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.

Состав сплава ЦАМа

Одним из самых распространённых является сплав Zamak. Его отличительной особенностью является соотношение компонентов:

• 95% цинк.
• 4% алюминий.
• 1% медь.
• Допускается наличие до 0,1% магния.

Цинк является основой сплава, металл достаточно пластичен, слабой стороной является низкая температура плавления, однако стоит очень дешево.

Алюминий способствует защите зерен от разрушения. Медь повышает прочностные характеристики, однако взамен этого ухудшается сопротивление коррозии. Магний, повышает устойчивость к коррозийной и замедляет процессы старения материала. Влияние других металлов негативно сказывается на всех характеристиках ЦАМ.

Помимо этого в составе могу содержать небольшие доли железа, олова, свинца и кадмия. Это вредные для сплава материала, они попадают в его структуру из-за не совершенности технологий производства.

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.

Типичные заблуждения и ошибки, возникающие при решении задач на смеси.

1. Попытка записать оба вещества в одну реакцию.
   Получается примерно так: «Смесь оксидов кальция и бария растворили в соляной кислоте…» Уравнение реакции составляется так: СаО + ВаО + 4HCl = СаCl2 + BaCl2 + 2H2O. Это ошибка, ведь в этой смеси могут быть любые количества каждого оксида. А в приведенном уравнении предполагается, что их
   равное количество
   .
2. Предположение, что их мольное соотношение соответствует коэффициентам в уравнениях реакций.
   Например: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 Количество цинка принимается за х, а количество алюминия — за 2х (в соответствии с коэффициентом в уравнении реакции). Это тоже неверно. Эти количества могут быть любыми и они никак между собой не связаны.
3. Попытки найти «количество вещества смеси», поделив её массу на сумму молярных масс компонентов.
   Это действие вообще никакого смысла не имеет. Каждая молярная масса может относиться только к отдельному веществу.

Часто в таких задачах используется реакция металлов с кислотами. Для решения таких задач надо точно знать, какие металлы с какими кислотами взаимодействуют, а какие — нет.

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.

Обработка стали с покрытием Galfan

Формование

Обычно сталь без покрытия и оцинкованную сталь можно подвергать формованию одними и теми же способами без существенного изменения технологических условий. Из-за небольших различий в поверхностных свойствах иногда возникает необходимость внести незначительные изменения, например, в смазку, геометрию инструментов или усилие зажима. К достоинствам металлического покрытия относится его смазывающее действие, которое эффективно проявляет себя при низком и умеренном поверхностном давлении в процессе формования.

Ламинарная микроструктура покрытия Galfan идеально подходит для роликового формования, глубокой вытяжки повышенной сложности, профилирования и гибки. Тончайший интерметаллический соединительный слой покрытия Galfan со сталью проявляет колоссальную стойкость к растрескиванию. Благодаря этим двум свойствам, покрытие Galfan идеально подходит для сложного формования.

Результаты формования стали с металлическим покрытием зависят от таких факторов, как геометрия элементов, марка стали, тип металлического покрытия, толщина, качественные характеристики поверхности и ее защита, а также от инструментов формования.

Сварка

В общем и целом, изделия из стали с металлическим покрытием можно сваривать различными способами, включая контактную, лазерную и дуговую сварку. Когда рекомендации по сварке соблюдаются, механические свойства сварных швов ничем не отличаются от аналогичных показателей стали без покрытия. Сварка изделий из стали с цинково-алюминиевым (ZA) покрытием производится с теми же параметрами, что и сварка оцинкованной (Z) стали. Сокращение толщины покрытия за счет применения цинково-алюминиевого сплава Galfan позволяет уменьшить сварочный ток и продлить срок службы электродов.

Сталь с металлическим покрытием чаще всего обрабатывается такими способами контактной сварки, как, например, точечная сварка, обеспечивающая превосходные результаты. Полезные антикоррозийные свойства покрытия на основе цинка, как правило, локализуются в пределах надлежащим образом выполненной точечной сварки. Из-за пониженного контактного сопротивления стали с металлическим покрытием ее точечная сварка требует чуть повышенного тока и усилия на электродах, по сравнению со сталью без покрытия. Аналогичные образом, сварочный ток немного повышается с увеличением толщины покрытия. Поэтому не рекомендуется сваривать сталь с излишне толстым покрытием, которое снижает пригодность материала к сварке и сокращает срок службы сварочных электродов.

Сталь с металлическим покрытием идеально пригодна и для лазерной сварки, отличающейся узкими (всего несколько мм) швами и малым тепловложением. Применение любого способа сварки плавлением диктует необходимость ограничить до минимума площадь подверженного нагреву участка стального листа с металлическим покрытием, а следовательно, и тепловложение. Подобно поверхности с царапинами, участок с узким сварным швом защищен от катодной коррозии благодаря защитным свойствам покрытия на основе цинка. Тем не менее, после сварки плавлением участки со сварными швами рекомендуется окрашивать или наносить на них иное подходящее защитное покрытие.

Особое внимание необходимо уделить вентиляции на рабочем месте в силу того, что при сварке стали с покрытием на цинковой основе образуются пары, содержащие окись цинка.

Соединение

Все покрытия на основе цинка пригодны для клеевого соединения при условии, что поверхность приспособлена для нанесения связующего вещества (эпоксидного, акрилового или полиуретанового). Одним из преимуществ клеевого соединения является сохранение антикоррозионных свойств покрытия, которое в области соединения остается практически нетронутым. Чтобы обеспечить прочность клеевого соединения, необходимо тщательно очистить поверхность от малейших следов масел и любого загрязнения. Совместимость поверхности со связующим веществом всегда анализируется в индивидуальном порядке.

Для механического соединения изделий с покрытием Galfan в одинаковой степени пригодны как стержневые (напр., болтовое соединение или клепка), так и бесстержневые способы. Так, например, покрытие Galfan, отличающееся высочайшей пригодностью к формованию, подходит для фальцевания, завальцовки, стержневого или обжимного соединения. С покрытием Galfan можно применять газопламенную и дуговую пайку. При клеевом соединении с покрытием Galfan применяются те же связующие материалы, что и с оцинкованной сталью.

Окраска

Придавая готовой продукции нужный цвет, окраска также повышает защиту от коррозии. Аналогично цинковому (Z) покрытию, покрытие Galfan (ZA) служит хорошей основой для окраски, если подобрать подходящую краску. При этом применяются те же виды краски и способы окраски, что и с оцинкованной (Z) сталью. После прокатки в дрессировочной клети поверхность типа B приобретает те качественные характеристики, которые требуются для окраски.

Чтобы обеспечить прочную адгезию слоя краски, необходимо тщательно очистить поверхность от малейших следов масел и любого загрязнения. Для повышения прочности адгезии слоя краски сталь с покрытием на основе цинка можно подвергнуть фосфатированию или другой подходящей предварительной обработке.

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.

Стоимость приема лома

Стоимость зависит от разновидности лома:

• Детали автомобиля — 72 руб/кг.
• Другие разновидности — 25 руб/кг.

Как уже было сказано ранее цена формируется в зависимости от состава ЦАМ. Также учитываются дополнительные показатели:

• Объем — чем объемнее деталь, тем выше стоимость.
• Форма — пластины, подшипники и др.
• Состояние — наличие различных дефектов.

Одной из самых актуальных марок является 4-1, так как это универсальный сплав, который может использоваться во многих направлениях.

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.

Литейный алюминиевый сплав 771.0

Химический состав

Формула сплава: 7Zn-0,9Mg-0,13Cr

Химический состав:

• медь: 0,10 % макс.;
• магний: 0,8-1,0 %;
• марганец: 0,10 % макс.;
• кремний: 0,15 % макс.;
• железо: 0,15 % макс.;
• хром: 0,06-0,20 %;
• цинк: 6,5-7,5 %;
• олово: 3,5 % макс.;
• титан: 0,10-0,20 %;
• другие: 0,05 % каждого, 0,15 % в сумме макс.;
• алюминий: остальное.

Свойства: механические и физические

Типичные механические свойства (Т5):

• прочность на растяжение: 290 МПа;
• предел текучести: 260 МПа;
• относительное удлинение: 1,5 %;
• модуль упругости: 71,0 ГПа.

Физические свойства:

• плотность: 2,823 г/см3;
• температура ликвидус: 645 ºС;
• температура солидус: 605 ºС.

Термическая обработка

Этот сплав можно термически обрабатывать на состояния Т2, Т5, Т51, Т52 и Т71

Термическая обработка на состояние Т5:

• выдержка при 180 ºС в течение 3-5 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе.

Термическая обработка на состояние Т51:

• выдержка при 205 ºС в течение 6 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе.

Термическая обработка на состояние Т6:

• выдержка при 580-595 ºС в течение 6 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе до комнатной температуры;
• старение путем выдержки в течение 3 часов при температуре 130 ºС;
• охлаждение на спокойном воздухе.

Механическая обработка

Сплав 771.0 в состоянии Т5 имеет хорошую стабильность и обрабатываемость резанием. Его можно фрезеровать в 5 раз быстрее, а сверлить в 2 раза быстрее, чем такие сплавы как 356.0 и 319.0.

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.