изображение цинкового материала
Цинк — коррозионно-стойкий металл, встречающийся в природе в виде сфалерита (ZnS), карбоната цинка (сфалерита) и каламина. Он занимает 24-е место по распространённости и 4-е место по использованию. Цинк и его сплавы используются человеком уже 2,500 лет, и по-прежнему он остаётся одним из ключевых металлов в современной промышленности.
Вы можете легко заметить использование цинка в транспортных средствах, электрических системах, архитектурных элементах, гальванических покрытиях и т. д. Эти изделия изготавливаются с помощью обработки на станках с ЧПУ, литья или изготовления листового металла.
Понимание различных характеристик цинка поможет вам выбрать подходящий сплав для вашего следующего производственного проекта. Давайте обсудим его свойства, типы сплавов, обрабатываемость и многое другое.
Что подразумевается под цинковым материалом?
Цинк металлический
Термин «цинковый материал» не ограничивается чистым металлом, но также включает в себя широкий спектр цинковых сплавов. Под ним понимается как чистый цинк, так и любой материал с преобладающим содержанием цинка в составе.
Цинк обозначается символом «Zn» и занимает 30-е место в таблице Менделеева. Цинк и его сплавы обладают хорошими электрическими, механическими и химическими свойствами. Благодаря своей природной коррозионной стойкости цинк также используется для гальванизации различных материалов. Кроме того, цинк имеет голубовато-бледно-серый цвет, что улучшает эстетические свойства.
Для переработки цинкового сырья в конечную деталь или продукт используются такие производственные технологии, как обработка на станках с ЧПУ, литье под давлением и обработка листового металла.
Краткая история цинка
Хотя ранние следы использования можно увидеть в Древней Греции в Бронзовом веке, некоторый значительный прогресс можно увидеть в 200 BCE римлянами, которые разработали эффективный способ извлечения меди из оксидных руд и смешивания ее с медью для получения латуни.
В IV–III веках до н. э. цинк также начали добывать в Индии. Затем, спустя некоторое время, в XV веке, в Китае началась его крупномасштабная добыча и производство. После этого цинк стал популярным в промышленности, и Цинковое покрытие для железа и стали в конце 18 века.
Физические, механические и химические свойства цинка
Цинк — бледно-серый материал с температурой плавления 419.5 °C и плотностью 7.134 г/см³. Он обладает превосходной коррозионной стойкостью, хорошей электропроводностью, ковкость и пластичность. Обычно цинк остаётся в Степень окисления +2, слабо взаимодействует с кислотами и щелочами.
Теперь давайте рассмотрим различные свойства и факты о цинке.
Физические свойства цинка
Цинк имеет гексагональную кристаллическую структуру с плотными слоями и имеет бледно-серый цвет, напоминающий серебро. Он имеет низкие температуры плавления и кипения, что благоприятно сказывается на литейном производстве, но ограничивает возможности термического применения. Ниже перечислены другие физические характеристики цинка.
- Металлическая конструкция: Гексагональная плотноупакованная, пространственная группа P6₃/mmc
- Плотность: 7.134 г/см³ при комнатной температуре.
- Точка плавления: 419.5 ° C
- Точка кипения: 907 ° C
- Текстура поверхности: Блестящий голубовато-белый
- Теплопроводность: ~120 Вт·м⁻¹·К⁻¹ при 25 °C
Механические свойства цинка
гальванизация
Чистый цинк — мягкий металл со сравнительно низким пределом прочности на разрыв и модулем упругости Юнга. Однако в сплаве Zamak 350 (Zn–Al–Cu) предел прочности на разрыв увеличивается до 2 МПа. Кроме того, он обладает хорошей ковкостью и пластичностью.
В списке ниже приведены основные механические характеристики цинка.
| Основные свойства | Типичный диапазон при комнатной температуре. |
| Прочность на разрыв | 90 - 200 МПа |
| Модуль для младших | ≈ 87 – 110 ГПа (обычно приводится значение ≈108 ГПа) |
| тягучесть | ≈ 0.3% – 38% (типичные коммерческие диапазоны: несколько % для литых изделий; очень высокие значения сообщаются для некоторых прокатных форм) |
| тягучесть | Пластичный / легко обрабатывается при температуре ~100–150 °C |
| прочность на сжатие | 70 - 200 МПа |
| Предел выносливости | ниже, чем у сталей/алюминиевых сплавов < 30–50 МПа при 10⁷ циклах (чистый Zn) |
Химические свойства цинка
Во-первых, сама поверхность цинкового материала служит естественным барьером против коррозии. Она реагирует с кислородом, образуя оксидную плёнку, а затем реагирует с углекислым газом, образуя карбонатную и оксидную плёнку. Эта защитная плёнка предотвращает ржавление и разрушение поверхности.
Zn+O2+2H2O→Zn(OH)
Zn(OH)2→ZnO+H2O
ZnO+2CO2+3H2O→ZnCO3⋅4Zn(OH)2
Его реакция с кислотами и щелочами слабая: с кислотами он образует соли цинка, а со щелочами — цинкаты.
Попробуйте Пролеан прямо сейчас!
Различные типы цинковых сплавов
Типы цинковых сплавов
Помимо чистого цинка, распространены цинковые сплавы Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5 и Zamak 7. Все они относятся к серии Zamak и содержат различное процентное содержание алюминия, магния и меди. Поэтому цинк-алюминиевые сплавы также пользуются популярностью в машиностроении.
1. Сплавы Zamak
Типичный состав сплавов Zamak включает 94–96% Zn, 3.5–4.3% Al, 0.03–1.25% Cu и 0.02–0.05%. Алюминий в сплавах Zamak повышает прочность, твёрдость и удельную прочность. Медь дополнительно повышает износостойкость и коррозионную стойкость, а магний улучшает текучесть при литье или формовке.
Сплав Zamak 2 обладает большей твёрдостью и прочностью, чем другие марки. Zamak 3 обеспечивает максимальную текучесть при литье, тогда как Zamak 5 содержит дополнительное количество меди, что повышает твёрдость и износостойкость.
2. Цинк-алюминиевые сплавы
Эти сплавы обладают ещё более высокой прочностью на разрыв и твёрдостью, чем сплавы Zamak. Высокое содержание алюминия в составе улучшает физико-механические свойства чистого цинка. Распространенные типы цинк-алюминиевых сплавов — ZA-8, ZA-12 и ZA-27, каждый из которых имеет обозначение, указывающее процентное содержание алюминия.
Одним из основных недостатков сплавов ZA является то, что добавление алюминия снижает текучесть, что является серьёзной проблемой при литье под давлением. В остальном, это не оказывает никакого влияния на обработку на станках с ЧПУ. Для сравнения см. «Цинковый сплав против алюминия».
3. Другие цинковые сплавы
Изделия из цинкового сплава
Помимо ZA и Zamak, в производстве используются и другие сплавы, такие как цинк-никелевые, цинк-оловянные, цинк-свинцовые и высокопрочные цинковые сплавы. Сплавы на основе свинца улучшают обрабатываемость, цинк-никелевые сплавы улучшают механические свойства, а высокопрочные сплавы обеспечивают необходимую прочность и надёжность конструкционных и автомобильных деталей.
Процессы производства цинковых деталей и изделий
Для изготовления деталей и изделий из цинка используются различные производственные процессы, в том числе обработка цинкалитье под давлением, обработка листового металла и 3D-печать. Однако основными методами являются обработка на станках с ЧПУ и литьё.
Давайте обсудим это более подробно.
Литье цинка
Форма для литья цинка под давлением
Процесс литья под давлением включает в себя впрыск расплавленного цинка в заранее изготовленную форму, называемую «кокилем». Затем он заполняет полость формы и при затвердевании приобретает её внешний контур. Литье происходит под высоким давлением, от 1000 до 2000 фунтов на квадратный дюйм. Форма изготавливается из инструментальной стали или чугуна путём прецизионной механической обработки.
Этот метод подходит для производства цинковых изделий в больших объёмах с превосходной повторяемостью. Многоразовая пресс-форма также делает процесс экономичным. Литье цинка под давлением находит широкое применение в различных отраслях.
Среди известных применений — дверные ручки, детали отделки салона автомобиля, компоненты подкапотного пространства, корпуса электроники и декоративная фурнитура. Как это соотносится с литьём под давлением алюминия? Вы можете прочитать Литье цинка под давлением против литья под давлением алюминия здесь.
Цинк с ЧПУ 
Цинк на станке с ЧПУ
Механическая обработка более подходит для сложных и точных цинковых деталей. Она также экономична при создании прототипов. Процесс заключается в создании нужной формы из цинкового блока, прутка, стержня или любой другой заготовки путём удаления материала. В зависимости от геометрии и сложности применяются фрезерование, точение, сверление, нарезание резьбы, шлифование и другие методы обработки.
До CNC-обработкаСначала необходимо создать CAD-модель с помощью программного обеспечения для проектирования, такого как SolidWorks и AutoCAD, а затем выполнить соответствующее программирование для ЧПУ (коды G&M). Затем станок с ЧПУ запускает код и управляет перемещением инструмента/заготовки по заданной траектории для удаления материала. Благодаря такой автоматизации возможно изготовление точных деталей. нестандартные детали с допусками до ±0.01 мм.
Сплавы Zamak и ZA подходят для проектов по обработке цинка, поскольку обладают хорошей обрабатываемостью. Примерами применения цинковых деталей, обработанных на станках с ЧПУ, являются механические втулки, электрические разъемы, корпуса датчиков и декоративные элементы.
Попробуйте Пролеан прямо сейчас!
Применение цинкового материала
Применение цинка
В настоящее время почти половина потребляемого в мире цинка идёт на гальванизацию — процесс создания защитного цинкового слоя на железе, стали и других металлах. Кроме того, различные цинковые сплавы обрабатываются для изготовления деталей желаемого качества с использованием различных методов производства.
Наиболее распространенное применение цинка можно найти в медицине, электронике, автомобилестроении, архитектуре, строительстве и судостроении.
1. Гальванизация
Цинк прочно связывается с материалом основы, образуя тонкий антикоррозионный слой и продлевая срок службы изделия до 50%. Для этого используются такие методы, как горячее цинкование, электролитическое цинкование и термическое покрытие. Например, горячее цинкование применяется для покрытия строительных балок, ограждений, механических креплений и конвейеров.
2. Автомобильная промышленность
Для изготовления цинковых автодеталей обычно используются литьё и обработка на станках с ЧПУ. Цинковые сплавы в основном используются в декоративных изделиях или конструкционных элементах, работающих в условиях низких и средних нагрузок.
Такие сплавы, как Zamak 3, 5 и 7, отливаются или обрабатываются на станке для изготовления корпусов дверных замков в транспортных средствах, компонентов рулевого управления, декоративной отделки, крепежных деталей и многого другого.
3. Медицинская промышленность
Цинк применяется в медицине, от дефибрилляторов до стетоскопов. Ещё один интересный факт: цинк критически важен для нашей иммунной системы. Более того, цинк обладает благоприятными механическими свойствами для некоторых видов внутренней фиксации и стентирования.
4. Электронная промышленность
Цинк используется в аккумуляторах энергии, датчиках и оптоэлектронике. Кроме того, из цинка изготавливаются разъёмы, корпуса, промышленные электроды и многие другие изделия.
5. Архитектура и строительство
Цинк используется для цинкования строительных балок, кровельных материалов и архитектурных листов. Кроме того, с его использованием производятся такие изделия, как отделка, фасады, сантехника и облицовочные системы.
6. Морская промышленность
Ещё одна отрасль, где высокая коррозионная стойкость цинка играет важную роль, — это судостроение. Различные морские детали покрываются цинком для защиты от агрессивных сред.
Преимущества и недостатки цинка
Плюсы и минусы зина
Цинк — универсальный металл, обладающий рядом преимуществ, включая защиту от коррозии, разнообразные легирующие свойства, антибактериальные свойства и электропроводность. Однако у него есть и некоторые ограничения. Он обладает низкой твёрдостью, сопротивлением ползучести и температурой плавления, а в чистом виде довольно хрупкий.
Каковы преимущества металлического цинка?
-
- Предотвращение коррозии: Цинк предотвращает коррозию материала, образуя на поверхности карбонатную и оксидную пленку.
- Варианты легирования: Цинк можно смешивать с медью, алюминием, магнием и другими металлами для улучшения свойств. Он обладает гибкостью в составе легирующих элементов.
- Отличная отделка: Обработанные цинковые детали сами по себе обеспечивают гладкую и эстетичную поверхность. При нанесении покрытия вы получаете широкий спектр цинковые краски на выбор по вашему желанию.
- Антибактериальный: Цинк поддерживает гигиену и сам по себе является антибактериальным металлом. Это особенно полезно в пищевой промышленности и медицине для поддержания чистоты и безопасности.
- Электрическая проводимость: Цинк является хорошим проводником электричества, что позволяет использовать его для электрических соединений, таких как разъемы и другие подобные изделия.
- Возможность вторичной переработки: Цинк можно перерабатывать путем плавки с высокой степенью извлечения, что делает его экологически безопасным вариантом.
Каковы недостатки металлического цинка?
- Низкая температура плавления: Цинк имеет низкую температуру плавления и не может использоваться в термочувствительных изделиях.
- Хрупкость: Чистый цинк по своей природе хрупкий и имеет низкое сопротивление растяжению.
- Химическая реактивность: Zic реагирует с кислотами и щелочами, вызывая деградацию материала. Поэтому он не подходит для использования в кислых и щелочных средах.
Прочитайте больше: Разница между хромированием, цинкованием и никелированием
Детали из цинка на заказ в Boda: услуги литья под давлением и обработки на станках с ЧПУ
Мы обсудили множество видов и сфер применения цинка, но вам нужен производственный партнёр для переработки цинкового сырья в функциональные детали и изделия. При выборе надёжного партнёра необходимо учитывать несколько критериев, включая производственные возможности, опыт работы в отрасли, доступность материалов и бюджет.
Компания Boda может соответствовать вашим критериям качества и цены среди различных поставщиков и производителей. Мы предлагаем литье цинка под давлением и услуги по обработке цинка на основе вашего дизайна.
Наша команда имеет десятилетний опыт создания прототипов и производства для различных отраслей. Вы можете получить поддержку на всех этапах: от выбора материалов до постобработки и финишной обработки поверхности. Загрузите свой дизайн и Получить предложение перед началом вашего проекта. Услуги по механической обработке.
Заключение
В этой статье рассматриваются многие аспекты цинка, от его сплавов до применения и методов производства. Понимание свойств цинка и типов сплавов поможет вам принимать более обоснованные решения при выборе материала и метода производства. В конечном итоге, конечный результат детали или изделия зависит от того, насколько точно вы выбрали сплав, метод обработки и производителя.
Если у вас возникли дополнительные сомнения относительно того, как сделать ваши цинковые детали более эффективными и экономичными, обратитесь к экспертам Boda, независимо от того, в какой части света вы находитесь.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Что такое цинк?
Цинк — хрупкий, коррозионно-стойкий металл, обозначается «Zn» и занимает 30-е место в периодической таблице.
Для чего используется металлический цинк?
Цинк в основном используется для гальванизации стали и железа с целью предотвращения коррозии, а различные цинковые сплавы обрабатываются или отливаются в промышленные компоненты.
Что сделано из цинка?
Изделия, изготовленные из цинка или содержащие его, включают оцинкованные трубы, водосточные желоба, кровлю, латунные фитинги, литые корпуса, кожухи аккумуляторных батарей, протекторные аноды и декоративные изделия.
Какой металл плавить легче всего?
Среди металлов, находящихся в твёрдом состоянии (за исключением ртути), цезий — самый легкоплавкий металл с температурой плавления около 28.5 °C. Если же говорить о повседневном металле, то это цинк.