Metallid ja sulamid on meie ellu nii tihed alt sisenenud, et mõnikord me isegi ei mõtle neile. Juba 4-3 aastatuhandel eKr leidis aset inimese esimene tutvus tükikestega. Sellest ajast on möödunud palju aega ja iga aastaga on metallitöötlemine ainult paranenud.
Selles mängis suurt rolli tsink. Sellel põhinevaid sulameid kasutatakse paljudes tööstusharudes. Selles artiklis käsitleme tsingisulameid ja nende rolli meie elus.
Üleminekumetall
Tsink on teadaolev alt sinakasvalge rabe siirdemetall. Seda kaevandatakse poolmetallimaagidest. Puhta tsingi saamise protsess on üsna keeruline ja aeganõudev. Esiteks rikastatakse 1-4% tsinki sisaldavat maaki selektiivse flotatsiooniga. Selle protsessi käigus saadakse kontsentraadid (55% Zn). Järgmisena peate hankima tsinkoksiidi. Selleks k altsineeritakse saadud kontsentraadid ahjudes keevkihis. Ainult alatestsinkoksiidi, saate selle metalli puhtal kujul ja selleks on kaks võimalust.
Tsingi hankimine
Esimene on elektrolüütiline, mis põhineb tsinkoksiidi töötlemisel väävelhappega. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub sulfaadi lahus, mis puhastatakse lisanditest ja allutatakse elektrolüüsile. Tsink sadestatakse alumiiniumkatoodidele, mis seejärel sulatatakse induktsioonahjudes. Sel viisil saadud tsingi puhtus on umbes 99,95%.
Teine meetod, vanim, on destilleerimine. Kontsentraadid kuumutatakse väga kõrgele temperatuurile (umbes 1000 ° C), eralduvad tsingi aurud, mis kondenseerumisel settivad savianumatele. Kuid see meetod ei anna sellist puhtust kui esimene. Saadud aur sisaldab umbes 3% erinevaid lisandeid, sealhulgas sellist väärtuslikku elementi nagu kaadmium. Seetõttu puhastatakse Zn täiendav alt segregatsiooni teel. Temperatuuril 500 °C kaitseb see mõnda aega ja saadakse 98% puhtus. Sulamite edasiseks tootmiseks sellest piisab, sest siis legeeritakse tsink ikkagi samade elementidega. Kui sellest ei piisa, kasutatakse rektifikatsiooni ja saadakse tsink puhtusega 99,995%. Seega võimaldavad mõlemad meetodid saada kõrge puhtusastmega tsinki.
Metallide lahutamatu paar
Tavaliselt esineb tsingisulamites lisandina pliid. Looduses leidub seda lahutamatut metallipaari üsna sageli. Kuid tegelikult halvendab kõrge pliisisaldus tsingisulamis selle füüsikalisi omadusi, tekitades kalduvuse teradevahelisele korrosioonile, kui see onsisaldus ületab 0,007%. Pliid ja tsinki leidub kõige sagedamini koos tinapronksis ja messingis.
Kui räägime nende kahe elemendi eutektikast, siis on oluline tähele panna, et kuni temperatuurini 800°C nad ei segune omavahel ja esindavad kahte erinevat vedelikku. Kiire jahutamise ajal toimub Pb ühtlane jaotumine ümarate lisanditena piki terade piire. Tsingi-plii sulamit kasutatakse trükiplaatide valmistamiseks, kuna see lahustub happes väga kiiresti. Kõige sagedamini eemaldatakse plii lisandid tsingist destilleerimismeetodil.
Vase tsingi sulam
Messing on sulam, mida tunti juba enne meie ajastut. Sel ajal polnud tsinki veel avastatud, kuid maaki kasutati laialdaselt. Varem saadi messingit smitsoniidi (tsingimaagi) ja vase legeerimisel. Alles 18. sajandil valmistati see sulam esmakordselt metallist tsinki kasutades.
Meie ajal on messingil mitut sorti: ühefaasiline ja kahefaasiline. Esimesed sisaldavad umbes 35% tsinki, teised aga 50% ja 4% pliid. Ühefaasilised messingid on väga plastilised, samas kui teist sorti iseloomustab rabedus ja kõvadus. Võttes arvesse nende kahe elemendi olekudiagrammi, võime järeldada, et need moodustavad rea elektroonilisi faase: β, γ, ε. Huvitav messingi sort on tompak. See sisaldab ainult kuni 10% tsinki ja tänu sellele on sellel väga kõrge elastsus. Tompaki kasutatakse eduk alt teraskatte ja bimetalli tootmiseks. tema eeskasutatakse müntide ja kulla imitatsiooni valmistamiseks.
Tsink ja teras
Pea igast kodust leiab tsingitud asju: ämbrid, potid, keeduvesi jne. Kõik need on tänu tsingile usaldusväärselt rooste eest kaitstud. Piltlikult öeldes on selle metalliga muidugi kaetud teras ja loogiliselt võttes ei räägi me sulamist. Teisest küljest, teades, kuidas galvaniseerimine toimub, võib väita vastupidist. Fakt on see, et tsink sulab väga madalal temperatuuril (umbes 400 °C) ja vedelas olekus terase pinnale sattudes difundeerub see sinna.
Mõlema aine aatomid on omavahel väga tihed alt seotud, moodustades raua-tsingi sulami. Sel põhjusel võime julgelt väita, et Zn ei ole tootele "laetud", vaid "sisseehitatud". Seda võib täheldada tavalises majapidamises. Näiteks tsingitud ämbrile ilmub kriimustus. Kas siin hakkab roostetama? Vastus on ühemõtteline – ei. Seda seetõttu, et niiskuse sisenemisel hakkavad tsingiühendid lagunema, kuid samal ajal moodustavad nad terasele mingisuguse kaitse. Nii et enamikul juhtudel on sellised tsingisulamid mõeldud toodete kaitsmiseks korrosiooni eest. Loomulikult võib nendel eesmärkidel kasutada ka muid aineid, näiteks kroomi või niklit, kuid nende toodete maksumus on kordades kõrgem.
Tina ja tsink
See sulam pole vähem populaarne kui teised, mille oleme juba üle vaadanud. Aastatel 1917-1918 kasutati Bulgaarias seda laialdaselt spetsiaalsete anumate valmistamiseks, mis hoidsid pikka aega sooja vedelikku.(kaasaegsete termoste analoogid). Tänapäeval kasutatakse tsingi-tina sulamit väga laialdaselt raadio- ja elektritööstuses. Selle põhjuseks on asjaolu, et 20% Zn-sisaldusega koostis on väga hästi joodetud ja sade poleerimine säilib pikka aega.
Muidugi võib seda sulamit kasutada ka korrosioonivastase kattena. Selle omadused on väga sarnased kaadmiumkattega, kuid samal ajal odavam.
Tsingisulamite omadused
Muidugi erinevad kõik seda metalli sisaldavad kompositsioonid üksteisest protsendi poolest. Üldiselt on tsingisulamitel head valu- ja mehaanilised omadused. Esimene ja peamine on korrosioonikindlus. Kõige enam avaldub see kuiva puhta õhu atmosfääris. Korrosiooni võimalikke ilminguid võib näha tööstuslinnades. Selle põhjuseks on vesinikkloriidhappe aurude, kloori ja vääveloksiidide olemasolu õhus, mis niiskusega kondenseerudes raskendavad kaitsekile moodustumist. Vask-tina-tsink on sulam, mida iseloomustavad kõrged kaitseomadused. Just see koostis on korrosioonile kõige vähem vastuvõtlik, eriti tööstuskeskkonnas. Kui rääkida tsingi valuomadustest, siis loomulikult sõltuvad need selle sulamites leiduvatest legeerivatest elementidest.
Nii näiteks muudab alumiinium nende struktuuri homogeenseks, peeneteraliseks, õilistab seda, vähendab raua negatiivset mõju. Teine oluline legeerelement on vask. See suurendab jõudu ja vähendabkristallidevaheline korrosioon. Vase-tsingi sulamil on kõrge löögitugevus, kuid samal ajal kaotab see osaliselt oma valuomadused.
Tsingi ja selle sulamite kasutusvaldkonnad
Tegelikult on tsingisulamitest valmistatud osad meie ajal üsna levinud. Hoolimata asjaolust, et plast asendab metalltooteid, ei saa mõnel juhul neist loobuda. Näiteks autotööstus on tööstus, mis ei saa hakkama ilma tsingisulamiteta. Filtrid, karburaatorid, karburaatori ja kütusepumba korpused, rattakatted, summutid – kõik see ja palju muud on valmistatud selle keemilise elemendi ühendeid kasutades.
Tänu sellele, et tsingisulamitel on head valuomadused, valatakse neist erineva kujuga keerukaid detaile minimaalse seinapaksusega. Ehitus on teine valdkond, kus need sulamid on asendamatud. V altsitud tsinki kasutatakse katuse, torude ja vihmaveerennide jaoks. Vaatamata sellele, et tsingisulamite tootmist kiputakse vähendama, ei ole võimalik nende tootmisest loobuda materjali suhtelise odavuse ja mehaaniliste omaduste tõttu.
