Метали і сплави так міцно увійшли в наше життя, що часом ми навіть не замислюємося про них. Ще в 4-3 тисячоліттях до нашої ери відбулося перше знайомство людини з самородками. З тих пір пройшло багато часу, і з кожним роком обробка металу тільки удосконалювалася. Велику роль у цьому зіграв такий метал, як цинк. Сплави на його основі використовуються в багатьох галузях. У даній статті ми розглянемо цинкові сплави та їх роль в нашому житті.

Перехідний метал

Відомо, що цинк – це блакитно-білий крихкий перехідний метал. Його добувають з напівметалевих руд. Процес отримання чистого цинку досить складний і трудомісткий. В першу чергу руду, що містить від 1-4% цинку, збагачують селективною флотацією. Завдяки цьому процесу отримують концентрати (55% Zn). Далі необхідно отримати оксид цинку. Для цього в печах у киплячому шарі обпалюють отримані концентрати. Тільки з оксиду цинку можна одержати цей метал у чистому вигляді, і для цього існує два способи.

Отримання цинку

Перший – електролітичний, ґрунтується на обробці оксиду цинку сірчаною кислотою. У результаті цієї реакції утворюється сульфатний розчин, який очищають від домішок та піддають електролізу. На алюмінієвих катодах осаджується цинк, який потім плавлять в індукційних печах. Чистота цинку, отриманого таким чином, становить близько 9995%. Другий спосіб, найбільш давній – дистиляційний. Концентрати нагрівають до дуже високої температури (близько 1000°С), виділяються пари цинку, які шляхом конденсації осідають на глиняних посудинах. Але цей спосіб не дає такої чистоти, як перший. В отриманих парах міститься близько 3% різних домішок, включаючи такий цінний елемент, як кадмій. Тому далі Zn очищають ликвацией. При температурі 500°З його відстоюють деякий час і отримують чистоту 98%. Для подальшого виготовлення сплавів цього достатньо, адже потім цинк все одно легують цими ж елементами. Якщо цього недостатньо, застосовують ректифікацію і отримують цинк з чистотою 99995%. Таким чином, обидва способи дозволяють отримати високочистий цинк.

Нерозлучна пара металів

Як правило, свинець присутній у складі цинкових сплавів у якості домішки. У природі ця нерозлучна пара металів зустрічається досить часто. Але насправді, великий вміст свинцю в цинковій сплаві погіршує його фізичні властивості, створюючи схильність до міжкристалітної корозії, якщо його вміст перевищує 0007%. Найчастіше свинець і цинк зустрічаються разом в олов'яних бронзах і латуні. Якщо говорити про евтектиці цих двох елементів, то важливо зауважити, що до температури 800°С вони не змішуються між собою і представляють дві різні рідини. При швидкому охолодженні відбувається рівномірний розподіл Pb у вигляді округлих включень по межах зерен. Сплав цинк-свинець використовується для виготовлення типографського кліше завдяки тому, що він дуже швидко розчиняється в кислоті. Найчастіше домішки свинцю видаляють з цинку за допомогою дистилляционного способу.

Сплав міді з цинком

Латунь – це сплав, відомий ще до нашої ери. В ті часи цинк ще не був відкритий, але руда використовувалася досить широко. Раніше отримували латунь, сплавляючи смитсонит (цинкову руду) і мідь. Тільки в XVIII столітті вперше виготовили цей сплав з використанням металевого цинку.
У наш час існує кілька різновидів латуні: однофазні і двофазні. Перші містять у собі близько 35% цинку, а другі – 50% і 4% свинцю. Однофазні латуні дуже пластичні, в той час як друга різновид характеризується крихкістю і твердістю. Розглянувши діаграму стану цих двох елементів, можна зробити висновок, що вони утворюють ряд фаз електронного виду: ?, ?, ?. Цікава різновид латуні – це томпак. Він містить всього до 10% цинку і за рахунок цього відрізняється дуже високою пластичністю. Томпак з успіхом застосовується для планування стали і отримання биметаллов. Раніше його використовували для виготовлення монет та імітації золота.

Цинк і сталь

Практично в кожному будинку можна зустріти оцинковані речі: відра, каструлі, виварки та ін Всі вони надійно захищені від іржі саме завдяки цинку. Образно висловлюючись, звичайно, на сталь наноситься напилення цього металу, і по логіці речей не йдеться про сплаві. З іншого боку, знаючи, як відбувається цинкування, можна стверджувати зворотне. Справа в тому, що цинк плавиться при дуже низькій температурі (близько 400°С), а коли він в рідкому стані потрапляє на поверхню сталі, то дифундує в неї. Атоми обох речовин дуже міцно зв'язуються між собою, утворюючи железоцинковий сплав. З цієї причини можна сміливо сказати, що Zn не «поклали» на виріб, а «упроваджений» в нього. Це можна спостерігати у звичайній побутовій ситуації. Приміром, на оцинкованому відрі з'являється подряпина. Починає воно в цьому місці іржавіти? Відповідь однозначна – ні. Це відбувається тому, що при попаданні вологи починають руйнуватися сполуки цинку, але при цьому вони утворюють якусь захист для сталі. Так, у більшості випадків такі цинкові сплави призначені для захисту виробів від корозії. Звичайно, для цих цілей можна використовувати й інші речовини, такі як хром або нікель, але вартість цих виробів буде в рази більше.

Олово і цинк

Цей сплав не менш популярний, ніж інші, вже розглянуті нами раніше. У 1917-1918-х роках в Болгарії він широко використовувався для виготовлення спеціальних судин, які тримали теплу рідину довгий час (аналоги сучасних термосів). В наш час сплав цинк, олово дуже широко використовується у радіо - і електропромисловості. Це пов'язано з тим, що склад з вмістом Zn 20% дуже добре паяється, і полірування осаду зберігається тривалий час. Звичайно ж, як антикорозійне покриття даний сплав також може бути використаний. За своїми характеристиками він дуже схожий на кадмиевое покриття, але при цьому менш дорогий.

Властивості цинкових сплавів

Звичайно ж, всі склади з цим металом відрізняються між собою його відсотковим вмістом. В цілому цинкові сплави мають добрі ливарні та механічні властивості. Перше і найголовніше – корозійна стійкість. Найбільше вона проявляється в атмосфері сухого чистого повітря. Можливі прояви корозії можна помітити в промислових містах. Це обумовлюється наявністю у повітрі парів соляної кислоти, хлору і оксидів сірки, які, конденсуючись вологою, ускладнюють утворення захисної плівки. Мідь-олово-цинк – сплав, який характеризується високими захисними властивостями. Саме такий склад найменш схильний до корозії, особливо в умовах промислової атмосфери. Якщо говорити про ливарних властивостях цинку, то, звичайно ж, вони залежать від легуючих елементів у його сплавах. Так, наприклад, алюміній робить їх структуру однорідною, дрібнозернистою, облагороджує її, зменшує негативний вплив заліза. Ще один важливий легирующий елемент – мідь. Він збільшує міцнісні характеристики і зменшує межкристаллическую корозію. Мідно-цинковий сплав володіє високою ударною в'язкістю, але при цьому частково втрачає свої ливарні властивості.

Області застосування цинку і його сплавів

Насправді, деталі з цинкових сплавів досить поширені і в наш час. Незважаючи на те, що пластик витісняє металеві вироби, в деяких випадках без них не обійтися. Наприклад, автомобілебудування – галузь, в якій не обійтися без цинкових сплавів. Фільтри, відстійники, корпусу карбюраторів і бензонасосів, надколесние кожухи, глушники – все це і багато іншого виготовляється за допомогою сполук цього хімічного елемента. Завдяки тому що цинкові сплави мають добрі ливарні властивості, з них відливають складні деталі різних форм з мінімальною товщиною стінок. Будівництво – ще одна область, в якій не обійтися без цих сплавів. Прокат цинковий використовують для покрівельних покриттів, виготовлення труб і стічних жолобів. Незважаючи на те, що існує тенденція зниження виробництва цинкових сплавів, відмовитися від їх виготовлення не представляється можливим із-за відносної дешевизни і механічних властивостей матеріалу.