Плавление цинка в домашних условиях

Лом цинка − где взять и как определить от других металлов

Цинк является достаточно востребованным материалом для разных сфер деятельности. В разных формах данный металл применяют для изготовления:

• медицинского оборудования (в качестве основного материала или защитного покрытия);
• мебельной фурнитуры;
• сантехнических деталей;
• автомобильных решеток, листов и прочих элементов;
• химических реактивов для электротехнического производства.

В природе нет недостатка в рудах, необходимых для получения цинка, но высокий спрос на него делает востребованным и вторичное сырьё для перерабатывающей промышленности. При этом конечный продукт повторной переработки отличается низкой себестоимостью.

Цена лома цинка колеблется в пределах от 50 до 70 рублей благодаря стабильному спросу на сырьё для переработки.

Изделия из цинка

Размышляя, где взять лом цинка в домашних условиях, необходимо ознакомиться со сферой его применения. Из цинка делают различную фурнитуру для мебельного производства. В советское время цинк использовали для изготовления корпусов автомобильных карбюраторов и бензонасосов для грузовиков ЗИЛ И ГАЗ-53. Планируя сдать данные узлы в качестве цинкового лома, их необходимо подвергнуть демонтажу, поскольку не все элементы карбюратора изготовлены из цинка.

Помимо креплений и фурнитуры для мебели цинк в советской промышленности использовали для изготовления дверных петель, различных ручек и крючков. Подобные изделия несложно найти в любом частном доме советской постройки.

Отдельно необходимо упомянуть солевые батарейки. Корпус старых батареек под оберткой из стали является цинковым. Рассчитывая достать цинк, целесообразно демонтировать только старые советские элементы питания.

Цинк в быту можно добыть из плавких предохранителей производства СССР. Этот металл нередко использовали для производства дверных замков и ключей к ним.

Таким образом в гараже, частном доме и даже в квартире несложно обнаружить изделия из цинка.

В промышленном производстве чистый цинк задействован при восстановлении благородных металлов (серебра, золота), которые добывают методом подземного выщелачивания.

Цинковые пластины нашли свое применение в полиграфической промышленности. С их помощью выполняют печать иллюстраций в многотиражных изданиях.

Покрытие из цинка (оцинковка) позволяет защитить металл от коррозии. Это покрытие используют для элементов, которые не будут подвержены механической нагрузке. Для конструктивных элементов (емкостей, металлоконструкций) используют технологию металлизации.

Добавление цинка в состав твердых припоев снижает температуру их плавления. Цинк добавляют и в латунь для улучшения литейных и механических показателей сплава.

Окись этого металла востребована в медицине в качестве антисептического и противовоспалительного средства. Ее используют и в качестве компонента для производства цинковых белил.

Характеристика цинка

В таблице элементов Менделеева цинк условно обозначается Zn, и значится 30 номером. Температура его плавления составляет 419°, а при нагреве до 913° по шкале Цельсия металл испаряется. В обычных условиях цинк отличается хрупкостью, в рабочей среде при 100° металл обретает способность гнуться.

Материал имеет бело-синий оттенок, его поверхность быстро окисляется под воздействием кислорода, но не реагирует на воду.

Как идентифицировать цинк

Определить цинк в домашних условиях не очень просто. Он выглядит похожим на нержавейку, и показатель плотности почти на одном уровне.

Как определить оцинковку

Самостоятельно определить цинк нетрудно методом своеобразных лабораторных испытаний. Их несложно провести в бытовых условиях.

• Следует помнить о том, что цинк достаточно хрупкий металл. Тонкие пластинки несложно раскрошить руками. Для определения оцинкованного железа можно провести проверку материала на степень прочности. Почти все сорта оцинкованной стали обладают прочностью в пределах 300-350 Мпа, тогда как нержавеющая сталь выдерживает нагрузку до 450 Мпа.
• Можно проверить и степень пластичности исследуемого образца. Удельная сила, которая приводит к появлению трещин на оцинковке, составляет 170-230 Мпа, а нержавейка потребует приложить усилие в 350-400Мпа.
• Твердость стали с цинковым покрытием по шкале Бринелля составляет НВ 200-250.

Эффективен и химический метод идентификации цинка, требующий применения соляной кислоты. Если на поверхность детали из цинка или лист оцинкованного железа поместить каплю соляной кислоты, то начнется реакция, сопровождающаяся выделением пузырей. Методика основана на химических свойствах цинка, который при взаимодействии с оцинкованным покрытием начинает активно выделять водород. В результате воздействия соляной кислоты слой оцинковки исчезнет с листа стали. Если провести аналогичный опыт с листом нержавейки, то покрытие останется без изменений.

Еще один метод предполагает применение красной кровяной соли. Если раствор такой соли капнут на деталь из цинка, то ее поверхность пожелтеет.

Оцинкованную сталь несложно определить благодаря ее магнитным свойствам. Нержавеющая сталь магнитом не притягивается.

Как отличить цинк от алюминия

Цинк на воздухе быстро покрывается окисью, что нередко затрудняет его определение. Самостоятельно идентифицировать алюминий и цинк можно, вспомнив физико-химические характеристики металлов. Алюминий представляет собой легкий и гибкий металл серебристого оттенка. Цинк заметно тяжелее, имеет голубоватый отблеск, не гнется, а при определенном усилии ломается.

В домашних условиях несложно измерить плотность образцов. Для исследования необходим мерный сосуд и вода. Изделие аккуратно погружают в воду, затем измеряют объем вытесненной им жидкости. При помощи простой формулы несложно произвести нужные вычисления. Если полученный результат близок к 2,7 мл, то изделие изготовлено из алюминия.

Цинковые сплавы

Сплавы на основе цинка находят свое применение в различных отраслях промышленного производства.

Для добычи цинка необходимы полуметаллические руды. Сложная технология сначала позволяет получить оксид цинка, а для получения чистого металла существуют два метода.

• Электролитический способ требует применения серной кислоты для обработки оксида цинка. Полученный в результате сульфатный раствор необходимо подвергнуть электролизу сразу после очистки от примесей. На катодах из алюминия образуется осадок в виде цинка, который затем будет направлен на выплавку в печь индукционного типа. Чистота полученного металла составляет обычно 99,95%.
• Дистилляционный способ предполагает нагрев концентратов до температуры около 1000 градусов. Полученные пары цинка оседают на поверхности глиняных сосудов. Полученный таким методом цинк содержит около 3% примесей. Затем его очищают методом ликвации. Метод предполагает отстаивание металла в течение некоторого времени при температуре около 500 градусов. На выходе получают цинк с показателем чистоты в пределах 98%. Для производства различных сплавов этого параметра достаточно.

Чаще всего цинк в дополнении со свинцом используют для получения латуни и бронзы. Сплавы на основе цинка отличаются хорошими механическими и литейными свойствами, а также повышенной устойчивостью к коррозии. Различные цинковые сплавы востребованы в автомобилестроении, а цинковый прокат применяют при изготовлении кровельного железа, желобов и сточных труб.

Оцинковка

Цинковое покрытие позволяет защитить металл от коррозии, придать ему дополнительные свойства, продлить ресурс эксплуатации. Существует несколько методов нанесения цинкового покрытия, в том числе и в домашних условиях.

Чистый цинк для цинкования в домашних условиях проще всего добыть из корпуса старой солевой батарейки. Для цинкования используют гальванический метод, в основе которого лежит электрохимическая реакция. В процессе обработки ионы цинка создают защитную пленку на всей поверхности изделия.

Промышленный метод горячего цинкования позволяет получить особо прочное покрытие. Потеря цинка в результате такой обработки составляет около 10%. При этом образуется цинковая изгарь, которую вместе с гартцинком следует своевременно удалять согласно технологическим требованиям.

Лом цинка

Чаще всего цинк принимают в виде:

• заводских чушек;
• автомобильных карбюраторов (разобранных полностью или частично);
• производственных отходов;
• строительного, мебельного, сантехнического лома.

Для увеличения прибыли от сдачи цинкового лома рекомендуется подвергнуть партию сырья тщательной сортировке.

Температура плавления цинка, свойства и применение металла

Цинк — хрупкий металл белого цвета с голубым оттенком. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой. Латунь (медно-цинковый сплав) использовали ещё до нашей эры в Древней Греции и Древнем Египте. На сегодняшний день цинк — один из самых важных для многих отраслей человеческой деятельности. Он незаменим в промышленности, медицине. Важен для нормального функционирования человеческого организма

• Химические и физические свойства и история металла
• Месторождения и получение
• Свойства металла и использование в производстве
• Содержание в организме человека и продуктах питания

Химические и физические свойства и история металла

Несмотря на использование с давних времён в различных целях, чистый цинк получить никак не удавалось. Только в начале восемнадцатого века Уильям Чемпион сумел открыть способ выделения этот элемент из руды с помощью дистилляции. В 1838 году он запатентовал своё открытие, а спустя 5 лет, в 1843 году, Уильямом Чемпионом был запущен первый в истории завод по выплавке этого металла. Спустя некоторое время Андреас Сигизмунд Маргграф открыл ещё один метод. Этот способ был признан более совершенным. Поэтому именно Маргграфа зачастую считают открывателем чистого цинка. Последующие открытия только поспособствовали расширению его популярности.

Месторождения и получение

Самородного цинка в природе не существует. Сегодня используется около 70 минералов, из которых его выплавляют. Самый известный — сфалерит (цинковая обманка), который содержится в незначительных количествах в организме человека и животных, а также в некоторых растениях. Больше всего — в фиалке.

Цинковые минералы добывают в Казахстане, Боливии, Австралии, Иране, России. Лидеры по производству — Китай, Австралия, Перу, США, Канада, Мексика, Ирландия, Индия.

На сегодняшний день самый популярный метод получения чистого металла — электролитический. Чистота получаемого металла почти стопроцентная (возможны лишь небольшие примеси в объёме не более нескольких сотых процента. В целом они незначительны, поэтому такой цинк считается чистым).

Общее производство цинка во всём мире оценивается примерно в более чем десять миллионов тонн в год.

Свойства металла и использование в производстве

Цвет чистого металла — серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 — 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.

• Температура плавления цинка — 907 градусов по Цельсию.
• Относительная атомная масса цинка — 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
• Плотность цинка — 7,14 г/см 3 .

Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:

1. Он применяется при добыче и обработке золотой и серебряной руды.
2. Оцинковка защищает сталь от коррозии.
3. Важную роль металл играет в батарейках и аккумуляторах.
4. С помощью цинковых пластинок печатаются иллюстрации в журналах и книгах.
5. В медицине цинковая окись используется как антисептик.
6. Применяется в автомопроизводстве.

Содержание в организме человека и продуктах питания

Организм человека обычно содержит около двух граммов цинка. Многие ферменты содержат в себе этот металл. Элемент играет роль в синтезе важных гормонов, таких как тестостерон и инсулин. Элемент крайне необходим для полноценного функционирования мужских половых органов. Кстати, он даже помогает нам справиться с сильным похмельем. С его помощью выводится из нашего организма лишний алкоголь.

Недостаток цинка в рационе может привести к множеству нарушений функций организма. Такие люди подвержены депрессии, постоянной усталости, нервозности. Дневная норма для взрослого мужчины — 11 миллиграммов в день, для женщины — 8 миллиграмм.

Содержание в продуктах (в миллиграммах на 100 грамм продукта):

• устрицы — 40 мг;
• отруби — 16 мг;
• семена тыквы — 10 ;
• печень говяжья — 8 мг;
• говядина — 8 мг;
• баранина — 6 мг;
• семена подсолнуха — 5 мг;
• сыр — 4 мг;
• овёс — 4 мг;
• курица — 3 мг;
• орехи грецкие — 3 мг;
• фасоль — 3 мг;
• свинина — 3 мг;
• шоколад — 2 мг;
• кукуруза — 0,5 мг;
• бананы — 0,15 мг.

Избыток элемента в человеческом организме также приводит к серьёзным проблемам, поэтому не стоит хранить продукты в цинковой посуде.

Какая температура плавления у цинка?

Цинк — важный элемент, входящий в периодическую таблицу Менделеева. Его обозначение —Zn. Используется в разных отраслях промышленности. Людям, работающим с этим материалом, важно знать температуру плавления цинка, его химический, механические свойства.

Плавление цинка

Что такое цинк

Цинк — металл сине-белого цвета. Стоит под тридцатым номером в таблице Менделеева. При взаимодействии поверхности материала с кислородом, на ней образуется оксидная плёнка. Она скрывает естественный блеск металла, защищает его от окисления.

Структура и состав

В природе цинк нельзя найти в чистом виде. Он будет состоять по большей части из основного металла, дополнительно иметь примеси. К ним относится серебро, кадмий, свинец, медь, железо. Зависимо от процентного содержания дополнительных элементов проводится маркировка материала.

Свойства и характеристики

Характеристики металла зависят от его состава. Зависимо от физических и химических свойств мастера металлургии определяют, где лучше использовать материал, чтобы добиться наилучшей эффективности.

Физические

Физические свойства материала определяют его возможности изменения под воздействием сторонних сил. К ним относятся:

1. Легко растворяется в щелочах и кислотах.
2. Температура плавления — 419 градусов по Цельсию. Особенности плавления могут изменяться зависимо от присадок в составе цинка. Высокой пластичности материал достигает при нагревании до 100 градусов.
3. Температура закипания — 906 градусов.
4. Имеет средний показатель твердости.
5. Во время охлаждения металл крошится.
6. Плотность — 7,133 г/см3.

Механические свойства цинка не подходят для изготовления из него износоустойчивых деталей. Относительно нормальных условий эксплуатации он легко ломается, не устойчив к ударам, большим физическим нагрузкам.

Химические

На химические свойства материала влияют примеси, содержащиеся в его составе. Средние параметры:

1. При снижении температур теряет блеск, покрывается оксидной плёнкой.
2. Разрушается при длительном воздействии влажного воздуха.
3. Активный металл, который относится к энергетическим восстановителям.
4. Гидроизолируется при нагревании металла в воде. Во время этого процесса образуется белый осадок.
5. Растворяется в мощных минеральных кислотах.

От процентного содержание примесей сторонних металлов зависит воздействие щелочей, кислот на материал.

Области применения

Используют цинк в различных сферах промышленности. Говоря о популярности этого материала относительно мирового масштаба, он стоит на третьем место по добыче среди других цветных металлов. Сферы применения:

1. Металлургия — используется как защитное покрытие от коррозий для металлоконструкций. Защищает основу первым контактируя с агрессивными факторами окружающей среды. Используется при производстве стали.
2. Ювелирное дело — применяется для восстановления золота и серебра после их добычи.
3. Пиротехника — применяется при создании красителей для фейерверков.
4. Используется при печати изображений в типографии.
5. Медицина — цинк считается качественным антисептиком, добавляется в разные мази, зубные пасты.

Содержится в организме человека, продуктах питания.

С помощью цинка синтезируются различные гормоны, улучшается метаболизм витаминов, расщепляются остатки алкоголя в организме, улучшается работу простаты.

Содержание в природе

В природе нельзя найти чистый цинк. Его добывают из руд, которые содержат примеси других металлов. Основными месторождениями материала являются Россия, Иран, Боливия, Австралия, Казахстан.

Историческая справка

Сплавы на основе цинка с добавлением латуни, меди известны давно. Они применялись в Древнем Египте, Индии, Древней Греции. Только к 1738 году люди научились получать более чистый металл. Для этого применялся дистилляционный способ. К 19 веку мастера металлургии научились получать чистый цинк с помощью технологического процесса прокатки.

Производство

Чтобы получить чистый материал, применяется две технологии:

1. Электролитический метод. Масса, полученная из руды, помещается в ёмкость, заполненную серной кислотой. Через раствор пропускают ток. Металл отделяется от примесей. Далее его запекают с помощью промышленных печей.
2. Пирометаллургический метод. Сначала проводится обжиг. Далее применяется коксовый уголь для восстановления готовой массы. Последний этапом является процесс отстаивания.

Во время обжига руды выделяется газ, который содержит большое количество серы. Его используют для создания серной кислоты.

Цинк — популярный цветной металл. Он уступает алюминию, меди по количеству добычи. Слабые механические свойства не делают его плохим. Материал нашёл своё применение в разных направлениях промышленности.

Особенности плавки цинковых сплавов

Плавка цинка и сплавов на его основе ввиду их низкой температуры плавления не представляет особых затруднений. Для плавки применяют различные по конструкции печи. В литейных цехах, производящих слитки, для плавки используют электрические индукционные и отражательные печи. В цехах литья иод давлением плавку ведут в тигельных печах в чугунных тиглях. Плавку чистого катодного цинка чаще всего ведут в индукционных печах с железным сердечником, футерованных шамотом. Для набивки подового камня используют массу, состоящую из 35 % синей гончарной глины; 35 % обожженной глины; 12 % каолина и 1. 2 % связующего (сульфитной барды); остальное — кварцевый песок. Для переплавки отходов, требующих рафинирования от металлических примесей, используют отражательные печи с шамотной футеровкой.

Цинк легко окисляется. Особенно интенсивно окисление идет в присутствии паров воды. Образующийся оксид ZnO нелетуч. Так же интенсивно окисляются сплавы ЦАМ4,5-1. Высокая химическая активность компонентов сплава обусловливает образование на поверхности расплава пленки шпинели ZnAl₂₄. В процессе загрузки шихты и перемешивания оксидная пленка разрушается, обрывки ее замешиваются в расплав. Обогащению расплавов оксидными пленами в большей мере способствует использование некомпактных шихтовых материалов (литников, стружки, сплесов). Наряду со шпинелью в цинковых сплавах обнаруживают включения кремнезема (Si0₂), а иногда и глинозема (А1₂₂), источником которых являются загрязненные шихтовые материалы.

Общее содержание оксидных включений в сплавах ЦАМ4,5-1 может достигать 0,34 % объемн., а в отливках 0,6 % объемн. При этом на долю шпинели (ZnAl₂₄) приходится около 90 % от общего содержания включений. Оксиды имеют меньшую плотность, чем расплав. Поэтому они сравнительно легко всплывают на поверхность расплава и попадают в тело отливки. Для снижения интенсивности окисления плавку цинка и его сплавов ведут под покровом древесного угля. Обогащение оксидными включениями происходит также в результате взаимодействия расплавов с футеровкой печи.

Для того чтобы исключить обогащение расплавов железом и повысить стойкость режущего инструмента, плавку цинковых сплавов необходимо вести в индукционных тигельных или канальных печах и использовать для разливки керамические тигли. В тех же случаях, когда применение металлических (чугунных или стальных) тиглей для плавки неизбежно, внутреннюю поверхность их покрывают слоем обмазки из смеси каолина с жидким стеклом.

Цинк и его сплавы весьма чувствительны к перегреву, что может привести к значительным потерям цинка на испарение и к обогащению расплавов оксидами и интермегаллидами. Кроме того, перегрев способствует образованию столбчатой структуры, которая повышает склонность сплавов к образованию трещин при затрудненной усадке и при обработке давлением. По этой причине цинк не перегревают выше 500 °С, а сплавы ЦАМ — выше 550 °С.

Для улучшения свойств отливок цинковые расплавы подвергают очистке от металлических и неметаллических примесей. Для этого используют отстаивание, обработку хлоридами, продувку инертными газами, фильтрование. Наиболее распространенным методом очистки цинковых расплавов является обработка хлоридами. Рафинирование осуществляют введением в расплав с помощью колокольчика при 450. 470 °С 0,1. 0,2 % хлористого аммония или 0,3. 0,4 % гек- сахлорэтана и перемешиванием расплава до прекращения выделения продуктов реакции. Такая обработка позволяет удалить из расплава ЦАМ4,5-1 до 80 % оксидов и 70 % ингерметаллидов. Более глубокая очистка может быть достигнута при фильтровании расплавов через мелкозернистые фильтры из магнезита, сплава фторидов магния и кальция, хлорида натрия и других веществ. Применение фильтров со средним диаметром зерна 2. 3 мм и толщиной фильтрующего слоя 100 мм позволяет удалять из расплавов ЦАМ4,5-1 до 90 % оксидных и 85 % интерметаллидных включений. Фильтрование ведут через нагретый фильтр (=500 °С), который помещают в специальные стаканы, установленные в раздаточных печах (рис. 13.5), или на участке перелива расплава из плавильной печи в ковш или изложницу.

Сопоставление эффективности различных методов очистки цинковых расплавов (рис. 13.6) показывает, что продувка азотом и обработка гексахлорэтаном мало отличаются уровнем очистки; однако они значительно эффективнее отстаивания. По сравнению с обработкой гексахлорэтаном фильтрование позволяет уменьшить содержание оксидных и интерметаллидных включений в два раза. Следует отметить, что независимо от способа очистки отделение оксидных включений идет полнее, чем интермегаллидных. Это объясняется, но-видимому, лучшим смачиванием интерметаллидов расплавом.

Рис. 13.5. Установка фильтра в тигле раздаточной печи: 1 — тигель; 2 — стакан; 3 — фильтр

Рис. 13.6. Эффективность очистки расплава ЦАМ4,5-1 (относительное изменение концентрации включений С/Со ? 100 %):

• 1 — отстаивание; 2 — продувка азотом; 3 — обработка гексахлорэтаном;
• 4 — фильтрование через зерна хлористого натрия

Как уже отмечалось, для изготовления типографских клише используют сплав цинка со свинцом (0,67. 1,25 %). Для приготовления сплава можно использовать первичный цинк марки Ц2. Пластины типографского цинка подвергают полировке. На полированной поверхности не допускаются местные скопления свинца, интерметал- лидов, оксидных плен, шлаковых включений и усадочных дефектов. Для получения клише необходима хорошая травимость сплава, что обеспечивается равномерным распределением свинца. Однако получить такой сплав при использовании чистых металлов трудно из-за сильной гравитационной ликвации свинца. Поэтому иногда свинец вводят в виде хлористого свинца. В результате обменной реакции свинец выделяется в виде тонкодисперсных капель, что обеспечивает устойчивость эмульсии.

Несмотря на тщательное соблюдение серийной технологии плавки и литья полиграфического цинка (рафинирование хлористым аммонием, отстаивание, фильтрование через стальную сетку), брак пластин только по литейным дефектам может составлять 8. К) %. Трехкратное снижение брака может быть достигнуто, если перед заливкой в изложницы расплав профильтровать через нагретый до 400 °С слой магнезитовой крошки толщиной 50. 70 мм с диаметром зерна 4. 6 мм. Такой фильтр устанавливают в распределительной воронке, через которую заполняют изложницу металлом.

Технология плавки сплавов системы Zn-Al-Cu сравнительно проста. Шихтовыми материалами для приготовления сплавов служат первичный цинк, чистый алюминий, электролитическая медь и отходы собственного производства. Для ускорения плавки и предупреждения перегрева расплава медь вводят в сплав в виде лигатуры А 1-Си (50:50). Первоначально в печь загружают лигатуру, отходы и половину всего количества цинка. Поверхность шихты засыпают древесным углем. Завалку расплавляют и перегревают до 530. 550 °С. Затем загружают алюминий, а после его растворения — цинк. Сплав перемешивают, снимают уголь и шлак и вводят магний. После тщательного перемешивания и удаления остатков шлака при 420. 450 °С проводят рафинирование хлористым аммонием или гексахлорэтаном и переливают расплав в раздаточные печи, миксеры машин непрерывного литья слитков или разливают в изложницы. Во время перелива, если это необходимо, расплавы фильтруют через зернистые фильтры.

В цехах фасонного литья, как правило, при выплавке рабочего сплава используют чушки готового сплава ЦАМ. Расплавление их чаще всего осуществляют в чугунных тиглях раздаточных печей в процессе литья. При нарушении технологии (загрузке литников и пресс-остатков) расплав существенно обогащается оксидами. Дли

тельный контакт расплава с чугунным тиглем и периодическое захо- лаживание его при загрузке свежих порций сплава, способствуют образованию включений интермегаллида FeAb и попаданию их в тело отливок. Механическая обработка таких отливок на автоматических линиях характеризуется быстрым затуплением режущего инструмента, частыми его поломками и существенным снижением производительности линий из-за простоев, обусловленных необходимостью замены инструмента. Значительного улучшения показателей обрабатываемости отливок достигают введением операции фильтрования расплава через многослойный магнезитовый фильтр толщиной 100 мм с диаметром зерна 3. 5 мм (табл. 13.5), который устанавливают в раздаточную печь (см. рис. 13.5)

Таблица 13.5

Эффективность использования зернистых фильтров при изготовлении фасонных отливок из сплава ЦАМ 4,5-1

Процесс цинкования.

Цинк является самым применяемым металлом для защиты от коррозии наиболее распространенного конструкционного металла – стали. Цинк защищают сталь как механически, экранируя от доступа окружающей среды, так и электрохимически в местах повреждения покрытий и в порах, образуя со сталью гальванопару. Цинк более отрицательный металл, чем железо, поэтому цинк относительно железа является анодом.

При возникновении очагов коррозии во влажной среде, прежде всего, растворяется цинк с образованием гидроксидов. На поверхности железа происходит выделение водорода (в кислой среде) или кислорода (в щелочной среде). Между анодными и катодными участками возникает ток коррозии.

Способность цинка защищать сталь от коррозии зависит от толщины покрытия, финишной обработки (хроматирования, фосфатирования), а также от структуры и равномерности осадков цинка, т.е., от способа и условий цинкования.

Более подробно процесс цинкования с последующей обработкой приводится в нашем обучающем курсе.

Нанесение цинка можно осуществлять различными методами:

• Горячим цинкованием;
• Термодиффузией;
• Холодным цинкованием;
• Гальваническим покрытием цинка.

Наибольшими защитными свойствами характеризуется метод горячего цинкования. Покрытие цинка наносится кратковременным погружением предварительно обезжиренных и протравленных изделий из черных металлов в ванну с расплавленным цинком (T=470 0 С). Получаемое покрытие неоднородно по составу и толщине. Этот способ применяется для изделий больших размеров, например, строительных металлоконструкций.

Как альтернатива горячему цинкованию используется метод термодиффузионного нанесения цинка, суть которого состоит в насыщении поверхности железа цинком при повышенных температурах в цинкосодержащей смеси порошков. Габариты покрываемых деталей определяются размерами и конструкцией нагревательной печи.

При холодном цинковании на подготовленную поверхность наносят специальный состав, содержащий порошок цинка. В качестве наполнителя используются органические связующие (уретановые, эпоксидные, акриловые или кремнийорганические смолы). Цинконаполненные покрытия приобретают достоинства цинковых металлических и лакокрасочных покрытий.

Наиболее широко распространенным способом нанесения цинка является электрохимический, т.е. осаждение цинка на поверхности металла из раствора цинкосодержащего электролита. Это наиболее рациональный и экономичный способ цинковния, позволяющий в широком диапазоне регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка.

Цинкование производят в простых и сложных электролитах. К первым относят сульфатные, хлоридные, борфторидные; ко вторым – цианистые, цинкатные, аммонийные.

Принципиальные различия между ними заключается в катодной поляризации: чем проще электролит, тем меньше поляризация и осадки цинка имеют более крупнокристаллическую структуру.

Наибольшей популярностью пользуются сульфатные электролиты цинкования. Оптимальная концентрация сернокислого цинка для работы при комнатной температуре 200 – 300 г/л. Для улучшения структуры в электролит вводят различные добавки: повышение электропроводности достигается введением солей сульфата натрия, для стабилизации рН — сульфата алюминия, который, кроме того, является коллоидом, вследствие чего осадки цинка улучшают структуру и цинковое покрытие приобретает красивый внешний вид. Введение ПАВ также позволяет улучшить поверхность. Эффективное действие при комнатных температурах оказывают ПАВ катионного типа, а также коллоиды: столярный клей и декстрин.

Рекомендуемый состав сульфатного электролита:

Сернокислый цинк 200 – 250 г/л
Сернокислый алюминий 20 – 30 г/л
Сернокислый натрий 50 – 100 г/л
Декстрин 8 – 10 г/л
ДЦУ 0,5 – 1,0 г/л
T = 15 – 30 0 С
Д_К = 1 – 4 А/дм 2
рН = 3,6 – 4,4

Все гальванические покрытия требуют тщательной подготовки поверхности. (См. «Первые шаги в гальванике. Часть 2.») Процесс цинкования – не исключение, поэтому перед нанесением цинка необходимо провести очистку изделий от окалины, обезжиривание и травление.

При нанесении цинка на поверхность стальных деталей наблюдается сильное наводораживание поверхности из-за низкого выхода цинка по току, что ведет к ухудшению механических свойств. Для удаления водорода с поверхности цинка производят термическую обработку при температуре 180 – 200 0 С в течение 2 – 3 часов.

Для деталей, подлежащих нанесению лакокрасочных покрытий, поверхность цинка подвергают фосфатированию в растворе препарата Мажеф (30 – 40 г/л) с добавлением нитрата цинка (30 – 60 г/л) при температуре 20 – 35 0 С в течение 30 секунд.

Для повышения защитных свойств и улучшения товарного вида цинковые покрытия подвергают хроматированию в подкисленных растворах, содержащих хроматы и бихроматы. В результате на поверхности цинка образуется пассивная пленка, цвет которой зависит от состава раствора. Перед хроматированием поверхность цинка активируют в растворе серной кислоты (5 – 15 г/л) в течение 3 – 5 секунд, затем тщательно промывают.

Цинковое покрытие с пассивацией

Хроматирование цинка в растворе серной кислоты (3 – 5 г/л) и хромового ангидрида (80 – 100 г/л) в течение 3 – 6 секунд позволяет получить красивую радужную пленку, повышающую коррозионную стойкость цинка. Выбор раствора зависит от состава электролита, из которого производилось осаждение цинка.