цинк железо свинец какой сплав

Цинк и его сплавы: химический состав, физические свойства, применение

Цинк — хрупкий голубовато-белый металл. В природе без примесей не встречается. В 1738 году Уильям Чемпион добыл чистые пары цинка с помощью конденсации. В периодической системе Менделеева находится под номером 30 и обозначается символом Zn.

Свойства цинка

Химические свойства цинка

Цинк — активный металл. При комнатной температуре тускнеет и покрывается слоем оксида цинка.

Физические свойства цинка

Цинк — твердый металл, но становится пластичным при 100–150 °C. При температуре выше 210 °С может деформироваться. Температура плавления — очень низкая для металлов. Несмотря на это, цинк имеет хорошую электропроводность.

Подробный химический состав цинка различных марок указан в таблице ниже.

Содержание примесей в цинке зависит от способа производства и качества сырья.

В России основной процент цинка получают гидрометаллургическим способом — металл восстанавливают из солей в растворах. Такой способ позволяет получить наиболее чистый металл. Но часть цинка обрабатывают при высоких температурах. Такой метод называют пирометаллургическим.

Свинец — особая примесь в цинке, так как основная его часть оседает из-за нерастворимых анодов, содержащихся в металле. Катодный цинк, помимо всех указанных примесей, состоит из хлора и фтора.

Как примеси изменяют свойства цинка

Производители ограничивают содержание кадмия, олова и свинца в литейных сплавах цинка, чтобы подавить межкристаллитную коррозию.

Олово — вредная примесь. Металл не растворяется и выделяется из расплава — способствует ломкости цинковых отливок. Кадмий напротив — растворяется в цинке и снижает его пластичность в горячем состоянии. Свинец увеличивает растворимость металла в кислотной среде.

Железо повышает твердость цинка, но снижает его прочность. Вместе с тем оно усложняет процесс заполнения форм при литье.

Медь увеличивает твердость цинка, но уменьшает его пластичность и стойкость при коррозии. Содержание меди также мешает рекристаллизации цинка.

Наиболее вредная примесь — мышьяк. Даже при небольшом ее количестве металл становится хрупким и менее пластичным.

Чтобы избежать растрескивания кромок при горячей прокатке цинка, содержание сурьмы не должна быть выше 0,01%. В горячем состоянии она увеличивает твердость цинка, лишая его хорошей пластичности.

Сплавы цинка

Сплавы на цинковой основе с добавлением меди, магния и алюминия имеют низкую температуру плавления и обладают хорошей текучестью. Они легко поддаются обработке, свариванию и паянию.

Латунь

Различают латуни двухкомпонентные и многокомпонентные.

Двухкомпонентная латунь — сплав цинка с высоким содержанием меди. Существует желтая латунь с медью в количестве 67%, золотистая медь или томпак — 75%, и зеленая — 60%. Такие сплавы могут деформироваться при температуре 300 °C.

Многокомпонентные латуни, помимо 2-х основных металлов, состоят из других добавок: никеля, железа, свинца или марганца. Каждый из элементов влияет на свойства сплава.

ЦАМ — семейство цинковых сплавов. В их состав входят магний, алюминий и медь. Такие сплавы цинка используются в литейном производстве. В них содержится алюминий в количестве 4%.

Основная область применения сплавов ЦАМ — литье цинка под давлением. Сплавы этого семейства обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Их высокопрочность позволяет производить прочные и сложные детали.

Вирениум

Сплав состоит из цинка (24,5%), меди (70%), никеля (5,5%).

Производств цинка

Добыча металла

Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).

Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.

Получение металла

Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.

Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.

Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.

Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.

Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.

Литье металла

Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.

Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.

Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.

Применение цинка

Для защиты металлов от коррозии

Чистый цинк используется для защиты металлов от коррозии. Основу покрывают тонкой пленкой. Этот процесс называется металлизацией.

В автомобильной отрасли

Сплавы на цинковой основе используют для оформления декора автомобильного салона, в производстве ручек дверей, замков, зеркал и корпусов стеклоочистителей.

В автомобильные покрышки добавляют окись цинка, которая повышает качество резины.

В батарейках, аккумуляторах и других химических источниках тока цинк используется как материал для отрицательного электрода. В производстве электромобилей применяются цинк-воздушные аккумуляторы, которые обладают высокой удельной энергоемкостью.

В производстве ювелирных украшений

Ювелиры добавляют цинк в сплавы на основе золота. В итоге они легко поддаются ковке и становятся пластичными — прочно соединяют мелкие детали изделия между собой.

Металл также осветляет ювелирные изделия, поэтому его часто используют в изготовлении белого золота.

В медицине

Окись цинка применяется в медицине как антисептическое средство. Окись добавляют в мази и другие составы для заживления ран.

Благодаря своим свойствам, цинк широко применяется в различных областях промышленности. Металл пользуется спросом из-за относительно низкой цены и хороших физических свойств.

Источник

Цинковый сплав

Опасные примеси цинка

Отделять цинк от примесей необходимо не только из-за их влияния на рабочие качества металла, но и потому что многие из них вредны для человека.

Чаще всего цинксодержащие руды содержат примеси следующих металлов:

Наличие большинства этих примесей делает цинковые отливки более прочными, но отрицательно сказывается на их пластичности, устойчивости к воздействию коррозии и делает их более хрупкими и ломкими.

Виды цинковых сплавов и их свойства

Сплавы с различными металлами: медью, магнием, алюминием, никелем легко паяются и свариваются, имеют более низкую температуру плавления и лучше льются в формы. Каждый из этих металлов по-своему влияет на свойства сплава и применяется в разных отраслях промышленности.

По своему назначению цинковые сплавы делятся на следующие виды:

Среди распространенных и известных сплавов цинка:

Влияние различных металлов на свойства сплава

Медно цинковые сплавы находят все большее применение в изготовлении различных промышленных изделий, а присутствие таких металлов как магний, алюминий, никель улучшают их рабочие качества.

Они легче поддаются обработке при помощи пайки и сварки, имеют более низкую температуру плавления и лучше льются в формы. Каждый из этих металлов по-своему влияет на свойства и применяется в разных отраслях промышленности.

Цинковый сплав в бижутерии вреден ли

Своим внешним видом такие ювелирные изделия напоминают благородные металлы, поэтому широкое применение они нашли в ювелирной промышленности. Их часто применяют для изготовления бижутерии. Украшения, сделанные из цинковых сплавов, смотрятся достаточно дорого, при этом, благодаря легкости обработки, просты в изготовлении.

Существует особый цинковый сплав, применяемый только для изготовления украшений, его так и называют «бижутерным», в паспорте на украшения даже ставится отметка «цинковый сплав для бижутерии».

Наиболее часто в производстве бижутерии используется латунь или томпак (золотистая латунь), он меньше подвержен воздействию коррозии, поэтому используется в процессе изготовления более дорогих украшений. Украшения из сплава меди и цинка с добавлением алюминия внешне очень похожи на серебряные.

Для изготовления украшений применяется цинк очищенный от никеля, свинца и других, опасных для человека металлов. В паспорте на такие ювелирные изделия обязательно ставится отметка об отсутствии вредных примесей в сплаве, из которого они изготовлены. Поэтому можно говорить об абсолютной безопасности таких украшений для носящих их людей.

Цинковый сплав ржавеет или нет

Для предотвращения возникновения ржавчины бижутерию с содержанием цинка обрабатывают специальным защитным составом, и такие украшения могут прослужить достаточно долго.

Темнеет или нет

Правда цинк, взаимодействуя с атмосферным кислородом и различными бытовыми жидкостями, включая воду, подвержен окислению даже при нормальных температурах, что способствует потемнению изделий из цинкового сплава. Такие украшения могут оставлять следы на одежде и коже, поэтому за ними нужен дополнительный уход.

Так же для предотвращения окисления на изделия из цинка некоторые производители гальваническим методом наносят напыление золота или серебра, но такая обработка значительно увеличивает стоимость украшений.

Месторождения цинка достаточно распространены на земле, и несмотря на его малое содержание в руде и сложность его очищения от примесей, получаемый из нее цинк и его сплавы с другими металлами находят все большее применение в различных отраслях промышленности.

Источник

Свойства и применение цинковых сплавов

Цинковый сплав

Свойства сплавов цинка

Чтобы понимать какими свойствами должны обладать цинковые сплавы, необходимо знать характеристики цинка. Литейные качества, температура плавления, твердость и другие параметры этого соединения зависят от химических и физических свойств цинка. Он представляет собой голубоватый металл. Это вещество не встречается в природных месторождениях в чистом виде. В процессе длительной обработки получается оксид цинка, из которого можно получить чистый металл.

Характеристики и свойства цинка

Перед описанием сплавов цинка и их применения в различных направлениях производства требуется разобраться со свойствами цинка.

Количество примесей в составе металла напрямую зависит от способа добычи, обработки и изначальной породы материала. Часто встречающиеся примеси, содержащиеся в цинке — никель, фтор, хлор и свинец.

Свинец и цинк называют неразлучной парой. Хоть свинец и является примесью, содержащейся в цинке, в месторождениях они совместно встречаются не очень часто. Большое количество свинца, содержащееся в изначальном материале, ухудшает его свойства. Быстрее развивается межкристальная коррозия. Чтобы удалить примеси посторонних металлов, используется дистилляционный способ.

Как примеси изменяют свойства цинка

Посторонние примеси, содержащиеся в цинке, ухудшают характеристики этого металла (при большом содержании). Первостепенная задача производителей — снизить количество свинца, кадмия и олова в этом металле, чтобы избежать межкристаллической коррозии.

Воздействие примесей на цинк:

Практически все примеси считаются вредными для готовых заготовок. Из-за этого производители в первую очередь проводят ряд процедур, чтобы содержание цинка в готовой отливке было наиболее высоким.

Виды сплавов

В процессе развития технологий появились различные сплавы цинка. Соединение двух металлов может быть гораздо лучше по характеристикам, чем чистое сырье, очищенное и переплавленное в заготовки. Поговорим о самых известных сплавах цинка с другими металлами.

Медь и цинк

Производная смесь меди и цинка — латунь. Сплав известен с древних времен. Изначально он изготавливался в процессе сплавки цинковой руды и меди. В XVIII в. был впервые изготовлен сплав с добавлением металлического цинка. Существует 3 вида латуни:

Раньше латунь использовалась при производстве монет и украшений.

Сталь и цинк

Оцинкованную сталь знает каждый человек. Ее можно встретить в любой квартире или на производстве. Эту смесь неразумно называть сплавом. На лист стали наносится слой цинкового напыления. При температуре в 400°С, жидкий цинк наносится на стальную поверхность. При такой температуре атомы двух металлов плотно связываются между друг другом и образуют железоцинковый сплав. Оцинкованные поверхности не ржавеют.

Олово и цинк

Сплав олова и цинка популярен в электропромышленности. Благодаря высокому показателю теплоемкости этот сплав использовался при изготовлении сосудов для хранения жидкости. Напитки длительное время оставались теплыми.

Алюминий и цинк

Сплавы алюминия и цинка с добавлением других металлов используются в литейном производстве. Получаемая смесь обладает хорошими литейными параметрами благодаря низкой температуре плавления.

Плавление металла

Вреден ли цинковый сплав

С современным оборудованием производители добились снижения количества свинца и никеля в составе сплавов до минимума. Эти металлы несли в себе ключевую опасность для человеческого организма. Благодаря их уменьшению в составе готовый изделий бижутерия из цинковых сплавов считается безопасной для здоровья.

Применение

В нынешнее время применение сплавов цинка с другими металлами можно увидеть в различных отраслях производства.

Для защиты металлов от коррозии

Чтобы защитить другие металлы от развития коррозии, используется чистый материал, которым покрывается уязвимая поверхность. Процесс покрытия называется металлизация.

В автомобильной отрасли

Цинк и сплавы с его добавлением получили большую популярность в автомобильной отрасли. Смеси металлов используют для декоративного покрытия отдельных элементов автомобиля (ручки, бампера, решетки, зеркала). Зубчатые механизмы, рычажные механизмы, покрышки, аккумуляторах — содержат это вещество.

В производстве ювелирных украшений

Бижутерия и украшения из цинковых сплавов известны уже длительное время. Цинк часто смешивается с золотом. Для изготовления белого золота также используют этот металл. Он осветляет готовое изделие.

В строительстве

В строительстве широкое применение получили сплавы из цинка и других металлов. Например, их используют при производстве кровли. Из оцинковки изготавливается не только кровельное покрытие, но и различные трубы, желоба, ветровые планки, подшивка для свесов крыши.

В медицине

Если говорить о медицине, окись цинка часто используется в качестве антисептического средства. Также ее добавляют в составы использующиеся для ускорения регенерации.

Применение цинка в медицине

Как происходит изготовление сплавов

Перед тем как разбираться с изготовлением сплавов, требуется понять, как получают чистый металл. Самым известным способом считается дистилляционный. В первую очередь, концентрированный состав обжигается. Затем он разогревается до тех пор, пока не получится зернистая структура. После этого концентрированное вещество восстанавливается с помощью угля при нагревании до 1300°С. Пары, получаемые в этом процессе, конденсируют и разливают по формам. Далее жидкий металл отстаивается при температуре в 500°С. Из него выходит свинец и железо. После процесса дистилляции получается материал чистотой в 98–99%.

Также существует более сложный и дорогой способ обработки — ректификация. Во время этого процесса происходит теплообмен между жидкостью и паром. Теплообмен разделяет смеси и исключает примеси. На выходе получается материал чистотой в — 99–99.9%.

Есть еще один метод изготовления чистого материала — электролитический. После обжига концентрата его обрабатывают серной кислотой. Получившееся вещество подвергается очистке от примесей и проходит процесс электролиза (производится в свинцовых ваннах). В ваннах остается металл, который переплавляют с помощью индукционных печей. На выходе получается материал чистотой в 99.95%.

После получения чистого материала его расплавляют. В жидкий металл добавляют другие вещества для улучшения его технических характеристик. Чем лучше будет разогрет металл, тем лучше он будет заполнять литейные формы.

Цинковые сплавы используются в различных отраслях производства, изготовлении украшений и медицине (оксид). Оцинкованные листы и изготовленные из них материалы популярны в строительстве. При покупке сплава важно уточнить о содержании свинца и никеля в его составе. Эти 2 вещества вредны для здоровья человека.

Источник

Свинец

Cвинец

Свинец обладает удивительной мягкостью — именно в чистом виде этот металл можно без особых усилий резать ножом. На воздухе свинец тускнеет, покрываясь тонкой плёнкой оксида свинца PbО или основного карбоната свинца Pb₃(ОН)₂(СО₃)₂. При комнатной температуре свинец инертен по отношению к соляной и серной кислотам, так как покрывается защитной плёнкой из нерастворимой соли, зато легко вступает в реакцию с азотной, а на воздухе — даже со слабой уксусной кислотой: 2Pb+4СН₃СООН+О₂=2Pb(СН₃СОО)₂+2Н₂О. Образующийся в результате этой реакции ацетат свинца называют свинцовым сахаром за его сладкий вкус. Однако убеждаться в этом самому не следует: все соединения свинца, в особенности растворимые в воде, крайне ядовиты. Сильное отравление наступает уже при попадании в организм 0,3 г соединений свинца.

Оксид цинка ZnO (tпл=1975 °С) используется как наполнитель для придания прозрачной пластмассе белого цвета, а в смеси с олифой — в качестве белой краски (цинковые белила). Белый порошок сульфида цинка ZnS, в котором часть атомов Zn замещена на Cd, a S на Se, под действием потока электронов излучает видимый свет — тонкий слой этого вещества наносят на экраны телевизоров, рентгеновские трубки.

В организме взрослого человека содержится около 2,3 г цинка, который входит в состав более 40 ферментов, регулирующих углеводный и энергетический обмен в клетках.

Цинк активнее железа, поэтому при контакте отдаёт ему некоторое количество электронов, и поверхность железа заряжается отрицательно. Электроны, которые переходят на кислород с поверхности железа, первоначально принадлежали цинку. Так цинк, разрушаясь сам, защищает железо. Сравнить другие металлы по способности восстанавливать и восстанавливаться можно ознакомившись с рядом напряжений металлов.

Химическая реакция, основанная на способности цинка вытеснять ртуть из её соединений, основано действие ртутно-цинкового гальванического элемента. В нём протекает следующий процесс:
Zn+HgO=Hg+ZnO. Ртутно-цинковые элементы не имеют равных по надёжности, стабильности напряжения и количеству «запасённого» электричества в единице массы. Они идеальны для использования в полевых условиях. Однако ртуть составляет больше половины их массы. После того как батарейки выработают свой ресурс, возникает проблема их утилизации. Если просто выбрасывать такие элементы на свалку, воздух в её окрестностях будет отравлен. Поэтому в мире ширится кампания против использования ртутно-цинковых элементов. В частности, в открытую продажу они уже давно не поступают. А на батарейках, которые продаются в магазинах, можно прочесть: «Mercury 0%» или «Mercury free», что означает «ртути нет».

Латуни — медно-цинковые сплавы (содержат от 4 до 50% Zn) — гораздо прочнее и дешевле меди, более устойчивы к окислению.
Сплавы на основе цинка обладают хорошими литейными качествами. Из них, например, легко отлить гайку с уже готовой резьбой. (Для стали такая возможность пока остаётся несбыточной мечтой.) Поэтому такие сплавы активно используют для отливки изделий с очень тонким рельефом поверхности, например типографских шрифтов.

Источник

Цинк сплавы и марки

Свойства и характеристики цинка:

В целом разделение цинка на группы по назначению (литейные, деформируемые, антифрикционные, протекторные, припои) и хим-составу (системы цинк-медь, цинк-алюминий, цинк-магний) достаточно условно, поскольку некоторые сплавы используются и для литья, выдавливания и как антифрикционный материал, а также содержат по составу и алюминий и медь и магний.

Физические свойства цинка

Положение цинка в периодической системе элементов

В настоящее время практически во всех промышленно развитых странах ощущается большой дефицит в цветных металлах. Поэтому необходим научно обоснованный подход к выбору и рациональному применению металлов, в том числе цинка и его соединений.

Наиболее общее представление о свойствах цинка и возможных изменениях этих свойств дает открытый Д.И.Менделеевым фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов. Согласно этому закону свойства элементов и металлов в частности определяются электронной структурой атомов. Именно величиной заряда ядер атомов обусловлено место, занимаемое каждым металлом в периодической системе.

Деление элементов на металлы и неметаллы является условным. Однако следует отметить, что металлические свойства возрастают с повышением массы атома и с ростом числа электронных оболочек. Согласно электронному строению (ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 ) цинк является типичным металлом, находящимся в побочной подгруппе второй группы в системе элементов. Он имеет степень окисления +2, т.е. в химических соединениях является двухвалентным ионом. Это связано с тем, что для отрыва третьего электрона необходима большая энергия.

Следовательно, положение цинка в периодической системе, обусловленное его природой, позволяет прогнозировать свойства его соединений, а также взаимодействие с внешней средой.

Металлохимические свойства цинка

Цинк характеризуется наличием двух электронов в 4s внешней оболочке. Основное отличие цинка от металлов II группы заключается в том, что он имеет целиком заполненную десятью электронами 3d-oболочку (щелочноземельные металлы не имеют периферийных d-оболочек). Таким электронным строением цинка обусловливаются особенности его физико-химических и других свойств, а также отличие от металлов на группы.

В подгруппе цинка встречаются весьма оригинальные сочетания свойств переходных и непереходных элементов. С одной стороны, поскольку цинк не проявляет переменной валентности и не образует соединений с незаполненным d-слоем, его следует отнести к непереходным элементам. Об этом говорят и некоторые физические свойства цинка (низкая температура плавления и твердость, высокая электроположительность по сравнению с ближайшими “соседями” в переходных рядах). С другой стороны, цинк можно отнести и к переходным элементам, если учесть его склонность к реакциям комплексообразования. Диффузионный характер d-орбиталей делает цинк легко деформируемым.

Металлохимические свойства цинка, определяющие характер его взаимодействия с другими элементами, резко отличны от металлохимических свойств металлов щелочноземельной группы. На основании оценки разности значений атомных радиусов, потенциалов ионизации (рис. 1, б) и электроотрицательности (рис. 1, в) элементов периодической системы и цинка с учетом двойных диаграмм состояния (рис. 2) сделаны следующие выводы:

1. Цинк в обычных условиях является типичным электроотрицательным металлом и образует химические соединения со многими электроположительными металлами, за исключением тех, которые имеют близкие с цинком величины электроотрицательности. К числу последних следует отнести, например, Cd, Tl, Pb, In, Са, Ge.

2. Цинк в обычных условиях не образует непрерывных твердых растворов ни с одним элементом периодической системы.

3. Для цинка характерно образование ограниченных твердых растворов, например с Li, Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Cd, Al, In, Tl, Sn, Pb. При этом растворимость цинка в электроположительных металлах (Li, Mg, Tl, Mn, Cd) значительно выше при соответствующих температурах, чем этих металлов в цинке.

4. Цинк в обычных условиях не взаимодействует с Mo, W, Re, В, С, Si, N. Пока отсутствуют сведения о взаимодействии цинка с Pb, Cs, Y, Nb, Та, Re, Os, Ru, Po, At.

Термодинамические свойства цинка

Широкое применение в технике получили цинк, сплавы и химические соединения на его основе. Для удовлетворения требований потребителей они должны иметь определенные свойства. Так, цинк и цинковые сплавы, как правило, должны быть устойчивы при воздействии среды. Получение же химических соединений основано на неустойчивости цинка в конкретных условиях, например в некоторых кислотах, щелочах, солях. Следовательно, в зависимости от постановки задачи цинк должен быть устойчивым или подвергаться изменениям. Принципиальный ответ на эти вопросы дает термодинамика.

В настоящее время накоплен обширный справочный материал, позволяющий без проведения специальных исследований определить возможности того или иного процесса. Поэтому прогноз применимости цинка для конкретных практических целей может быть сделан по данным о его термодинамических свойствах.

Для удобства пользования рассмотренными уравнениями в табл. 3-6 представлены численные значения параметров системы

Как видно, на основании их сопоставления, а также расчета свойств для конкретных температурных режимов можно оценить предпочтительность процессов, их возможность или невозможность.

5. Электрохимические и химические свойства

Из рассмотренных явлений термодинамики очевидно, что любой процесс может протекать самопроизвольно только при ΔG o для основных электродных реакций является справочной величиной. Таким образом, без проведения каких-либо экспериментов, воспользовавшись ею, можно определить ΔG₀, т.е. возможность электродного процесса.

В конкретных условиях можно определить L и рассчитать величину φ.

Наиболее полно связь потенциала с рН воды и возможный механизм процесса растворения цинка устанавливаются по диаграмме, показанной на рис. 3.

Как видно на рисунке, потенциал цинка зависит от величины рН и активности ионов, причем в определенных условиях наблюдается равновесие между жидкой и твердой фазами. В целом состояние системы в наиболее характерных точках диаграммы описывается уравнениями, приведенными в табл. 7.

Из представленных выше данных можно судить о механизме окислительно-восстановительных процессов при погружении цинка в воду.

Для оценки сравнительной активности цинка в водных растворах представляют интерес стандартные потенциалы электродных процессов, представленных ниже, В:

Следовательно, задавая плотность тока поляризации, можно определить перенапряжение электродного процесса. Это в свою очередь позволяет выбрать режимы поляризации для осуществления процесса.

Возможность химической реакции определяется величиной энергии Гиббса для образования соединений.

Для большинства наиболее важных веществ известны и являются справочными величины изменения энергии Гиббса и константы равновесия при стандартных условиях (T = 298,15 К). Это позволяет принципиально оценивать возможность реакции образования химического соединения между любыми простыми веществами.

Под химическими свойствами цинка, как и любого другого металла, понимаются его способности взаимодействовать с другими веществами путем обмена электронами, т.е. без участия свободных электронов. При этом продуктом химической реакции является соединение из взаимодействующих веществ, например 2Zn +O₂ → 2ZnO.

Рассмотренные выше способности, определяющие химические свойства металлов (цинка), проявляются и при их взаимодействии с неэлектролитами (сухими газами и органическими веществами).

При комнатной температуре цинк практически не взаимодействует с большинством газообразных веществ. Только при сильном нагревании он начинает взаимодействовать с кислородом воздуха, газообразным хлором, бромом, иодом, фтором и многими другими газами. Цинк не взаимодействует с азотом, водородом, углеродом. При нагревании с серой и фосфором реагирует со взрывом.

Рассмотренные выше обобщенные сведения об электрохимических и химических свойствах цинка позволяют констатировать их многообразие и зависимость как от физической природы металла, так и от внешних факторов. Знание особенности поведения цинка в конкретных условиях, основанных на приведенных общих представлениях, имеет практический интерес.

Механические и технологические свойства цинка

Механические свойства цинка, особенно временное сопротивление (σ_в), удлинение (δ,%) и твердость (НВ), существенно зависят от состояния обработки цинка. По данным различных работ, цинк в литом состоянии имеет следующие механические свойства: σ_в = 30-80 МПа, δ = 0,3-4,0 %, НВ = 200-500 МПа.

При комнатной температуре цинк в литом состоянии имеет ограниченную пластичность и плохо прокатывается, так как деформация происходит только по базисной плоскости (001), т.е. параллельно направлению роста кристаллов. В связи с этим наступает резкая анизотропность свойств деформированного цинка. При этом цинк значительно прочнее поперек направления прокатки, чем вдоль нее.

Цинк в деформированном состоянии характеризуется следующими механическими свойствами: σ_в = 140-250 МПа; δ = 15-50 %; НВ = 330-500 МПа.

Прочностные свойства цинка сильно зависят от температуры.

Примеси оказывают заметное влияние на механические свойства цинка. Данные о влиянии основных примесных элементов на твердость и ударную вязкость цинка приведены в табл. 8. Исходный цинк содержал 0,019% Cd, 0,014% Pb, 0,001% Сu; содержание остальных контролируемых примесей находилось в пределах 0,001-0,008 %. Действие примесей изучали в интервале от 0,1 до 3,0 %.

Из табл. 8 следует, что наиболее сильное влияние на твердость цинка в сторону повышения оказывает магний и несколько меньшее- медь и железо. Сурьма и кадмий в пределах до 1 % слегка повышают твердость цинка, но с увеличением содержания этих элементов в цинке свыше 1 % твердость цинка практически не изменяется. Свинец и особенно олово в рассмотренных пределах практически не оказывают влияния на твердость исходного цинка.

Наибольшее влияние на величину ударной вязкости цинка оказывают железо и магний, а также сурьма, незначительные содержания которых сильно понижают ее значения. Медь повышает величину ударной вязкости цинка, а олово, понижая ее вначале, при содержании 3 % дает заметное повышение. Кадмий и свинец не оказывают заметного влияния на величину ударной вязкости цинка.

Структура цинка также оказывает влияние на механические свойства литого металла. Механические свойства литого цинка, содержащего 1,12 % Рb, 0,11 % Cd, 0,03 % Fe и 0,002 % Сu, приведены ниже:

σ_в = 74/27; δ = 1,6/0,1; а_н=3300/2300; HB = 470/440

Твердость цинка изменяется от 200 до 500 МПа для крупнозернистой и мелкозернистой структуры соответственно. Для столбчатой структуры литого цинка характерна анизотропия свойств. Изучение анизотропии литого цинка на образцах, вырезанных параллельно и перпендикулярно к направлению роста столбчатых кристаллов, показало следующее: временное сопротивление равнялось 540 и 160 МПа, а относительное удлинение 4,5 и 1,5% соответственно. Поэтому наиболее благоприятным условием для пластической деформации литого цинка будет совпадение направления деформирующего усилия с осью столбчатых кристаллов.

В процессе горячей прокатки пластичность цинка после первых проходов возрастает благодаря переходу литой структуры в деформированную. При этом происходит рост числа кристаллов, благоприятно ориентированных для деформации.

Для превращения литой структуры электролитного цинка высокой чистоты в деформированную с полной рекристаллизацией достаточно суммарного обжатия в 30-50 % в зависимости от температуры прокатки, причем превращение характерной крупнокристаллической столбчатой структуры литого цинка в деформированную мелкозернистую происходит быстрее с повышением температуры.

Из технологических свойств цинка особо следует отметить поверхностное натяжение, смачиваемость, вязкость, жидкотекучесть, усадку.

Влияние отдельных элементов на некоторые технологические свойства цинка приведено в табл. 9.

Цинк имеет хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает хорошую заполняемость литейных форм.

Переплавка цинка, как правило, ухудшает жидкотекучесть вследствие обогащения расплава оксидами. Поверхностное натяжение цинка также оказывает влияние на заполняемость литейной формы. Заполнение особо тонких элементов отливок (толщиной до 3-5 мм) связано с преодолением поверхностного натяжения металла, которое у цинка с повышением температуры понижается и при критической температуре становится равным нулю. Зависимость поверхностного натяжения и плотности цинка от температуры (по данным Беняковского М.А.) выражается следующими соотношениями: о = 754-0,090 (t-419), у= 6,59-0,00097(t-419), где t, °с.

Значительное влияние на величину поверхностного натяжения цинка оказывают примеси, поэтому при введении в расплав малых добавок некоторых элементов можно улучшить технологические свойства цинка. Это должны быть элементы, понижающие поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-газ или двух жидкостей: поверхностно-активные элементы. По отношению к расплавленному цинку ими являются: литий, магний, кальций, олово, свинец, висмут. Напротив, железо повышает поверхностное натяжение цинка. При контакте жидкого металла с твердыми поверхностями поверхностное натяжение проявляется в виде смачиваемости, которая будет при прочих равных условиях тем больше, чем меньше поверхностное натяжение.

На величину линейной усадки цинка влияет содержание в нем примесей. В табл. 10 показано изменение усадки цинка при введении в него различных примесей.

Как видно, наибольшее уменьшение линейной усадки цинка вызывают олово и магний; кадмий оказывает такое же действие, но при более высоком его содержании в цинке. Железо, медь и свинец незначительно уменьшают величину усадки, причем железо до 0,1 % вызывает даже некоторое увеличение усадки цинка. Сурьма является переходным элементом от группы примесей, сильно влияющих на усадку цинка (Sn, Mg, Cd), к группе примесей, оказывающих слабое действие (Fe, Сu, Рb). Незначительное количество сурьмы (до 0,3%) вызывает уменьшение величины усадки цинка, а дальнейшее повышение содержания сурьмы почти не оказывает никакого влияния.

Величина усадки цинка уменьшается с понижением температуры и уменьшением скорости литья при интенсивном отводе тепла во время затвердевания слитка. Во избежание усадочных дефектов в цинковых отливках необходимо наряду с интенсивным теплоотводом с нижней части отливки возможно дольше сохранять в жидком состоянии его верхнюю часть. Это достигается путем установки прибылей или специальных нагревателей, помещаемых на верхнюю часть литейной формы.

Продажи цинка в больших масштабах ведет лондонская биржа цветных металлов лме.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Источник