Свойства и виды сплавов цинка — применение в бижутерии
В переводе на русский «zinc alloy» означает «цинковый сплав», в состав которого входит цинк и другие металлы. Материал обладает высокой прочностью, устойчивостью к коррозии, хорошо обрабатывается. Без него не обойтись в машиностроении, электротехнике, авиации, производстве ювелирных ук рашений. Ниже о том, что это такое цинковый сплав, какие есть разновидности и где он применяется.
Характеристики и свойства цинка
Материал хрупкий и пластичный. Получают его из сульфидной руды. Может находиться в любом агрегатном состоянии, что расширяет сферы применения. Так, металл плавится при температуре 419ºС, а при 913ºС превращается в пар. В периодической таблице Менделеева элемент расположен под номером 30.
Интересно знать: При какой температуре плавится свинец
Химические свойства:
- При взаимодействии с воздухом происходит окисление. Металл покрывается тонкой пленкой, образуется защита от дальнейшей реакции.
- При нагревании вступает в реакцию с кислородом, хлором и серой. Также со щелочами образуются соединения гидроцинкаты.
- Вытесняет менее активные металлы из солевых растворов.
- Вступает в реакцию с концентрированной и разбавленной серной кислотой.
- Не реагирует с азотом, углеродом и водородом.
- В результате реакции «вода + цинк» образуется оксид цинка и водород. При условии, что создана температура в 600–800ºС.
Физические свойства:
- Плотность составляет 7,14 г/см3.
- Гексагональная кристаллическая решетка.
- Твердость по Бринеллю — 400–500 Мн/м2.
- Молярный объем — 9,2 см3/моль.
- Атомный радиус равен 134 мкм.
- Цвет цинка бело-голубой, ниже — фото.
Интересно! Пластичность металла цинка меняется при нагревании.
Так, при 20ºС он непластичный и хрупкий. При нагревании в температурном режиме 100–150ºС металл приобретает пластичность, его используют для прокатки цинковых листов и проволоки.
Как примеси изменяют свойства цинка
| Химический элемент | Влияние на физические свойства |
|---|---|
| Свинец | Увеличивает растворимость металла в кислотной среде |
| Медь | Ухудшается пластичность, улучшается прочность, снижается устойчивость к коррозии |
| Мышьяк, кадмий | Снижается пластичность и прочность |
| Олово | Отливки становятся ломкими |
| Сурьма | Увеличивается прочность, но ухудшается пластичность |
Важно! В сплавах на основе цинка избегают попадания свинца. Первый металл токсичен, соединение опасно для здоровья человека.
Количество примесей зависит от способа добычи, качества породы, способа обработки. В производстве стремятся уменьшить процент примесей, т. к. свойства готового сплава при этом ухудшаются.
Виды и свойства сплавов цинка
В чистом виде металл используется редко. Как правило, используют соединение двух химических элементов. Самыми популярными считаются медь плюс Zn, сплавы с алюминием и железом (сталью).
С медью
Медно-цинковый сплав называется латунью. Изначально его изготавливали путем плавления руды и меди. С XVIII ст. впервые был создан сплав из меди с цинком.
Пропорции химически могут быть одинаковыми или различаться. В таблице представлены разновидности латуни.
| Название | Zn, % | Cu, % |
|---|---|---|
| Зеленая | 40 | 60 |
| Золотистая | 25 | 75 |
| Желтая | 33 | 67 |
Сплав из меди и цинка обладает отличными механическими свойствами, поддается обработке давлением. Однако при высокой температуре усиливается риск коррозии. Чтобы ее избежать, потребуется дополнительный способ обработки — низкотемпературный обжиг.
Важно! Свойства латуни не ухудшаются при минусовых температурах. А при 200ºС она становится хрупкой.
Co сталью
Чтобы защитить сталь от негативного воздействия окружающей среды, на нее наносят слой цинкового напыления. При температуре 400ºС атомы двух металлов связываются между собой. Однако сплавом цинкование не является.
С оловом
Сплав из олова и цинка отличается высокими защитными свойствами. Как правило, содержание первого металла в нем составляет 75–80%, второго — 20–25%. Материал обладает следующими особенностями:
- пластичный и поддается пайке;
- прочный и устойчивый к внешним воздействиям;
- долгое время сохраняется полировка осадка.
Не все знают, ржавеет или нет цинк и цинковый сплав. Чем выше содержание основного вещества, тем меньше сплав подвержен коррозии. Чистый металл ржавеет при высоких температурах.
Одна из разновидностей — ПОЦ (оловянно-цинковый припой), в состав которого входит олово и цинк в разных и равных (ПОЦ 50) долях. Например, ПОЦ-10 (90% олова и 10% цинка).
С алюминием
Сплавы на основе цинка, меди и алюминия называются ЦОМ. Для улучшения физических свойств в состав добавляют небольшой процент магния.
Алюминиево-цинковые сплавы обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Материал отличается высокой прочностью, что позволяет использовать его в производстве сложных деталей.
Применение цинкового сплава
Большинство материалов имеют высокую коррозионную стойкость и низкую температуру плавления. Также они просты в обработке.
Для защиты металлов от коррозии
Чистый металл наносят на уязвимую поверхность. Процесс называется металлизацией и выполняется технологией газотермического распыления. Структура поверхностного покрытия имеет слоистое, чешуйчатое строение.
В автомобильной отрасли
Сплавами покрывают отдельные элементы автомобиля: ручки, бампер, зеркала. Также цинк и его сплавы содержатся в зубчатых и рычажных механизмах, аккумуляторе, покрышках.
В производстве ювелирных украшений
Своим внешним видом изделия и предметы из цинка напоминают благородные металлы. Поэтому они и популярны в ювелирной промышленности. Украшения из бижутерных сплавов смотрятся дорого, при этом они просты в изготовлении.
Интересно! Цинк — это материал, который применяется в изготовлении белого золота.
Особой популярностью в бижутерии пользуется латунь. А цинковый сплав с металлами медь и алюминий внешне схож с серебром.
В строительстве
Благодаря своей прочности и легкости материалы нашли широкое применение в строительстве:
- производство кровельных и фасадных материалов;
- изготовление труб, проводов, систем отопления и водоснабжения;
- из оцинковки изготавливаются желоба, ветровые планки, подшивка для свесов крыши.
В медицине
Оксид цинка обладает противовоспалительным, подсушивающим, антисептическим действием. Его используют в создании дерматологических медикаментов и в косметологии.
Как происходит изготовление сплавов
Сначала получают чистый металл. Для этого используют методы:
- Дистилляционный. Состав обжигается, разогревается до образования зернистой текстуры. При 1300ºС концентрированное вещество восстанавливается с помощью угля. Далее жидкий металл отстаивают, из него выходят цинк и железо.
- Ректификация. Происходит теплообмен между жидкостью и паром. На выходе получается чистый металл, практически без примесей.
- Электролитический. После обжига концентрата производится обработка серной кислотой. С помощью электролиза производится очистка от примесей.
Сплав получают непосредственным сплавлением металлов, электролитическим соосаждением, заменой одного элемента другим либо диффузным способом. Чаще всего выбирают первый метод — получается вещество с определенным химическим составом с минимальным процентом примесей.
Вреден ли цинковый сплав
Материал безопасен — современная промышленность научилась снижать процент примесей. Опасными для здоровья считается наличие свинца и никеля.
Ржавеет, темнеет ли цинковый сплав в бижутерии
Сплавы не вызывают аллергических реакций и не раздражают кожу. Украшения выглядят эффектно, при этом они вполне доступны по цене. Однако многих людей интересует вопрос: темнеет или нет со временем цинковый сплав в бижутерии.
Все зависит от качества изделия. Если производитель обработал его защитным составом, препятствующим окислению, проблемы не возникнет. В противном случае уже через пару лет активного ношения любимое украшение потемнеет. Чтобы вернуть изделию товарный внешний вид в домашних условиях, можно обработать его зубной пастой, затем насухо вытереть тряпкой. Однако это лишь временное решение проблемы.
А ржавеют ли украшения из цинка? Считается, что металл подвержен коррозии при длительном воздействии влаги и воздуха. Большинство бижутерных сплавов защищены от образования ржавчины.
При создании сплавов строго соблюдают пропорции веществ. Свойства материалов могут отличаться в зависимости от того, какой компонент используется помимо цинка.
Рекомендуем прочитать
