فلزات و آلیاژها چنان از نزدیک وارد زندگی ما شده اند که گاهی حتی به آنها فکر نمی کنیم. در اوایل 4-3 هزاره قبل از میلاد، اولین آشنایی انسان با ناگت ها اتفاق افتاد. زمان زیادی از آن زمان گذشته است و هر سال پردازش فلزات فقط بهبود یافته است.
روی نقش بزرگی در این امر داشت. آلیاژهای مبتنی بر آن در بسیاری از صنایع استفاده می شود. در این مقاله به آلیاژهای روی و نقش آنها در زندگی ما می پردازیم.
فلز انتقالی
روی به عنوان یک فلز انتقالی شکننده سفید متمایل به آبی شناخته شده است. از سنگ معدن نیمه فلزی استخراج می شود. فرآیند به دست آوردن روی خالص بسیار پیچیده و زمان بر است. اول از همه، سنگ معدن حاوی 1-4 درصد روی با شناورسازی انتخابی غنی می شود. از طریق این فرآیند کنسانتره (55 درصد روی) به دست می آید. بعد، شما باید اکسید روی را دریافت کنید. برای این کار، کنسانتره‌های حاصل در کوره‌هایی در بستر سیال کلسینه می‌شوند. فقط ازاکسید روی، شما می توانید این فلز را به شکل خالص دریافت کنید و دو راه برای این کار وجود دارد.
دریافت روی
اولی الکترولیتی است که بر اساس تیمار اکسید روی با اسید سولفوریک است. در نتیجه این واکنش، محلول سولفات تشکیل می شود که از ناخالصی ها خالص شده و تحت الکترولیز قرار می گیرد. روی بر روی کاتدهای آلومینیوم رسوب می‌کند و سپس در کوره‌های القایی ذوب می‌شود. خلوص روی به‌دست‌آمده در حدود 99.95% است.
دومین روش، قدیمی ترین، تقطیر است. کنسانتره ها تا دمای بسیار بالا (حدود 1000 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، بخارات روی آزاد می شود که با متراکم شدن روی ظروف سفالی می نشیند. اما این روش خلوص اول را نمی دهد. بخار حاصل حاوی حدود 3 درصد ناخالصی های مختلف از جمله عنصر ارزشمندی مانند کادمیوم است. بنابراین، روی با جداسازی بیشتر خالص می شود. در دمای 500 درجه سانتیگراد برای مدتی از آن محافظت می شود و خلوص 98٪ به دست می آید. برای تولید بیشتر آلیاژها، این کافی است، زیرا روی هنوز با همان عناصر آلیاژ می شود. اگر این کافی نباشد از یکسوسازی استفاده می شود و روی با خلوص 99.995 درصد به دست می آید. بنابراین، هر دو روش به دست آوردن روی با خلوص بالا اجازه می‌دهند.
یک جفت فلز جدانشدنی
به طور معمول، سرب در آلیاژهای روی به عنوان ناخالصی وجود دارد. در طبیعت، این جفت جدا نشدنی از فلزات اغلب یافت می شود. اما در واقع، محتوای بالای سرب در آلیاژ روی، خواص فیزیکی آن را کاهش می‌دهد و در صورت وجود تمایل به خوردگی بین دانه‌ای ایجاد می‌کند.محتوای بیش از 0.007٪ است. سرب و روی معمولاً با هم در برنزهای قلع و برنج یافت می شوند.
اگر در مورد یوتکتیک این دو عنصر صحبت کنیم، توجه به این نکته ضروری است که تا دمای 800 درجه سانتیگراد با یکدیگر مخلوط نمی شوند و دو مایع مختلف را نشان می دهند. در طول سرد شدن سریع، توزیع یکنواخت سرب به شکل آخال های گرد در امتداد مرزهای دانه رخ می دهد. آلیاژ روی-سرب به دلیل حل شدن بسیار سریع در اسید برای ساخت صفحات چاپ استفاده می شود. اغلب ناخالصی‌های سرب با استفاده از روش تقطیر از روی حذف می‌شوند.
آلیاژ مس روی
برنج آلیاژی است که حتی قبل از دوران ما شناخته شده است. در آن زمان، روی هنوز کشف نشده بود، اما سنگ معدن به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت. پیش از این، برنج از آلیاژ کردن اسمیتسونیت (سنگ معدن روی) و مس به دست می آمد. تنها در قرن 18 بود که این آلیاژ برای اولین بار با استفاده از روی فلزی ساخته شد.
در زمان ما، انواع مختلفی از برنج وجود دارد: تک فاز و دو فاز. اولی حاوی حدود 35 درصد روی است، در حالی که دومی حاوی 50 درصد و 4 درصد سرب است. برنج های تک فاز بسیار انعطاف پذیر هستند، در حالی که نوع دوم با شکنندگی و سختی مشخص می شود. با در نظر گرفتن نمودار حالت این دو عنصر، می توان نتیجه گرفت که آنها یک سری فازهای الکترونیکی را تشکیل می دهند: β، γ، ε. یک نوع جالب از برنج تمپاک است. فقط تا 10 درصد روی دارد و به همین دلیل شکل پذیری بسیار بالایی دارد. تمپک با موفقیت برای روکش فلزی و تولید دو فلزی استفاده می شود. قبل از اوبرای ساخت سکه و طلای بدلی استفاده می شود.
روی و فولاد
تقریباً در هر خانه ای می توانید چیزهای گالوانیزه پیدا کنید: سطل، گلدان، آب جوش و غیره. همه آنها به لطف روی به طور قابل اعتمادی از زنگ زدگی محافظت می شوند. از نظر تصویری، البته فولاد با این فلز روکش شده است و منطقاً در مورد آلیاژ صحبت نمی کنیم. از سوی دیگر، با دانستن چگونگی گالوانیزه کردن، می توان برعکس آن را استدلال کرد. واقعیت این است که روی در دمای بسیار پایین (حدود 400 درجه سانتیگراد) ذوب می شود و هنگامی که در حالت مایع وارد سطح فولاد می شود، در آن پخش می شود.
اتم های هر دو ماده بسیار محکم به هم متصل هستند و آلیاژ آهن و روی را تشکیل می دهند. به همین دلیل، به جرات می توان گفت که Zn روی محصول "قرار داده" نیست، بلکه در آن "جاسازی" شده است. این را می توان در یک وضعیت عادی خانه مشاهده کرد. به عنوان مثال، یک خراش روی یک سطل گالوانیزه ظاهر می شود. اینجا شروع به زنگ زدن کرده است؟ پاسخ صریح است - نه. این به این دلیل است که هنگامی که رطوبت وارد می شود، ترکیبات روی شروع به تجزیه می کنند، اما در عین حال نوعی محافظ برای فولاد تشکیل می دهند. بنابراین، در بیشتر موارد، چنین آلیاژهای روی برای محافظت از محصولات در برابر خوردگی طراحی شده اند. البته از مواد دیگری مانند کروم یا نیکل نیز می توان برای این موارد استفاده کرد، اما قیمت تمام شده این محصولات چندین برابر خواهد شد.
قلع و روی
این آلیاژ از سایر آلیاژهایی که قبلاً بررسی کردیم محبوبیت کمتری ندارد. در سال 1917-1918 در بلغارستان، به طور گسترده ای برای ساخت ظروف مخصوص که مایع گرم را برای مدت طولانی نگه می داشتند، استفاده می شد.(آنالوگ قمقمه های مدرن). امروزه آلیاژ روی-قلع در صنایع رادیویی و برق بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. این به این دلیل است که ترکیب با محتوای روی 20٪ به خوبی لحیم شده است و پرداخت رسوب برای مدت طولانی حفظ می شود.
البته به عنوان پوشش ضد خوردگی می توان از این آلیاژ نیز استفاده کرد. ویژگی های آن بسیار شبیه به پوشش کادمیوم است، اما در عین حال ارزان تر است.
خواص آلیاژهای روی
البته تمام ترکیبات با این فلز در درصد آن با یکدیگر تفاوت دارند. به طور کلی آلیاژهای روی خواص ریخته گری و مکانیکی خوبی دارند. اول از همه مقاومت در برابر خوردگی است. بیشتر از همه، خود را در فضایی از هوای تمیز خشک نشان می دهد. تظاهرات احتمالی خوردگی را می توان در شهرهای صنعتی مشاهده کرد. این به دلیل وجود بخارات اسید هیدروکلریک، کلر و اکسیدهای گوگرد در هوا است که با متراکم شدن با رطوبت، تشکیل یک لایه محافظ را دشوار می کند. مس-قلع-روی آلیاژی است که با خواص حفاظتی بالایی مشخص می شود. این ترکیب است که کمترین حساسیت را به خوردگی دارد، به ویژه در یک جو صنعتی. اگر در مورد خواص ریخته گری روی صحبت کنیم، مطمئناً آنها به عناصر آلیاژی در آلیاژهای آن بستگی دارند.
بنابراین، برای مثال، آلومینیوم ساختار آنها را یکدست، ریزدانه می کند، آن را نجیب می کند، اثر منفی آهن را کاهش می دهد. یکی دیگر از عناصر آلیاژی مهم مس است. باعث افزایش قدرت و کاهش می شودخوردگی بین کریستالی آلیاژ مس-روی استحکام ضربه بالایی دارد، اما در عین حال تا حدی خاصیت ریخته گری خود را از دست می دهد.
زمینه های کاربرد روی و آلیاژهای آن
در واقع، قطعات ساخته شده از آلیاژ روی در زمان ما بسیار رایج هستند. علیرغم این واقعیت که پلاستیک جایگزین محصولات فلزی می شود، در برخی موارد نمی توان آنها را کنار گذاشت. به عنوان مثال، صنعت خودروسازی صنعتی است که بدون آلیاژ روی نمی تواند کار کند. فیلترها، مخزن ها، محفظه کاربراتور و پمپ سوخت، روکش چرخ، صدا خفه کن - همه اینها و بسیاری موارد دیگر با استفاده از ترکیبات این عنصر شیمیایی ساخته می شوند.
با توجه به اینکه آلیاژهای روی خاصیت ریخته گری خوبی دارند، قطعات پیچیده با اشکال مختلف با حداقل ضخامت دیواره از آنها ریخته می شود. ساخت و ساز یکی دیگر از زمینه هایی است که این آلیاژها در آن ضروری هستند. روی نورد شده برای سقف سازی، لوله ها و ناودان ها استفاده می شود. علیرغم اینکه تمایل به کاهش تولید آلیاژهای روی وجود دارد، به دلیل ارزان بودن نسبی و خواص مکانیکی مواد، نمی توان از تولید آنها صرف نظر کرد.
