A fémek és ötvözetek olyan szorosan beépültek az életünkbe, hogy néha nem is gondolunk rájuk. Már ie 4-3 évezredben megtörtént az ember első megismerkedése a rögökkel. Azóta sok idő telt el, és évről évre csak javult a fémfeldolgozás.
Ebben nagy szerepe volt a cinknek. Az ezen alapuló ötvözetek számos iparágban használatosak. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a cinkötvözeteket és életünkben betöltött szerepüket.
Átmeneti fém
A cinkről ismert, hogy egy kékesfehér rideg átmeneti fém. Félfémes ércekből bányászják. A tiszta cink előállításának folyamata meglehetősen bonyolult és időigényes. Mindenekelőtt az 1-4% cinket tartalmazó ércet szelektív flotációval dúsítják. Ezzel az eljárással koncentrátumokat (55% Zn) kapunk. Ezután cink-oxidot kell beszereznie. Ehhez a keletkező koncentrátumokat kemencékben, fluidágyban kalcinálják. Csak attólcink-oxid, ezt a fémet tiszta formában is beszerezheti, és ennek két módja van.
Cink beszerzése
Az első elektrolitikus, a cink-oxid kénsavval történő kezelésén alapul. A reakció eredményeként szulfát oldat képződik, amelyet megtisztítanak a szennyeződésektől és elektrolízisnek vetik alá. A cinket alumíniumkatódokon hordják le, majd indukciós kemencékben megolvasztják. Az így kapott cink tisztasága körülbelül 99,95%.
A második módszer, a legrégebbi, a lepárlás. A koncentrátumokat nagyon magas hőmérsékletre (körülbelül 1000 ° C-ra) hevítik, cinkgőzök szabadulnak fel, amelyek kondenzáció hatására agyagedényeken ülepednek. De ez a módszer nem ad olyan tisztaságot, mint az első. A keletkező gőz körülbelül 3% különféle szennyeződéseket tartalmaz, köztük egy olyan értékes elemet, mint a kadmium. Ezért a Zn további tisztítása szegregációval történik. 500°C-on egy ideig védve van, és 98%-os tisztaságot kapunk. Az ötvözetek további gyártásához ez is elegendő, mert akkor a cinket még mindig ugyanazokkal az elemekkel ötvözik. Ha ez nem elég, rektifikációt alkalmaznak, és 99,995%-os tisztaságú cinket kapnak. Így mindkét módszer lehetővé teszi nagy tisztaságú cink előállítását.
Egy elválaszthatatlan fémpár
Az ólom jellemzően szennyeződésként van jelen a cinkötvözetekben. A természetben ez az elválaszthatatlan fémpár meglehetősen gyakran megtalálható. Valójában azonban a cinkötvözet magas ólomtartalma rontja annak fizikai tulajdonságait, és szemcseközi korrózióra hajlamos, ha aztartalom meghaladja a 0,007%-ot. Az ólom és a cink leggyakrabban ónbronzban és sárgarézben találhatók együtt.
Ha e két elem eutektikájáról beszélünk, fontos megjegyezni, hogy 800°C-os hőmérsékletig nem keverednek egymással, és két különböző folyadékot képviselnek. A gyors lehűlés során a Pb egyenletes eloszlása megy végbe lekerekített zárványok formájában a szemcsehatárok mentén. A cink-ólom ötvözetet nyomólemezek készítésére használják, mivel savban nagyon gyorsan oldódik. Az ólomszennyeződéseket leggyakrabban desztillációs módszerrel távolítják el a cinkből.
Réz-cinkötvözet
A sárgaréz már korszakunk előtt ismert ötvözet. Abban az időben a cinket még nem fedezték fel, de az ércet széles körben használták. Korábban a sárgaréz smithsonite (cinkérc) és réz ötvözésével készült. Ezt az ötvözetet csak a 18. században készítették először fémcink felhasználásával.
A mi korunkban többféle sárgaréz létezik: egyfázisú és kétfázisú. Az előbbiek körülbelül 35% cinket, míg az utóbbiak 50% és 4% ólmot tartalmaznak. Az egyfázisú sárgarézek nagyon képlékenyek, míg a második fajtát a ridegség és a keménység jellemzi. E két elem állapotdiagramját figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy ezek elektronfázisok sorozatát alkotják: β, γ, ε. A sárgaréz érdekes változata a tompak. Csupán 10% cinket tartalmaz, és ennek köszönhetően nagyon nagy a rugalmassága. A Tompakot sikeresen használják acélburkolatokhoz és bimetálgyártáshoz. előtteérmék és aranyutánzatok készítésére használják.
Cink és acél
Szinte minden otthonban megtalálhatók horganyzott dolgok: vödrök, fazekak, forrásban lévő víz, stb. A cinknek köszönhetően mindegyik megbízhatóan védett a rozsdától. Képletesen szólva persze ezzel a fémmel vonják be az acélt, és logikusan nem ötvözetről beszélünk. Másrészt, ismerve a horganyzás mikéntjét, ennek az ellenkezője is vitatható. A tény az, hogy a cink nagyon alacsony hőmérsékleten (kb. 400 °C) megolvad, és amikor folyékony állapotban kerül az acél felületére, belediffundál.
A két anyag atomjai nagyon szorosan kapcsolódnak egymáshoz, így vas-cink ötvözetet alkotnak. Emiatt nyugodtan kijelenthetjük, hogy a Zn nem "lerakott" a termékre, hanem "be van ágyazva". Ez normális háztartási helyzetben megfigyelhető. Például egy karcolás jelenik meg egy horganyzott vödörön. Itt kezd rozsdásodni? A válasz egyértelmű – nem. A nedvesség bejutásakor ugyanis a cinkvegyületek elkezdenek lebomlani, ugyanakkor valamilyen védelmet képeznek az acél számára. Tehát a legtöbb esetben az ilyen cinkötvözetek célja a termékek korrózió elleni védelme. Természetesen más anyagok, például króm vagy nikkel is használhatók ezekre a célokra, de ezeknek a termékeknek a költsége a többszöröse lesz.
Ón és cink
Ez az ötvözet nem kevésbé népszerű, mint a többi, amelyet már áttekintettünk. 1917-1918-ban Bulgáriában széles körben használták speciális edények készítésére, amelyek hosszú ideig tartották a meleg folyadékot.(a modern termosz analógjai). Napjainkban a cink-ón ötvözetet nagyon széles körben használják a rádió- és az elektromos iparban. Ez annak köszönhető, hogy a 20%-os Zn-tartalmú összetétel nagyon jól forrasztható, és a lerakódási polírozás hosszú ideig megmarad.
Természetesen korróziógátló bevonatként ez az ötvözet is használható. Tulajdonságai nagyon hasonlítanak a kadmium bevonathoz, ugyanakkor olcsóbbak.
Cinkötvözetek tulajdonságai
Természetesen minden ilyen fémet tartalmazó kompozíció százalékos arányban különbözik egymástól. Általában a cinkötvözetek jó öntési és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Az első és legfontosabb a korrózióállóság. Leginkább a száraz, tiszta levegő légkörében nyilvánul meg. A korrózió lehetséges megnyilvánulásai az ipari városokban láthatók. Ennek oka a levegőben lévő sósavgőzök, klór és kén-oxidok jelenléte, amelyek nedvességgel kondenzálva megnehezítik a védőfólia kialakulását. A réz-ón-cink ötvözet magas védő tulajdonságokkal jellemezhető. Ez az összetétel a legkevésbé érzékeny a korrózióra, különösen ipari környezetben. Ha a cink öntési tulajdonságairól beszélünk, akkor ezek természetesen az ötvözeteiben lévő ötvözőelemektől függenek.
Így például az alumínium homogénné, finomszemcséssé teszi szerkezetüket, nemesíti, csökkenti a vas negatív hatását. Egy másik fontos ötvözőelem a réz. Növeli az erőt és csökkentikristályközi korrózió. A réz-cink ötvözet nagy ütésállósággal rendelkezik, ugyanakkor részben elveszíti öntési tulajdonságait.
A cink és ötvözeteinek felhasználási területei
Valójában korunkban meglehetősen gyakoriak a cinkötvözetekből készült alkatrészek. Annak ellenére, hogy a műanyag váltja fel a fémtermékeket, bizonyos esetekben nem lehet nélkülözni. Például az autóipar olyan iparág, amely nem nélkülözheti a cinkötvözetek. Szűrők, olajteknők, karburátor- és üzemanyag-szivattyúházak, kerékburkolatok, hangtompítók – mindez és még sok minden más ennek a kémiai elemnek a felhasználásával készül.
A cinkötvözetek jó öntési tulajdonságai miatt különféle formájú összetett alkatrészeket öntenek belőlük minimális falvastagsággal. Az építőipar egy másik olyan terület, ahol ezek az ötvözetek nélkülözhetetlenek. A hengerelt cinket tetőfedéshez, csövekhez és ereszcsatornákhoz használják. Annak ellenére, hogy tendencia mutatkozik a cinkötvözetek gyártásának csökkentésére, gyártásukról az anyag viszonylagos olcsósága és mechanikai tulajdonságai miatt nem lehet lemondani.
