Kovine in zlitine so vstopile v naše življenje tako tesno, da včasih niti pomislimo nanje. Že v 4-3 tisočletjih pred našim štetjem se je zgodilo prvo spoznavanje človeka z grudobami. Od takrat je minilo veliko časa in vsako leto se je obdelava kovin le izboljševala.
Cink je imel pri tem veliko vlogo. Zlitine na njegovi osnovi se uporabljajo v številnih panogah. V tem članku si bomo ogledali cinkove zlitine in njihovo vlogo v našem življenju.
prehodna kovina
Cink je znano, da je modrikasto bela krhka prehodna kovina. Kopajo ga iz polkovinskih rud. Postopek pridobivanja čistega cinka je precej zapleten in dolgotrajen. Najprej se s selektivno flotacijo obogati ruda, ki vsebuje 1-4 % cinka. S tem postopkom dobimo koncentrate (55 % Zn). Nato morate dobiti cinkov oksid. Za to se dobljeni koncentrati žgajo v pečeh v vrtinčeni postelji. Samo odcinkovega oksida, lahko dobite to kovino v njeni čisti obliki, in to lahko storite na dva načina.
Pridobivanje cinka
Prva je elektrolitska, ki temelji na obdelavi cinkovega oksida z žveplovo kislino. Kot rezultat te reakcije nastane raztopina sulfata, ki se očisti iz nečistoč in podvrže elektrolizi. Cink se nanese na aluminijeve katode, ki se nato tali v indukcijskih pečeh. Čistost tako pridobljenega cinka je približno 99,95%.
Druga metoda, najstarejša, je destilacija. Koncentrate segrejemo na zelo visoko temperaturo (približno 1000 °C), sprostijo se cinkovi hlapi, ki se s kondenzacijo usedejo na glinene posode. Toda ta metoda ne daje takšne čistosti kot prva. Nastala para vsebuje približno 3% različnih nečistoč, vključno s tako dragocenim elementom, kot je kadmij. Zato se Zn dodatno očisti z ločevanjem. Pri temperaturi 500°C se nekaj časa brani in dobimo čistost 98%. Za nadaljnjo proizvodnjo zlitin je to dovolj, saj je potem cink še legiran z istimi elementi. Če to ni dovolj, se uporabi rektifikacija in dobimo cink s čistostjo 99,995%. Tako obe metodi omogočata pridobivanje cinka visoke čistosti.
Neločljiv par kovin
Običajno je svinec prisoten v cinkovih zlitinah kot nečistoča. V naravi se ta neločljiv par kovin pogosto nahaja. Toda v resnici visoka vsebnost svinca v cinkovi zlitini poslabša njene fizikalne lastnosti in povzroči nagnjenost k medzrnski koroziji, če jevsebnost presega 0,007 %. Svinec in cink se najpogosteje nahajata skupaj v kositrnem bronu in medenini.
Če govorimo o evtektiki teh dveh elementov, je pomembno omeniti, da se do temperature 800°C med seboj ne mešata in predstavljata dve različni tekočini. Pri hitrem ohlajanju se pojavi enakomerna porazdelitev Pb v obliki zaobljenih vključkov vzdolž meja zrn. Zlitina cinka in svinca se uporablja za izdelavo tiskarskih plošč, saj se zelo hitro raztopi v kislini. Najpogosteje se nečistoče svinca iz cinka odstranijo z metodo destilacije.
Zlitina bakra cinka
Medenina je zlitina, znana že pred našim štetjem. Takrat cinka še niso odkrili, je pa bila ruda zelo razširjena. Prej so medenino pridobivali z legiranjem smithsonita (cinkove rude) in bakra. Šele v 18. stoletju je bila ta zlitina prvič izdelana s kovinskim cinkom.
V našem času obstaja več vrst medenine: enofazne in dvofazne. Prvi vsebujejo približno 35 % cinka, drugi pa 50 % in 4 % svinca. Enofazne medenine so zelo duktilne, za drugo sorto pa je značilna krhkost in trdota. Ob upoštevanju diagrama stanja teh dveh elementov lahko sklepamo, da tvorita serijo elektronskih faz: β, γ, ε. Zanimiva sorta medenine je tompak. Vsebuje le do 10 % cinka in ima zaradi tega zelo visoko duktilnost. Tompak se uspešno uporablja za jeklene obloge in proizvodnjo bimetal. pred njimuporablja se za izdelavo kovancev in imitacije zlata.
Cink in jeklo
Skoraj v vsakem domu lahko najdete pocinkane stvari: vedra, lonce, vrelo vodo itd. Vse so zaradi cinka zanesljivo zaščitene pred rjo. Slikovito rečeno, jeklo je seveda prevlečeno s to kovino in logično, da ne govorimo o zlitini. Po drugi strani pa je mogoče trditi nasprotno, če vemo, kako poteka cinkanje. Dejstvo je, da se cink tali pri zelo nizki temperaturi (približno 400 °C), in ko vstopi v jekleno površino v tekočem stanju, se vanj razprši.
Atomi obeh snovi so zelo tesno povezani skupaj in tvorijo zlitino železo-cink. Iz tega razloga lahko mirno rečemo, da Zn ni "položen" na izdelek, ampak "vgrajen" vanj. To je mogoče opaziti v običajnih gospodinjskih razmerah. Na primer, na pocinkanem vedru se pojavi praska. Ali je tukaj začelo rjaveti? Odgovor je nedvoumen – ne. To je zato, ker se ob vstopu vlage cinkove spojine začnejo razpadati, a hkrati tvorijo nekakšno zaščito za jeklo. Torej so v večini primerov takšne cinkove zlitine zasnovane za zaščito izdelkov pred korozijo. Seveda se za te namene lahko uporabijo tudi druge snovi, kot sta krom ali nikelj, vendar bodo stroški teh izdelkov večkrat višji.
kositer in cink
Ta zlitina ni nič manj priljubljena od ostalih, ki smo jih že pregledali. V letih 1917-1918 so ga v Bolgariji pogosto uporabljali za izdelavo posebnih posod, ki so dolgo časa zadrževale toplo tekočino.(analogi sodobnih termoz). Dandanes se zlitina cinka in kositra zelo pogosto uporablja v radijski in električni industriji. To je posledica dejstva, da je sestava z vsebnostjo Zn 20% zelo dobro spajkana, poliranje nanosa pa se ohranja dolgo časa.
Seveda se ta zlitina lahko uporablja tudi kot protikorozijski premaz. Njegove lastnosti so zelo podobne kadmijevim premazom, a hkrati cenejše.
Lastnosti cinkovih zlitin
Seveda se vse kompozicije s to kovino med seboj razlikujejo po odstotku. Na splošno imajo cinkove zlitine dobre ulivne in mehanske lastnosti. Prva in najpomembnejša je odpornost proti koroziji. Predvsem pa se kaže v ozračju suhega čistega zraka. Možne manifestacije korozije so vidne v industrijskih mestih. To je posledica prisotnosti hlapov klorovodikove kisline, klora in žveplovih oksidov v zraku, ki ob kondenzaciji z vlago otežujejo tvorbo zaščitnega filma. Baker-kositer-cink je zlitina, za katero so značilne visoke zaščitne lastnosti. Prav ta sestava je najmanj občutljiva na korozijo, zlasti v industrijskem ozračju. Če govorimo o livnih lastnostih cinka, potem so seveda odvisne od legirnih elementov v njegovih zlitinah.
Tako na primer aluminij naredi njihovo strukturo homogeno, drobnozrnato, jo oplemeniti, zmanjša negativni učinek železa. Drug pomemben legirni element je baker. Poveča moč in zmanjšainterkristalna korozija. Zlitina bakra in cinka ima visoko udarno trdnost, a hkrati delno izgubi lastnosti ulivanja.
Področja uporabe cinka in njegovih zlitin
Deli iz cinkovih zlitin so v našem času precej pogosti. Kljub temu, da plastika nadomešča kovinske izdelke, jih v nekaterih primerih ni mogoče opustiti. Na primer, avtomobilska industrija je industrija, ki ne more brez cinkovih zlitin. Filtri, korita, ohišja uplinjača in črpalke za gorivo, pokrovi koles, dušilci - vse to in še veliko več je narejeno iz spojin tega kemičnega elementa.
Zaradi dejstva, da imajo cinkove zlitine dobre ulivne lastnosti, se iz njih odlivajo kompleksni deli različnih oblik z minimalno debelino stene. Gradbeništvo je še eno področje, na katerem so te zlitine nepogrešljive. Valjani cink se uporablja za strešne kritine, cevi in žlebove. Kljub dejstvu, da obstaja težnja po zmanjšanju proizvodnje cinkovih zlitin, njihove proizvodnje zaradi relativne poceni in mehanskih lastnosti materiala ni mogoče opustiti.
