Цинковый сплав: особые свойства и основные разновидности

Свойства и характеристики цинка и цинковых сплавов

Характеристики цинковых сплавов во многом обусловлены свойствами цинка. Это металл голубоватого цвета, не встречается в чистом виде, обычно содержит примеси, из-за которых меняются его свойства. Чистый металл получается в результате нескольких реакций.

Цинк обладает следующими химическими свойствами:

• При нагревании реагирует с сероводородом и водой с выделением водорода.
• Не реагирует с азотом и углеродом.
• Со щелочами реагирует с образованием солей цинковой кислоты – цинкатов.

Цинк – это очень прочный материал. Его пластичность увеличивается при нагревании. Если его нагреть больше чем на 210 градусов, от этого может поменяться его форма. При низких температурах вещество плавится.

Как выглядит цинковый сплав

Количество примесей зависит от методов добычи металла, особенностей его обработки и пороты цинка. Чаще всего можно встретить примеси в виде никеля, хлора, фтора и свинца. Обычно при создании цинковых сплавов используют чистый цинк, так как наличие примесей ухудшает качество материала:

• олово делает сплав слишком хрупким и ломким;
• при присутствии кадмия снижается пластичность материала;
• свинец повышает межкристальную коррозию материала, способствует его растворению в кислотах;
• наличие железа повышает твердость сплавов, но снижают их пластичность;
• из-за мышьяка сплав становится хрупким и непластичным.

Поэтому для улучшения характеристик цинковых сплавов цинк сначала очищают от примесей. А в дальнейшем используют чистый металл, который сплавляют с разными компонентами.

Плюсы и минусы

Большинство цинковых сплавов имеют следующие преимущества:

• они очень прочные, не повреждаются при механических воздействиях;
• устойчивы к коррозии;
• имеют хорошие литейные качества, могут использоваться для создания даже мелких элементов;
• со временем практически не подвергаются старению.

Однако примеси даже в незначительном количестве ухудшают характеристики сплава. Приводят к снижению жидкоплавкости, к набуханию, способствуют появлению трещин. Поэтому цинковые сплавы должны создаваться с соблюдением всех технологий, а количество примесей в них не должно превышать 0,005%.

Многие спрашивают, темнеют или нет цинковые сплавы? В этом еще один недостаток материала. Цинковые сплавы могут темнеть с течением времени. Притом потемнения обычно распространяются на всю поверхность материала. Это обуславливается образованием оксидной пленки на поверхности материала. Она формируется при комнатной температуре после контакта с воздухом или водой. Поэтому во избежание этого требуется нанесение гальванических покрытий.

Ремонт изделий из силумина

Силумин не отличается устойчивостью к ударным нагрузкам, следовательно, может быть подвержен разного рода механическим повреждениям. После ударов или падений на изделиях из силумина могут появляться трещины и сколы. Технология ремонта силумина имеет некоторые особенности.

Сварка

Варить силумин обычными электродами не получиться, т.к. при повышении температуры на поверхности изделия появляется оксидная плёнка, не дающая частям соединиться. Поэтому сварочные работы нужно производить с применением вольфрамовых электродов и специализированных припоев. Порядок работ:

• поверхность изделия обезжиривается и надёжно фиксируется;
• поверхность сплава нагревается до 220 °С, при этом для отвода тепла деталь помещается на стальную прокладку;
• выполняется сварной шов.

Сварочные работы, связанные с силумином, требуют определённых навыков и сноровки, без опыта выполнить сварной шов с первого раза скорее всего не получится.

Пайка

Изделий, которые не подвергаются нагрузкам можно ремонтировать при помощи пайки в домашних условиях. Работы можно производить мощным паяльником или газовой горелкой. Поверхность вокруг рабочей области желательно защитить металлическими накладками. В месте спаивания сплав нагревается до 600 °С. Для качественного результата требуется специальный припой (например, ER4043) и флюс (Castolin 190 Flux).

Клей

Клей для алюминия сегодня есть в свободной продаже, им можно ремонтировать детали, которые не подвергаются нагрузкам. Процесс склеивания прост:

• клей разводится до нужной консистенции;
• место склейки вычищается от грязи, обезжиривается;
• клей наносится на детали, после чего они соединяются и помещаются под давление на сутки.

Холодная сварка

Холодная сварка для силумина бывает двух типов:

• компоненты находятся в двух тюбиках, содержимое нужно смешать в соответствии с инструкцией;
• брусочек или пруток, который чем-то напоминает пластилин.

Перед применением холодной сварки, поверхность детали очищается и обезжиривается, удаляются лишние неровности и шероховатости. После подготовки поверхности трещина или скол заполняются холодной сваркой и соединяются с небольшим давлением. В данном случае не стоит использовать пресс или слишком сильно давить на изделие.

Разновидности цинковых сплавов

Цинк могут сплавлять с различными веществами, отчего будут зависеть свойства полученного материала. Сплавление чистого цинка с медью, алюминием и оловом может улучшить его характеристики. Полученный состав будет более качественным, нежели чистое вещество.

Медь и цинк

Медно-цинковый сплав называется латунью. Такой сплав известен уже очень давно. Сначала его изготавливали посредством сплавления цинковой руды и меди. И только в 18 веке впервые был создан сплав из меди и металлического цинка.

Притом оба компонента могут брать в разных пропорциях. В результате этого отличают несколько разновидностей латуни:

• Зеленая. Содержит 60% меди и 40% цинка.
• Золотистая. В ее состав входит 75% меди и 25% цинка.
• Желтая. Содержит 67% меди и 33% цинка.

Латунь – сплав меди и цинка
Латунь отлично поддается обработке давлением. Характеризуется высокими механическими свойствами, неплохой коррозионной устойчивостью. Но на воздухе, в соленой воде и углекислых растворах латунь неустойчива, быстро покрывается темной кислородной пленкой.

Внешне латунь выглядит красивее меди, характеризуется лучшей коррозионной стойкостью. Но с ростом температуры интенсивность коррозии также увеличивается. Ее могут спровоцировать повышенная влажность воздуха, наличие в нем аммиака или сернистого газа. Поэтому для предотвращения коррозии материал подвергают низкотемпературному обжигу.

Латуни не теряют своих свойств при понижении температуры. Это позволяет использовать их, как конструкционный материал. Но при высоких температурах (более 200 градусов) могут наблюдаться явления хрупкости латуни.

Олово и цинк

Сплав цинка с оловом характеризуется высокими защитными свойствами. Ржавеет или нет цинковый сплав с оловом? Такой материал получается очень устойчивым к коррозии. Самыми лучшими антикоррозионными свойствами обладает сплав с 20-25% цинка и 75-80% олова. Поэтому его можно применять в условиях высокой влажности, со временем его внешний вид не ухудшится. Чем выше содержание цинка в сплаве, тем ниже его коррозионная устойчивость. Если сплав содержит 50% и более цинка, его корозионная стойкость приближена к стойкости чистого цинка.

Сплав олова с цинком обладает следующими преимуществами:

• Он очень пластичен, хорошо подается пайке.
• Полировка осадка сохраняется на протяжении долгого времени.
• Имеет высокую коррозионную стойкость.

За счет наличия вышеперечисленных свойств сплав олова и цинка обычно применяют в электро- и радиопромышленности. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к внешним воздействиям.

Алюминий и цинк

Чаще всего создается сплав из цинка, алюминия и меди, который называют ЦАМ. Также в его состав входит небольшое количество магния.

Такой сплав имеет небольшую температуру плавления, хорошо подается литью. Изделия из него получаются очень прочными и устойчивыми к окружающей среде.

Есть несколько качественных сплавов цинка с алюминием, которые обозначаются через ЦАМ 4-1, ЦАМ 4-3, ЦАМ 10-5 и другие. Они содержат примерно одинаковое количество алюминия, но разное – магния, никеля и меди. Стоимость сплава алюминия с цинком ниже, чем олова с цинком. Поэтому изделия из него стоят в разы дешевле.

Маркировка

Маркироваться силумин может различными вариантами. Международная система ISO предъявляет к сплавам определённые требования. Рассмотрим некоторые марки в качестве наглядного примера:

• АК 15. Буквы «А» и «К» соответствуют компонентам: алюминия и кремний соответственно. Цифра в свою очередь обозначает процентное содержание второго по важности компонента в сплаве;
• АЛ 9. Буква «Л» в данном случае говорит о присутствии в составе лития.

Иногда к маркировке может добавляться процентное значение ещё одного компонента, который в большом количестве входит в состав сплава, например:

АК 15 Ц8. «Ц8» – означает что в сплаве содержится 8% цинка.

Для международного рынка создана система Алюминиевой Ассоциации. При применении этой системы используется четырёхзначных шифр, в котором первая цифра будет «4» (обозначает систему легирования), вторая цифра – несёт в себе порядковый номер модификации сплава, третья и четвёртая – это состав сплава и информация о его чистоте. В случае с применением опытной отливки, к маркировке добавляется «Х».

На территории постсоветского пространства для маркировки чаще используют ГОСТ, в этом случае сплавы также будут обозначаться четырёхзначным шифром, например, 1319. В это случае, цифра «1» стоящая вначале обозначает главный элемент – алюминий. Вторая цифра – говорит о системе легирования, а последующие о марке и модификации сплава.

Сфера применения

Цинковые сплавы получили широкое применение. Их используют в таких отраслях:

• В автомобилестроении. Из цинковых сплавов изготавливают дверные ручки, зеркала, создают детали для декора салона автомобиля.
• При создании ювелирных украшений. Цинк сплавляют с золотом, за счет чего повышается его пластичность и ковкость. Это позволяет легко соединить мелкие детали друг с другом.
• В медицине. Цинковые сплавы используются для изготовления медицинской мебели и приборов. А окись цинка является хорошим антисептическим средством, поэтому его добавляют в различные мази и лекарства.

Цинковый сплав используется в автомобилестроении
Таким образом, цинк и его соединения используются во многих областях. Но наибольшее применение вещество получило в автомобилестроении.

Виды цинковых сплавов по назначению

По назначению сплавы цинка могут быть нескольких видов:

• Деформируемые.15% – алюминий, 5%- медь, более 1% – магний. Изготавливается в виде листов или прутьев. По свойствам схожи с латунью.
• Литейные. Их изготавливают путем добавления в цинк 3-4% меди и алюминия, а также 0,05% магния. Имеют хорошую текучесть. Поэтому их изготавливают посредством литья под давлением или литья в формы.
• Антифрикционные. В их состав входит 10% алюминия, 5% меди и 0,1% магния. Изготавливаются посредством литья под давлением. Имеют низкий коэффициент трения и используются в автомобилестроении.
• Припои. Их используют для пайки алюминиевых деталей. Обычно включают в себя примеси – металлы. От этого повышается их прочность.
• Типографические. В их состав входит 7,5% алюминия, 2% магния и примерно 4% меди. Такие сплавы очень прочные, отлично льются в формы.
• Протекторные. В их состав входит не более 1% алюминия и мизерное количество кремния и магния. Устойчивы к коррозии даже во влажной среде. Поэтому такие сплавы применяются в качестве защитных материалов.

Цинковые сплавы хорошо себя зарекомендовали и получили широкое распространение. Но при их создании должны точно учитываться пропорции, иначе будет получен материал плохого качества.

Основное понятие амфотерности

Что такое металлы и неметаллы – понять нетрудно. Металлы обладают восстановительными свойствами и в химической реакции отдают электроны. При этом, гидроксиды металлов – это основания. Неметаллы, напротив, являются окислителями и забирают электроны. Гидроксиды неметаллов – это кислоты.

Источник

Амфотерные соединения могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от реакционной среды. Гидроксиды таких атомов могут выступать в качестве кислот или оснований.

Цинковый сплав в бижутерии

Внешне цинковые сплавы напоминают благородные металлы. Поэтому их используют в бижутерии для создания недорогих украшений. Бижутерия из цинкового сплава выглядит дорого, но легко создается.

Вреден ли цинковый сплав? На самом деле, он никак не влияет на организм человека. Но, тем не менее, лучше приобретать бижутерию хорошего качества. Обычно для создания украшений используется особый сплав, который так и называется – бижутерный. Чаще всего применяется латунь или сплав с алюминием. Внешне такие изделия напоминают золотые и серебряные.

Вреден ли цинковый сплав в бижутерии? Нет, поэтому изделия из него можно смело покупать. Ведь если бы он негативно воздействовал, изготовление украшений из него было бы запрещенным.

Таким образом, цинк и цинковые сплавы широко распространены. Их используют в медицине, автомобилестроении и даже в бижутерии. Это качественные и устойчивые материалы, которые практически не меняются под воздействием условий окружающей среды.

Производство силумина

Металлургия постоянно развивается, появляются новые технологии, совершенствуются старые технические процессы. Существует два способа получить сплав – силумин:

• добыть металл для исходных материалов из руды, но такая смесь будет иметь большое количество посторонних примесей;
• при работе теплоэлектроцентралей в качестве отхода остаётся зола, из которой можно делать нужный сплав.

Кроме того, смесь алюминия и кремния иногда можно встретить в природе, в частности в бокситовой руде, но сделать качественный и пригодный для использования в производстве сплав можно только искусственным путём.