biały kruchy metal przejściowy. Wydobywany jest z rud półmetalicznych. Proces otrzymywania czystego cynku jest dość złożony i czasochłonny. Przede wszystkim rudę zawierającą 1-4% cynku wzbogaca się metodą selektywnej flotacji. W wyniku tego procesu otrzymuje się koncentraty (55% Zn). Następnie musisz zdobyć tlenek cynku. W tym celu powstałe koncentraty są kalcynowane w piecach w złożu fluidalnym. Tylko ztlenek cynku, możesz uzyskać ten metal w czystej postaci i są na to dwa sposoby.
Pozyskiwanie cynku
Pierwszy jest elektrolityczny, oparty na obróbce tlenku cynku kwasem siarkowym. W wyniku tej reakcji powstaje roztwór siarczanu, który jest oczyszczany z zanieczyszczeń i poddawany elektrolizie. Cynk osadza się na katodach aluminiowych, które następnie topi się w piecach indukcyjnych. Czystość tak otrzymanego cynku wynosi około 99,95%.
Drugą metodą, najstarszą, jest destylacja. Koncentraty są podgrzewane do bardzo wysokiej temperatury (ok. 1000°C), uwalniane są opary cynku, które w wyniku kondensacji osadzają się na naczyniach glinianych. Ale ta metoda nie daje takiej czystości jak pierwsza. Powstała para zawiera około 3% różnych zanieczyszczeń, w tym tak cenny pierwiastek jak kadm. Dlatego Zn jest dalej oczyszczany przez segregację. W temperaturze 500°C jest przez jakiś czas broniony i uzyskuje czystość 98%. Do dalszej produkcji stopów to wystarczy, bo wtedy cynk jest jeszcze stapiany z tymi samymi pierwiastkami. Jeśli to nie wystarczy, stosuje się rektyfikację i uzyskuje się cynk o czystości 99,995%. Zatem obie metody pozwalają na uzyskanie cynku o wysokiej czystości.
Nierozłączna para metali
Zazwyczaj ołów występuje w stopach cynku jako zanieczyszczenie. W naturze ta nierozłączna para metali występuje dość często. Ale w rzeczywistości wysoka zawartość ołowiu w stopie cynku pogarsza jego właściwości fizyczne, powodując tendencję do korozji międzykrystalicznej, jeśli jestzawartość przekracza 0,007%. Ołów i cynk są najczęściej spotykane razem w brązach cynowych i mosiądzu.
Jeśli mówimy o eutektyce tych dwóch pierwiastków, ważne jest, aby pamiętać, że do temperatury 800°C nie mieszają się one ze sobą i reprezentują dwie różne ciecze. Podczas szybkiego chłodzenia następuje równomierny rozkład Pb w postaci zaokrąglonych wtrąceń wzdłuż granic ziaren. Stop cynkowo-ołowiowy jest używany do produkcji klisz drukarskich ze względu na to, że bardzo szybko rozpuszcza się w kwasie. Najczęściej zanieczyszczenia ołowiem usuwa się z cynku metodą destylacji.
Stop miedzi i cynku
Mosiądz to stop znany jeszcze przed naszą erą. W tym czasie cynk nie został jeszcze odkryty, ale ruda była szeroko stosowana. Wcześniej mosiądz pozyskiwano przez stapianie smithsonitu (rudy cynku) i miedzi. Dopiero w XVIII wieku stop ten został po raz pierwszy wykonany przy użyciu metalicznego cynku.
W naszych czasach istnieje kilka odmian mosiądzu: jednofazowy i dwufazowy. Te pierwsze zawierają około 35% cynku, a drugie 50% i 4% ołowiu. Mosiądze jednofazowe są bardzo ciągliwe, natomiast druga odmiana charakteryzuje się kruchością i twardością. Po rozważeniu diagramu stanów tych dwóch elementów możemy stwierdzić, że tworzą one szereg faz elektronowych: β, γ, ε. Ciekawą odmianą mosiądzu jest tompak. Zawiera tylko do 10% cynku, dzięki czemu ma bardzo wysoką ciągliwość. Tompak jest z powodzeniem stosowany do okładzin stalowych i produkcji bimetalu. przed nimużywany do wyrobu monet i imitacji złota.
Cynk i stal
Prawie w każdym domu można znaleźć galwanizowane przedmioty: wiadra, garnki, wrzącą wodę itp. Wszystkie są niezawodnie chronione przed rdzą dzięki cynkowi. Mówiąc obrazowo, oczywiście stal jest pokryta tym metalem i logicznie rzecz biorąc, nie mówimy o stopie. Z drugiej strony, wiedząc, jak przebiega cynkowanie, można argumentować odwrotnie. Faktem jest, że cynk topi się w bardzo niskiej temperaturze (około 400 ° C), a gdy wejdzie w powierzchnię stali w stanie ciekłym, dyfunduje do niej.
Atomy obu substancji są ze sobą bardzo ściśle związane, tworząc stop żelazo-cynk. Z tego powodu możemy śmiało powiedzieć, że Zn nie jest „nakładany” na produkt, ale „wbudowywany” w niego. Można to zaobserwować w normalnej sytuacji domowej. Na przykład na ocynkowanym wiadrze pojawia się rysa. Czy zaczyna tu rdzewieć? Odpowiedź jest jednoznaczna – nie. Dzieje się tak dlatego, że gdy dostanie się wilgoć, związki cynku zaczynają się rozkładać, ale jednocześnie tworzą pewnego rodzaju ochronę dla stali. Tak więc w większości przypadków takie stopy cynku są przeznaczone do ochrony produktów przed korozją. Oczywiście do tych celów można również użyć innych substancji, takich jak chrom czy nikiel, ale koszt tych produktów będzie wielokrotnie wyższy.
Cyna i cynk
Ten stop jest nie mniej popularny niż inne, które już omówiliśmy. W latach 1917-1918 w Bułgarii był szeroko stosowany do wytwarzania specjalnych naczyń, które przez długi czas utrzymywały ciepłą ciecz.(analogi współczesnych termosów). Obecnie stop cynkowo-cynowy jest bardzo szeroko stosowany w przemyśle radiowym i elektrycznym. Wynika to z faktu, że kompozycja o zawartości Zn 20% jest bardzo dobrze lutowana, a polerowanie złoża utrzymuje się przez długi czas.
Oczywiście, jako powłoka antykorozyjna, ten stop może być również używany. Jego właściwości są bardzo podobne do powłoki kadmowej, ale jednocześnie tańsze.
Właściwości stopów cynku
Oczywiście wszystkie kompozycje z tym metalem różnią się od siebie procentem. Ogólnie stopy cynku mają dobre właściwości odlewnicze i mechaniczne. Przede wszystkim odporność na korozję. Przede wszystkim objawia się w atmosferze suchego, czystego powietrza. Możliwe przejawy korozji można zaobserwować w miastach przemysłowych. Wynika to z obecności w powietrzu oparów kwasu solnego, chloru i tlenków siarki, które kondensując z wilgocią, utrudniają tworzenie filmu ochronnego. Miedź-cyna-cynk to stop charakteryzujący się wysokimi właściwościami ochronnymi. To właśnie ta kompozycja jest najmniej podatna na korozję, zwłaszcza w atmosferze przemysłowej. Jeśli mówimy o właściwościach odlewniczych cynku, to oczywiście zależą one od pierwiastków stopowych w jego stopach.
Więc na przykład aluminium sprawia, że ich struktura jest jednorodna, drobnoziarnista, uszlachetnia ją, zmniejsza negatywny wpływ żelaza. Innym ważnym pierwiastkiem stopowym jest miedź. Zwiększa siłę i zmniejszakorozja międzykrystaliczna. Stop miedziowo-cynkowy ma wysoką udarność, ale jednocześnie częściowo traci właściwości odlewnicze.
Obszary zastosowania cynku i jego stopów
W rzeczywistości części wykonane ze stopów cynku są w naszych czasach dość powszechne. Pomimo tego, że tworzywa sztuczne zastępują produkty metalowe, w niektórych przypadkach nie można się z nich obejść. Na przykład przemysł motoryzacyjny to przemysł, który nie może obejść się bez stopów cynku. Filtry, miski olejowe, obudowy gaźników i pomp paliwowych, kołpaki kół, tłumiki - to wszystko i wiele więcej powstaje przy użyciu związków tego pierwiastka chemicznego.
Ze względu na to, że stopy cynku mają dobre właściwości odlewnicze, odlewane są z nich skomplikowane części o różnych kształtach o minimalnej grubości ścianki. Budownictwo to kolejny obszar, w którym stopy te są niezbędne. Cynk walcowany stosowany jest do pokryć dachowych, rur i rynien. Pomimo faktu, że istnieje tendencja do ograniczania produkcji stopów cynku, nie jest możliwe zaniechanie ich produkcji ze względu na względną taniość i właściwości mechaniczne materiału.
