Плавление цинка в домашних условиях

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.

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.

Читайте также  Плавка меди в домашних условиях

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.

Плавление цинка в домашних условиях

Наиболее эффективным способом защиты стальных конструкции от коррозии, является их цинкование. Метод цинкования представляет собой процесс покрытия поверхности деталей, изделий и металлических элементов, необходимых для эксплуатации и производства металлоконструкций, тонким цинковым слоем. Такое покрытие делает их более устойчивыми к коррозии под воздействием погодных условий, а также защищает деталь от истирания, и механических повреждений.

Виды цинкования

В зависимости от метода нанесения цинка на металлическую поверхность, существует четыре основных типа цинкования:

  1. Горячее цинкование. Стальные элементы помещают в ванну с жидким цинком при температуре 450° C. В результате немедленной реакции железа с цинком на поверхности погружаемых элементов образуется цинковое покрытие.
  2. Гальваническое цинкование основано на электрохимическим нанесение цинка методом электролиза.
  3. Цинкование распылением заключается в плавлении цинка в электрической дуге или подаче струи газа на очищенную и подготовленную поверхность стальных элементов.
  4. Порошковое цинкование производят погружением стальных элементов на несколько часов в порошкообразный цинк, содержащий около 6% оксида цинка, при температуре 350-400° C. Этот вид используется в автомобильной, строительной и авиационной промышленности.

Процесс горячего цинкования

Процесс горячего цинкования состоит из нескольких предварительных этапов подготовки поверхности и непосредственно прямого погружения стального элемента в жидкий цинк.

  1. Абразивоструйная очистка или механическое удаление неоднородностей. Во время обработки поток сжатого воздуха, обогащенного абразивным материалом, направляется на поверхность обрабатываемых деталей и тем самым удаляет неровности, зазубрины, ржавчину, краску, окалину и создают шероховатость и профиль элемента.
  2. Обезжиривание. Помогает очистить поверхность от жира, воскообразных веществ и масел, препятствующих реакции железа с цинком. Этап обезжиривания предназначен для получения химически чистой поверхности, на которой будет образовываться сплав стали с цинком.
  3. Травление. Позволяет эффективно удалять неметаллические вещества (например, ржавчину, окалину и другие продукты коррозии), образующиеся во время прокатки и отжига элементов конструкции. Самый популярный метод травления, это солянокислая ванна.
  4. Флюсование. На этом этапе стальные элементы погружаются в водный раствор хлорида цинка и хлорида аммония (ZnCl2 / NH4Cl) для обеспечения правильного протекания химических реакций во время гальванизации.
  5. Сушка. После обработки во флюсовой ванне стальные детали сушат при температуре 120-150° C. Сушка должна осуществляться эффективно и быстро, чтобы предотвратить переваривание железа и образование его соединений, отрицательно влияющих на процессы, связанные с флюсами.
  6. Цинкование. Последний этап процесса горячего цинкования заключается в погружении предварительно подготовленной стальной основы в ванну с расплавленным цинком при температуре 445–455° C. В этих условиях цинк и железо подвергаются очень быстрой химической реакции. Путем диффузии, то есть проникновения ионов цинка во внешний слой стали, образуется поверхностный сплав железа с цинком, содержащий различное соотношение обоих компонентов.

Особенности и преимущества горячего цинкования

Механизм защиты оцинкованных стальных конструкций от коррозии заключается в том, что покрытие цинка является анодным, сам же металл под ним является катодом, в связи с чем не подвергается воздействию коррозии. Цинк служит защитным слоем до тех пор, пока присутствует на металле и не поврежден, но такое покрытие долговечное и может прослужить десятки лет.

Горячее цинкование, лучший способ защиты чугуна и стали от коррозии, как по экономическим, так и по экологическим причинам.

Преимущества горячего цинкования:

  • Коррозионная устойчивость. Она в десяток раз выше, чем при при электрохимическом покрытии.
  • Самовосстанавливающееся покрытие. Благодаря тому, что цинк обладает высокой анодностью, он самостоятельно восстанавливает поврежденные участки деталей.
  • Повышенная прочность. Покрытие увеличивает срок службы стали еще на пятьдесят лет. Горячеоцинкованная сталь не подвергается расширению и сжатию при изменении влажности.
  • Ударопрочность. Степень твердости стали 160 по шкале Виккерса. Цинковое покрытие имеет твердость 240 градусов. При ударе цинковое покрытие поглощает силу, предотвращая ее воздействие на основной материал. Следовательно, может быть повреждена только гальваника, а не сама сталь. Кроме того, цинк, пластичный материал, он обеспечивает амортизацию и поглощение сильных ударов.
  • Создает свободу создания дизайна. Оцинкованное покрытие выглядит эстетично. Он имеет характерную блестящую структуру, что делает его привлекательным. Во многих современных зданиях оцинкованные балюстрады и поручни являются декоративными элементами, отражающими современность здания. Но это не означает, что оцинкованная сталь должна оставаться в своем первоначальном виде. Покрытие позволяет красить краской любого цвета. Если есть необходимость подобрать цвет элемента из оцинкованной стали к цвету интерьера или окружающей среды, это не проблема.
  • Экономичное покрытие. Оцинкованные таким методом элементы не требует повторной покраски при эксплуатации.

Материалы, подвергаемые горячему цинкованию

Как правило, этот метод применяется для покрытия изделий и деталей из углеродистых и низколегированных материалов на основе железа, то есть стали, стального литья, серого чугуна, а также латуни и меди.

Горячим цинкованием может обрабатываться любой тип стали, где содержание углерода (C) и кремния (Si) не превышает 0,5%.

Процесс цинкования наиболее эффективен для стали с содержанием кремния менее 0,03%. Несколько более низкое качество цинковых покрытий (толщина, блеск, гладкость, адгезия) достигается в случае стали, содержащей кремний в диапазоне от 0,12% до 0,3%. К таким сталям относятся Ст1пс, Ст3сп, Ст3кп и др.

Не рекомендуется оцинковывать стальные конструкции с содержанием Si от 0,03% – 0,12% (например, Ст3сп) и более 0,3% (например, 17Г1С). В случаях повышенного содержания кремния существует риск того, что реакция железо-цинк будет протекать слишком быстро, это приведет к повышенному содержанию доли сплава железо-цинк в покрытии. Повышенное содержание примеси железа и цинка, вызывает эффект Санделина.

В результате такого эффекта слой цинка становится тускло-серым, шероховатым, неровным, очень хрупким и чувствительным к истиранию, сильной деформации и ударам, он также приводит к снижению адгезии толстых покрытий к стали.

Идеальным материалом для горячего цинкования является сталь с содержанием кремния менее 0,03% и / или в диапазоне от 0,15% до 0,25%

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.

Читайте также  Литье алюминия под давлением в домашних условиях

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

Цинкование металла в домашних условиях: методы и технология

Коррозия – это процесс, который разрушает целостность верхнего слоя любого металла, а затем, если не предупредить ее развитие, то и более глубокие структуры. В промышленности создали метод, который позволяет покрыть изделия защитным слоем пленки. Она спасает от проникновения влаги, а также от сильного воздействия кислорода. Таким образом, не происходят вредные реакции. В статье мы расскажем о горячем цинковании металла в домашних условиях своими руками.

Общие сведения

Оцинковка – процесс покрытия поверхности металлической детали или целой конструкции определенными веществами, которые защищают ее от внешних разрушающих сил (не физических, а только химических). В основу вещества добавляют цинк. Именно он обладает вышеперечисленными свойствами. Отсюда и название технологии. Достоинства обработанных изделий:

  • повышенная прочность, однако, это не спасет от удара;
  • меньшая восприимчивость к температурным перепадам;
  • агрессивные вещества (химикаты, моющие средства, растворители) не причиняют большого вреда;
  • продленный эксплуатационный период без потери качеств;
  • анет окисления и ржавления.

Видео: Гаражное цинкование

Процесс обработки цинком

Он востребован во всем мире и применяется на крупносерийном и мелкосерийных производствах, а также многие люди, желающие продлить срок годности купленной продукции, пытаются сами создать специализированный раствор, чтобы им покрыть все необходимые поверхности. Делается это в первую очередь для того, чтобы сделать барьер между металлом и кислородом. Именно он окисляет верхний слой, что впоследствии приводит к появлению ржавчины.

Читайте также  Как заклепать люверсы в домашних условиях?

Процедура может быть горячая или холодная, о способах поговорим ниже. Но в целом она низкозатратная из-за простоты покрытия, а также благодаря невысокой себестоимости химического вещества.

Для чего на сталь наносят слой цинка

При эксплуатации в повышенной влажности воздуха (например, любой автомобиль) происходят первые коррозийные процессы. Оцинкованное покрытие может предотвратить это. Объяснение следующее: элемент в растворе, которым покрывается поверхность, создает со стальным изделием гальваническую пару, среди которой доминирующее значение будет у первого вещества, так как отрицательных электронов в заряде у него больше.

При химических процессах окисления (реакция все же происходит) страдает этот верхний слой, но никак не сама сталь, фактически пропитка берет удар на себя. Но так как любая защита имеет тенденцию к разрушению, то и у цинкования есть срок годности. Но это длительный процесс. А если и будет небольшая брешь, то при соприкосновении с водой произойдет еще одна реакция, где на ее месте появиться гидроксид цинка, который выполняет те же барьерные функции. Кроме барьера от взаимодействия с влагой и воздухом, раствор защищает от электрохимического влияния.

Видео: Цинкование металла дома

Технология цинкования металла

Полное покрытие раствором возможно в условиях наличия емкости и оборудования, построенного из такого материала, который противостоит агрессивной среде. Процедура происходит в несколько этапов:

  • Подготовка. Поверхность полностью очищается, обрабатывается, снимается весь жир и другие пятна, при необходимости производится зачистка или шлифование до ровной плоскости. Затем поверхностный слой удаляется путем травления (посредством электролиза или кислой среды – серной кислоты). От этих манипуляций на верхней части детали образуется пленочка из оксидов. Она отлично соединяется с цинком. Затем нужно качественно высушить заготовку.
  • Нанесение цинкового покрытия на металл. Сплав расплавляют до однородного жидкого состояния, нагревая его до температуры в 450 градусов (что немного выше его удельной теплоты плавления). Затем в эту емкость-бассейн погружают изделие. Вытаскивать его можно исключительно после того, как вы убедитесь, что все даже мельчайшие отверстия, углы, щели были обработаны. Так как в обратном случае разрушение начнется именно с них.
  • Сушка. Воздействие теплым или холодным воздухом не рекомендуется. Лучше всего, если заготовка будет высыхать в комнатных условиях.

Так как оцинковать металл в домашних условиях своими руками можно только при наличии специальной ванны, которая должна иметь возможность быстрого подключения тока, то разделим их на:

  • крупногабаритные;
  • среднегабаритные;
  • малогабаритные.

Как ржавеет

Процесс ржавления складывается из трех воздействий: воздуха, воды и агрессивных сред. При этом они вступают в химические реакции, разрушая целостность молекулярных связей. В результате появляются сначала небольшие, глазом незаметные дырочки, что может выглядеть как шершавость, а затем образуются отверстия. При этом нужно различать окисление – это начальный этап на верхних слоях, и коррозию, то есть более серьезные нарушения в структуре, появление дыр.

Чем сильнее влага и больше агрессоров, тем быстрее происходит процесс, это предотвратит только цинкование металла в домашних или промышленных условиях. Рассмотрим достоинства применения метода.

Плюсы

  • Ровная поверхность, отсутствие шероховатость, блеск даже без верхнего покрытия.
  • Длительной период эксплуатации.
  • Долгое время не будет ржавления.
  • Простота обработки таким способом – он не требует трудного оборудования, сильного электрического напряжения или дорогостоящих компонентов.

Но при этом необходимо помнить, что вдыхание паров цинка или попадание вещества в организм другим способом может привести к отравлению. Поэтому нельзя нагревать питьевую воду в оцинкованных ведрах (переносить можно, но только не повышая температурный режим) или производить другие манипуляции с пищей (для себя или животных), при этом нагревая изделие.

Видео: Цинкование своими руками

Виды и способы цинкования металла

Эффективность будет обусловлена таким понятием как адгезия, то есть способностью цинкового покрытия прикрепиться к верхнему металлическому слою. Не каждый материал имеет возможность адгезировать с цинком, поэтому для различных сплавов применяют разные процедуры. Также выбор зависит от:

  • условий эксплуатации;
  • требуемых защитных свойств;
  • толщины сформированного слоя.

Рассмотрим подробнее варианты.

Холодная оцинковка

За последнее десятилетие это стало инновационной разработкой, потому что дало возможность получать высококачественный результат без дополнительных финансовых затрат. Отсутствие необходимости дорогостоящего оборудования привело к тому, что можно сделать оцинковку деталей из металла в домашних условиях своими руками – цинкование будет проходить холодным методом. Это стало возможно, когда изобрели «Цинконол». Это раствор, красящее вещество, которое содержит более 90 процентов цинка. А оставшиеся части содержат ингредиенты, отвечающие за то, что он останется до нанесения в жидком состоянии, а затем достаточно скоро схватится.

Красить деталь можно вручную – кисточкой, валиком, краскопультом. Последний – оптимальный метод, когда нужно защитить от ржавления статичные конструкции, которые сложно или невозможно снять. Часто «Цинконол» применяют в автосервисах при восстановительных работах с кузовом. Результаты покрытия цинком в домашних условиях будут хорошими, единственное отличие – недостаточная устойчивость к механическим воздействиям, но их можно компенсировать слоем краски.

Горячая оцинковка

Это самый старый способ, он же является наиболее эффективным. Его этапы мы рассматривали выше, основная задача – расплавить вещество и погрузить в него металлическую конструкцию. Достигаются наивысшие технические качества, но используется метод реже, чем холодный. Это объясняется негативным воздействием на окружающую среду. Еще один недостаток – чтобы полностью обрабатывать неразъемные конструкции большого размера требуется очень массивная ванна, а также много сырья. Но большинство линий электропередач покрыты именно таким старым способом.

Видео: Горячее цинкование металлоконструкций

Гальваническое цинкование металла электролизом – невозможно в домашних условиях

Плюсы – высокая точность, до начала процедуры вы уже точно знаете, какая толщина будет у образуемого слоя. Еще одно достоинство – это привлекательный внешний вид изделия, исключительная гладкость. Нет пузырьков воздуха или прочих посторонних помех.

Сталь и цинк соединяются на уровне молекул, так что адгезия у них полная, можно говорить даже о диффузии материалов. Происходит процедура так. Ванна наполняется электролитом. В раствор, хорошо проводящий ток, помещается конструкция. Подключается электричество. Здесь важно точно выбрать напряжение и длительность сеанса.

Термодиффузионная оцинковка

Сокращенно – ТДЦ. Трудная в исполнении, возможная только в производственных цехах, операция. В замкнутый бокс помещают заготовку. Рядом располагают цинк в сухом состоянии. Нагревают помещение до 2600 градусов. При повышенной температуре происходит изменение агрегатного состояния вещества (из твердого в парообразное), и пары оседают на стенках изделия слоем более 15 мкм, что больше, чем при других способах.

Как покрыть цинком металл газотермическим методом

Основной прием – напыление. То есть смесь, которой нужно обработать поверхность, растворяется в другом газообразном веществе так, что вместе с ним наносится на заготовку. Частицы ударяются на большой скорости и как бы «налипают» на поверхность. При этом, так как это все делается неравномерно и быстро, не появляется гладкий и ровный слой. Он, наоборот, скорее напоминает чешую и состоит из небольших неровностей, ощутимых для прикосновения. По этой причине обязательно нужно сверху покрасить деталь. Это хороший вариант, сохраняющий свои основные защитные свойства, но применяется в основном тогда, когда нет возможности использовать горячую оцинковку или электролиз.

Таблица 1. Сравнение цинка с другими металлами

Свойства металлов Медь Никель Свинец Олово Цинк
Плотность, г/см3 8,93 8,9 11,37 7,29 7,1
Температура
плавления, С 1084 1455 327 231 419
кипения, С 2360 3075 1755 2270 906
Твердость по Бринеллю, кг/мм2 36,8 95 3 5 35
Теплопроводность, кал/см.сек, град 0,94 0,14 0,08 0,15 0,27

Таблица 2. Сравнение цинка с цветными металлами

Свойства металлов Медь Никель Свинец Олово Цинк
Плотность, г/см3 8,93 8,9 11,37 7,29 7,1
Температура
плавления, С 1084 1455 327 231 419
кипения, С 2360 3075 1755 2270 906
Твердость по Бринеллю, кг/мм2 36,8 95 3 5 35
Теплопроводность, кал/см.сек, град 0,94 0,14 0,08 0,15 0,27

Заключение и видео

В статье мы рассказали, как покрыть цинком железо в домашних условиях, а также в промышленных цехах, особенности метода и технологии. Если вы не уверены, что соблюдены все меры безопасности, то не стоит делать оцинковку своими руками, так как пары вещества могут негативно повлиять на ваше здоровье.

Видео: Технология цинкования

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.