Zinok je modro-biely kov, ktorý bol známy už od nepamäti a jeho zliatiny zohrali dôležitú úlohu v technickom a kultúrnom vývoji ľudstva. Zinok ako kov bol známy už od nepamäti. Zinok sa vo forme zlúčenín a zliatin (mosadz) používal už v staroveku. Najznámejšou zliatinou bola mosadz, ktorá má široké uplatnenie a je známa od nepamäti. Jeho zliatina s meďou, ako sme už spomínali, sa nazýva mosadz a s meďou a striebrom sa nazýva nové striebro.
Názov prvku pochádza z nemeckého slova, z ktorého je odvodené latinské zincum a anglické zinc. Tak ako mnoho iných prvkov aj tento dostal svoje pomenovanie v Nemecku. Zink je odvodený od slova zubatý alebo rohatý.
Pôvod a skoré použitie
Nálezy z bane v Zawar (Rajasthan, India) dokazujú, že už v 9. storočí bol destiláciou vyrobený čistý zinok. Vo veľkom meradle bol kovový zinok vyrábaný až od 12. storočia v Indii, odkiaľ sa výroba rozšírila do Číny. V období dynastie Ming (1368-1644) sa v Číne používali zinkové mince. V Európe sa za objaviteľa kovového zinku väčšinou považuje Andreas Sigismund Marggraf, ktorý v r. 1746 dokázateľne vyrobil kovový zinok. Kovový zinok bol v Európe pravdepodobne vyrobený už skôr (1668 flámsky metalurg PM de Respour; 1738 William Champion vo Veľkej Británii; 1742 švédsky chemik Anton von Swab; ...).
Baníci sa najčastejšie stretávali so zinkom v podobe minerálu sfaleritu ZnS. Zinok v prírode veľmi často sprevádza olovo a aj u nás je to tak. Z nášho okresu poznáme dve náleziská polymetalického charakteru, kde sa ťažil aj zinok. Prvé je v katastri obce Slovenská Ľupča. Ložisko Stráža sa nachádza na úbočí vrchu Stráž. Druhým polymetalickým náleziskom je lokalita Drienok pri Ponikách.
Fyzikálne a chemické vlastnosti zinku
Čistý zinok je striebrobiely až modrobiely mäkký kov, ktorý sa na vzduchu rýchlo pokrýva šedobielou vrstvičkou oxidu zinočnatého ZnO, čím sa chráni pred ďalším pôsobením okolia. Za normálnej teploty je veľmi krehký, a preto sa musí spracovávať pri zvýšenej teplote. Zinok je neželezný kov, ktorý má relatívne nízku teplotu topenia, čo z neho robí dobrého kandidáta na tlakové liatie a odlievanie. Zinok má nižší bod topenia (okolo 420 °C) ako hliník.
Prečítajte si tiež: Zemská Kôra: Zinok a Hliník
Na vlhkom vzduchu stráca lesk vplyvom oxidácie. Ak vzduch obsahuje dostatok oxidu uhličitého, vytvorí sa na povrchu tenká vrstvička uhličitanu zinočnatého (ZnCO3), ktorá chráni zinok pred ďalšou koróziou vzdušným kyslíkom a vlhkosťou, preto je zinok na vzduchu stály. Ku korózii zinku dochádza vo vlhkom vzduchu s nízkou koncentráciou kysličnika uhličitého; povrch zinku je pasivovaný vrstvičkou uhličitanu zinočnatého. Ak je vo vzduchu nízka koncentrácia kysličnika uhličitého, namiesto uhličitanu zinočnatého vzniká tzv. biela hrdza (hydroxid zinočnatý), ktorá netvorí ochrannú vrstvičku a korózia pokračuje ďalej.
Zloženie a typické legujúce prvky
Zinková zliatina označuje kovovú zliatinu zloženú prevažne zo zinku spolu s ďalšími kovovými prvkami. Medzi bežné prvky používané v zinkovej zliatine patrí hliník, horčík, meď, kadmium, olovo, titán a ďalšie nízkoteplotné zliatiny zinku. Zliatiny zinku možno rozdeliť na liate a deformované v závislosti od použitého výrobného procesu. Zliatina na báze zinku s pridanými ďalšími prvkami. Bežné zliatinové prvky sú hliník, meď a horčík.
- Hliník - zlepšuje pevnosť, tvrdosť a zlievačnosť zinkových zliatin.
- Meď - zvyšuje pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti korózii.
- Horčík (magnézium) - zvyšuje ťažnosť a odolnosť proti nárazu.
- Železo - zlepšuje odolnosť proti tečeniu a rozmerovú stabilitu.
- Olovo - zlepšuje obrobiteľnosť, hoci sa používanie olova a podobných prvkov znižuje z dôvodu environmentálnych a zdravotných problémov.
Špecifické zloženie zinkovej zliatiny sa starostlivo vyberá tak, aby sa dosiahli požadované vlastnosti a aby zodpovedalo požiadavkám zamýšlanej aplikácie. Špecifické vlastnosti zinkovej zliatiny je možné prispôsobiť úpravou zloženia a výrobného procesu tak, aby vyhovovali požiadavkám konkrétnej aplikácie.
Vývoj skupín zliatin: ZAMAK a ZA
Zliatiny ZAMAK, vyvinuté v 20. rokoch 20. storočia špeciálne pre tlakové liatie, sú dobre zavedenou skupinou zinkových odlievacích materiálov. Tieto zliatiny sú identifikované svojimi číselnými označeniami a sú známe svojou vyváženosťou mechanických vlastností a ľahkým odlievaním.
- ZAMAK 2 - hoci sa používa menej často, poskytuje najvyššiu tvrdosť a pevnosť spomedzi ZAMAK zliatin.
- ZAMAK 3 - toto je najpoužívanejšia zliatina ZAMAK, ktorá tvorí viac ako 70 % všetkých zinkových odliatkov v Severnej Amerike; je známa svojou vyváženosťou mechanických vlastností a ťažnosťou.
- ZAMAK 5 - ponúka v porovnaní so ZAMAK 3 lepšie mechanické vlastnosti a odolnosť proti korózii vďaka vyššiemu obsahu medi.
- ZAMAK 7 - variant ZAMAK 3 s nižším množstvom horčíka a nečistôt, zlepšenou zlievateľnosťou, flexibilitou a rozmerovou stabilitou.
Zliatiny ZA, vyvinuté v 70. rokoch 20. storočia, sú novším prírastkom do rodiny zinkových zliatin na odlievanie. Tieto zliatiny majú vyšší obsah hliníka, čo zlepšuje ich mechanické vlastnosti a poskytuje vynikajúce ložiskové charakteristiky.
Prečítajte si tiež: Komplexná starostlivosť o pohybový aparát: Walmark Vápnik Horčík Zinok
- ZA-8 - má vyšší obsah hliníka ako zliatiny ZAMAK, čo jej dodáva vynikajúce ložiskové vlastnosti a pevnosť.
- ZA-12 - predstavuje rovnováhu medzi ZA-8 a ZA-27, ponúka dobré nosné vlastnosti, strednú pevnosť a dobrú zlievačnosť.
- ZA-27 - známy vysokým obsahom hliníka (asi 27 %), poskytuje vynikajúce mechanické vlastnosti vrátane vysokej pevnosti a odolnosti proti opotrebovaniu.
Výber medzi týmito dvoma skupinami zliatin závisí od špecifických požiadaviek aplikácie vrátane mechanických vlastností, trvanlivosti a jednoduchosti odlievania.
Výroba a spracovanie zinku
Existujú dva hlavné spôsoby extrakcie a čistenia zinku z jeho rúd: pyrometalurgický a hydrometalurgický proces. Pyrometalurgický proces zahŕňa použitie vysokých teplôt na extrakciu a čistenie zinku z jeho rúd. Zinkové rudy, ako napríklad sfalerit (ZnS), sa pražia v prítomnosti vzduchu pri teplotách okolo 900 - 1 000 °C. Pražený oxid zinočnatý sa potom taví v peci pri teplotách okolo 1 100 - 1 300 °C. Hydrometalurgický proces, tiež známy ako elektrolytický proces, zahŕňa použitie vodných roztokov na extrakciu a čistenie zinku.
Odlievanie zinku zahŕňa zahrievanie kúskov zinku do roztavenej formy predtým, ako sa nechajú stuhnúť do požadovaného tvaru. Zinok je vhodný na tlakové liatie vďaka relatívne nízkej teplote topenia, vynikajúcej tekutosti a ťažnosti. Odlievanie piesku je tradičná metóda odlievania zliatin zinku. Predvalok zliatiny sa pretlačí cez matricu, čo dáva materiálu požadovaný tvar.
Tlakové liatie zinku - proces a jeho výhody
Čo je tlakové liatie zinku? Tlakové liatie zinku zahŕňa zahrievanie zliatin zinku do roztavenej formy a ich vtláčanie do vopred vyrobenej formy na tlakové liatie, kde stuhnú. Proces je vysoko efektívny a všestranný, vhodný na výrobu zložitých a zložitých zinkových dielov s vysokou presnosťou. Tlakové liatie zinku zvyčajne nasleduje po procese tlakového liatia v horúcej komore - kvôli relatívne nízkej teplote topenia zinkových zliatin sa používa stroj s horúcou komorou.
Postupná príručka pre proces odlievania zinku:
Prečítajte si tiež: Synergické účinky jódu, zinku a vitamínu D
- Príprava formy: vytvorenie formy, čistenie a premazanie formy pre ľahšie vysunutie dielov.
- Vstrekovanie: vstreknutie skvapalneného zinkového materiálu do formy pod vysokým tlakom, aby sa vyplnili všetky detaily formy.
- Chladenie a vyhadzovanie: nechať roztavený zinok vychladnúť a stuhnúť vo forme, potom vyhodiť odliatok.
- Orezanie a konečná úprava: odstránenie prebytkov, sekundárne úpravy a povrchové úpravy ako lakovanie, práškové lakovanie, galvanické pokovovanie alebo eloxovanie.
Prečo používať zinok na tlakové odlievanie dielov?
- Efektívna tepelná vodivosť a rozptyl: Zinok je dobrý vodič a podporuje ľahké odvádzanie tepla.
- Vysoká presnosť a rozmerová stabilita: vznikajú diely s presnými toleranciami.
- Vynikajúca tekutosť a tvárnosť: umožňuje výrobu zložitých vzorov a tenkostenných komponentov.
- Efektivita nákladov: tlakové liatie v horúcej komore je nákladovo efektívne najmä pri hromadnej výrobe, navyše nízka teplota topenia predlžuje životnosť nástrojov.
- Rýchla výroba a dlhšia životnosť nástroja: krátke výrobné cykly a menšie poškodenie foriem.
Nevýhody a obmedzenia
- Nevhodné pre malosériovú výrobu kvôli počiatočným nákladom na nástroje.
- Možnosť chýb odliatku: pórovitosť plynu, studené uzávery a ďalšie defekty pri nevhodnom vedení procesu.
- Vhodnosť pre ťažšie diely: vyššia hustota zinku robí diely ťažšími v porovnaní s hliníkom.
Aplikácie zinkových odliatkov v priemysle
Zinkové zliatiny sa používajú v širokom spektre priemyselných odvetví vďaka svojej kombinácii mechanických vlastností, odolnosti voči korózii a nákladovej efektívnosti. V automobilovom priemysle sa zliatiny zinku hojne používajú na výrobu rôznych komponentov, najmä interiérových dielov. V stavebníctve sú zliatiny zinku cenené pre svoju pevnosť, odolnosť proti korózii a jednoduchú výrobu.
Konkrétne aplikácie zahŕňajú:
- Automobilový priemysel: riadenie, ložiská, brzdy, prevodovky, interiérové komponenty.
- Elektronika: prepínače, konektory, kryty a presné komponenty (ZAMAK 3 je obzvlášť vhodný).
- Zdravotnícke vybavenie: rukoväte a malé presné diagnostické nástroje.
- Domáce spotrebiče a spotrebný tovar: vložky do nábytku, kľúčenky, zámky, kľučky, súčasti vysávačov a mixérov.
- Prispôsobené diely a prototypy: vďaka kombinácii pevnosti a rozmerovej stability sú zinkové zliatiny vhodné aj na zákazkové riešenia.
Porovnanie so zliatinami hliníka
Zinok a hliník sú rôzne kovy s jedinečnými vlastnosťami. Zliatina zinku má značnú špecifickú hmotnosť a vykazuje vynikajúce odlievacie vlastnosti; pýši sa vysokou hustotou a pevnosťou, porovnateľnou alebo dokonca prekonávajúcou pevnosť vysokokvalitnej ocele. Hliníková zliatina má nižšiu hustotu, vynikajúci pomer pevnosť/hmotnosť a v mnohých prípadoch lepšiu tepelnú vodivosť.
| Vlastnosť | Zinok | Hliník |
|---|---|---|
| Hustota | ~5 g/cm3 | ~2.7 g/cm3 |
| Bod topenia | ~420 °C (nižší) | vyšší (používa sa studená komora) |
| Pevnosť | vysoká, často vyššia než hliník | dobrý pomer pevnosť/hmotnosť |
| Korózna odolnosť | vynikajúca (pasivácia) | závisí od zliatiny a povrchovej úpravy |
| Vhodný proces odlievania | horúca komora (tlakové liatie) | studená komora (tlakové liatie) |
Zinkové odliatky majú po odliatí hladší a vzorovanejší povrch, pretože nemajú póry, a formy na tlakové liatie nevyžadujú tak vysokú pevnosť kvôli menej abrazívnej povahe materiálu a nižšiemu bodu topenia. Tieto vlastnosti vedú k menším nákladom na nástroje a dlhšej životnosti foriem. Zinkové aj hliníkové odliatky môžu profitovať z procesov povrchovej úpravy.
Povrchové úpravy a následné spracovanie
Aplikovanie konečných úprav zlepšuje vzhľad a mechanické vlastnosti zinkových dielov. Medzi bežné možnosti patrí maľba, práškové lakovanie, leštenie, galvanické pokovovanie a eloxovanie. Galvanické pokovovanie zahŕňa nanesenie tenkej kovovej vrstvy na diel; eloxovanie vytvorí ochrannú vrstvu oxidu; práškové lakovanie rozšíri farebné možnosti a zlepší odolnosť proti korózii; leštenie zlepší hladkosť povrchu a estetiku.
The processing process of graphite electrode
Zhrnutie významu zliatin zinku
Zinkové zliatiny sú všestranné materiály, ktoré si vďaka svojej jedinečnej kombinácii vlastností a prispôsobivosti získali širokú popularitu v rôznych odvetviach. Zliatiny zinku sú pozoruhodné materiály, ktoré ponúkajú kombináciu vynikajúcich vlastností, nákladovej efektívnosti a udržateľnosti. Vďaka svojej všestrannosti sú nevyhnutné v rôznych priemyselných aplikáciách, od automobilových súčiastok až po spotrebný tovar.