Kim loại và hợp kim đã đi vào cuộc sống của chúng ta rất chặt chẽ mà đôi khi chúng ta thậm chí không nghĩ về chúng. Ngay từ thiên niên kỷ 4-3 trước Công nguyên, sự làm quen đầu tiên của con người với cốm đã diễn ra. Đã rất nhiều thời gian trôi qua kể từ đó và mỗi năm quá trình gia công kim loại chỉ được cải thiện.
Kẽm đóng một vai trò lớn trong việc này. Hợp kim dựa trên nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các hợp kim kẽm và vai trò của chúng trong cuộc sống của chúng ta.
Kim loại chuyển tiếp
Kẽm được biết đến là một kim loại chuyển tiếp giòn có màu trắng xanh. Nó được khai thác từ quặng bán kim loại. Quá trình thu được kẽm nguyên chất khá phức tạp và tốn nhiều thời gian. Trước hết, quặng chứa từ 1-4% kẽm được làm giàu bằng phương pháp tuyển nổi chọn lọc. Thông qua quá trình này, thu được các chất cô đặc (55% Zn). Tiếp theo, bạn cần lấy kẽm oxit. Đối với điều này, các chất cô đặc thu được được nung trong các lò nung ở tầng sôi. Chỉ từoxit kẽm, bạn có thể lấy kim loại này ở dạng tinh khiết và có hai cách để làm điều này.
Thu nhận kẽm
Đầu tiên là điện phân, dựa trên việc xử lý oxit kẽm với axit sulfuric. Kết quả của phản ứng này, một dung dịch sunfat được tạo thành, dung dịch này được tinh chế khỏi các tạp chất và bị điện phân. Kẽm được lắng đọng trên cực âm bằng nhôm, sau đó được nấu chảy trong lò cảm ứng. Do đó, độ tinh khiết của kẽm thu được là khoảng 99,95%.
Phương pháp thứ hai, phương pháp lâu đời nhất, là chưng cất. Các chất cô đặc được nung đến nhiệt độ rất cao (khoảng 1000 ° C), hơi kẽm được giải phóng, do quá trình ngưng tụ, lắng đọng trên các mạch đất sét. Nhưng phương pháp này không cho độ tinh khiết như phương pháp đầu tiên. Hơi tạo thành chứa khoảng 3% các tạp chất khác nhau, bao gồm một nguyên tố có giá trị như cadmium. Do đó, Zn được tinh chế thêm bằng cách phân tách. Ở nhiệt độ 500 ° C, nó được bảo vệ trong một thời gian và đạt được độ tinh khiết 98%. Đối với việc sản xuất thêm các hợp kim, điều này là đủ, vì khi đó kẽm vẫn được hợp kim hóa với các nguyên tố tương tự. Nếu điều này là không đủ, thì sử dụng phương pháp chỉnh lưu và thu được kẽm với độ tinh khiết là 99,995%. Do đó, cả hai phương pháp đều cho phép thu được kẽm có độ tinh khiết cao.
Một cặp kim loại không thể tách rời
Thông thường, chì có trong hợp kim kẽm như một tạp chất. Trong tự nhiên, cặp kim loại không thể tách rời này được tìm thấy khá thường xuyên. Nhưng trên thực tế, hàm lượng chì cao trong hợp kim kẽm làm suy giảm các tính chất vật lý của nó, tạo ra xu hướng ăn mòn giữa các hạt nếu nóhàm lượng vượt quá 0,007%. Chì và kẽm thường được tìm thấy cùng nhau trong đồng thiếc và đồng thau.
Nếu chúng ta nói về tính nguyên tử của hai nguyên tố này, điều quan trọng cần lưu ý là ở nhiệt độ 800 ° C, chúng không trộn lẫn với nhau và đại diện cho hai chất lỏng khác nhau. Trong quá trình làm lạnh nhanh, sự phân bố đồng đều của Pb xảy ra ở dạng các tạp chất tròn dọc theo ranh giới hạt. Hợp kim kẽm-chì được sử dụng để làm bản in do nó hòa tan rất nhanh trong axit. Thông thường, các tạp chất chì được loại bỏ khỏi kẽm bằng phương pháp chưng cất.
Hợp kim đồng kẽm
Đồng thau là một hợp kim được biết đến trước cả thời đại của chúng ta. Vào thời điểm đó, người ta vẫn chưa phát hiện ra kẽm, nhưng loại quặng này đã được sử dụng rộng rãi. Trước đây, người ta thu được đồng thau bằng cách tạo hợp kim smithsonite (quặng kẽm) và đồng. Chỉ vào thế kỷ 18, hợp kim này lần đầu tiên được tạo ra bằng cách sử dụng kẽm kim loại.
Trong thời đại của chúng ta, có một số loại đồng thau: một pha và hai pha. Loại đầu tiên chứa khoảng 35% kẽm, trong khi loại thứ hai chứa 50% và 4% chì. Đồng thau một pha rất dẻo, trong khi loại thứ hai được đặc trưng bởi độ giòn và độ cứng. Sau khi xem xét biểu đồ trạng thái của hai phần tử này, chúng ta có thể kết luận rằng chúng tạo thành một chuỗi các pha điện tử: β, γ, ε. Một loại đồng thau thú vị là tompak. Nó chỉ chứa tối đa 10% kẽm và do đó nó có độ dẻo rất cao. Tompak được sử dụng thành công để sản xuất tấm ốp thép và sản xuất lưỡng kim. trước anh ấyđược sử dụng để làm tiền xu và vàng giả.
Kẽm và thép
Hầu như trong mọi ngôi nhà bạn đều có thể tìm thấy những thứ được mạ kẽm: xô, chậu, nước sôi, … Tất cả chúng đều được bảo vệ khỏi gỉ sét một cách đáng tin cậy nhờ kẽm. Nói một cách hình tượng, tất nhiên, thép được phủ bằng kim loại này, và về mặt logic, chúng ta không nói về hợp kim. Mặt khác, nếu biết quá trình mạ xảy ra như thế nào thì có thể lập luận ngược lại. Thực tế là kẽm nóng chảy ở nhiệt độ rất thấp (khoảng 400 ° C), và khi đi vào bề mặt thép ở trạng thái lỏng, nó sẽ khuếch tán vào trong.
Nguyên tử của cả hai chất liên kết rất chặt chẽ với nhau, tạo thành hợp kim sắt-kẽm. Vì lý do này, chúng ta có thể nói một cách an toàn rằng Zn không được "đặt" trên sản phẩm, mà được "nhúng" vào trong đó. Điều này có thể được quan sát thấy trong một tình huống gia đình bình thường. Ví dụ, một vết xước xuất hiện trên một chiếc xô mạ kẽm. Nó bắt đầu rỉ sét ở đây? Câu trả lời là rõ ràng - không. Điều này là do khi hơi ẩm xâm nhập, các hợp chất kẽm bắt đầu bị phá vỡ, nhưng đồng thời chúng tạo thành một số loại bảo vệ cho thép. Vì vậy, trong hầu hết các trường hợp, các hợp kim kẽm như vậy được thiết kế để bảo vệ sản phẩm khỏi bị ăn mòn. Tất nhiên, các chất khác, chẳng hạn như crom hoặc niken, cũng có thể được sử dụng cho những mục đích này, nhưng giá thành của những sản phẩm này sẽ cao hơn nhiều lần.
Thiếc và kẽm
Hợp kim này phổ biến không kém những hợp kim khác mà chúng tôi đã đánh giá. Vào năm 1917-1918 ở Bulgaria, nó được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bình đặc biệt có thể giữ chất lỏng ấm trong một thời gian dài.(chất tương tự của nhiệt kế hiện đại). Ngày nay, hợp kim kẽm-thiếc được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp điện và vô tuyến điện. Điều này là do chế phẩm có hàm lượng Zn 20% được hàn rất tốt và quá trình đánh bóng cặn được duy trì trong một thời gian dài.
Tất nhiên, như một lớp phủ chống ăn mòn, hợp kim này cũng có thể được sử dụng. Đặc điểm của nó rất giống với lớp phủ cadimi, nhưng đồng thời ít tốn kém hơn.
Tính chất của hợp kim kẽm
Tất nhiên, tất cả các thành phần với kim loại này khác nhau về tỷ lệ phần trăm của nó. Nói chung, hợp kim kẽm có tính đúc và cơ tính tốt. Đầu tiên và quan trọng nhất là khả năng chống ăn mòn. Hơn hết, nó thể hiện trong bầu không khí khô sạch. Các biểu hiện có thể xảy ra của sự ăn mòn có thể được nhìn thấy ở các thành phố công nghiệp. Điều này là do trong không khí có hơi axit clohydric, ôxít clo và lưu huỳnh trong không khí, ngưng tụ với hơi ẩm nên khó tạo thành màng bảo vệ. Đồng-thiếc-kẽm là một hợp kim được đặc trưng bởi tính chất bảo vệ cao. Đây là thành phần ít bị ăn mòn nhất, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp. Nếu chúng ta nói về đặc tính đúc của kẽm, thì tất nhiên, chúng phụ thuộc vào các nguyên tố hợp kim trong hợp kim của nó.
Vì vậy, ví dụ, nhôm làm cho cấu trúc của chúng đồng nhất, hạt mịn, làm đẹp nó, làm giảm tác dụng tiêu cực của sắt. Một nguyên tố hợp kim quan trọng khác là đồng. Nó làm tăng sức mạnh và giảmăn mòn liên tinh thể. Hợp kim đồng-kẽm có độ bền va đập cao, nhưng đồng thời mất đi một phần tính chất đúc của nó.
Các lĩnh vực ứng dụng của kẽm và hợp kim của nó
Trên thực tế, các bộ phận làm bằng hợp kim kẽm khá phổ biến trong thời đại chúng ta. Mặc dù thực tế là nhựa đang thay thế các sản phẩm kim loại, nhưng trong một số trường hợp, chúng không thể được phân phối cùng. Ví dụ, ngành công nghiệp ô tô là một ngành không thể làm gì nếu không có hợp kim kẽm. Bộ lọc, bể chứa, bộ chế hòa khí và vỏ bơm nhiên liệu, vỏ bánh xe, bộ giảm thanh - tất cả những thứ này và nhiều thứ khác đều được tạo ra bằng cách sử dụng các hợp chất của nguyên tố hóa học này.
Do hợp kim kẽm có tính đúc tốt nên các bộ phận phức tạp có hình dạng khác nhau được đúc từ chúng với độ dày thành ống tối thiểu. Xây dựng là một lĩnh vực khác trong đó các hợp kim này là không thể thiếu. Kẽm cuộn được sử dụng để lợp mái nhà, đường ống và máng xối. Mặc dù thực tế là có xu hướng giảm sản xuất hợp kim kẽm, nhưng không thể từ bỏ việc sản xuất chúng do tính chất cơ học và rẻ tương đối của vật liệu.
