第5章锌及锌合金ppt课件.ppt

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1、锌及锌合金,5.1 概述5.2 锌的提取5.3 纯锌5.4 锌合金,金属锌的用途:钢材表面镀锌层粘附性好，耐大气腐蚀。形成合金，如多种黄铜、锌合金。用于制造航天仪表上的Ag-Zn电池。浇铸精密铸件，压铸效率高。冶金工业中作为还原剂，化学工业中作为制造颜料原料。,5.1 概述,1637年：中国宋应星发现锌，并于“天工开物”中述及了锌的制法等。1737年和1746年：德国亨克尔、马格拉夫先后将菱锌矿与木炭共置陶制密闭容器中烧，得到金属锌。1789年拉瓦锡首先将锌列入元素周期表中。,镀锌：47压铸合金：22黄铜和铜合金：12电池：20,闪锌矿(ZnS)菱锌矿(ZnCO3)：67%Zn异极矿(Zn4S

2、i2O7(OH)2.H2O)红锌矿(ZnO)硅锌矿(Zn2SiO4)：58.5%,5.2 锌的提取,锌的矿物：,自然界中硫化矿较多。锌的单金属硫化物非常少见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜矿和铜铅锌矿。,选矿后的硫化锌精矿含锌为3862%，Zn、Fe、S总和为9095%。锌精矿中还含有SiO2、Al2O3、CaCO3和MgCO3以及Co、In、Ga、Ge、Ti等稀有金属。冶金工业中产生的含锌烟灰、熔铸锌时产出的浮渣和一些氧化锌，也是炼锌原料。,由硫化锌矿直接炼锌虽有可能，如：ZnS+Fe=Zn+FeS但工业上无法应用，因为该反应要在12001300才进行，而此时精矿已熔化。氧化

3、锌被还原是硫化矿精矿先焙烧成氧化锌，焙烧矿与碳质还原剂混合后加热到1100左右，还原出锌（气态），然后引入到冷凝器内冷凝为液态锌。,火法炼锌方法,火法炼锌是用碳质还原剂将含ZnO的焙烧矿还原得到金属锌的过程。我国锌冶炼工艺以湿法冶炼为主（70%），火法其次（30%）。火法中竖罐法占18%，ISP法约占9.5%，其余(包括电热法、平罐、马槽炉、马鞍炉和四方炉)约占2.5%。,ZnO较难还原。火法炼锌须在强还原和高于锌沸点的温度下进行，还原的锌蒸气经冷凝后得到液态锌。还原蒸馏法：竖罐炼锌、平罐炼锌（间接加热）和电炉炼锌（直接加热）。共同特点是：产生的炉气中锌蒸气浓度大，而且CO2含量少，容易冷凝得

4、到液体锌。20世纪50年代开发、60年代投入工业生产的密闭鼓风炉炼锌(简称ISP)法是一种适合于冶炼铅锌混合矿的炼锌方法。用铅雨冷凝法从含CO2含量高而锌含量低的炉气中冷凝锌，同时得到铅和锌。,平罐炼锌:平罐炼锌是20世纪初采用的主要的炼锌方法。,竖罐蒸馏炉,湿法炼锌是用稀硫酸(即废电解液)浸出焙烧矿中的锌，锌进入溶液后再以电解法从溶液中沉积出来。第一次世界大战期间开始应用；可直接制得纯度较高的锌，不象火法蒸馏炼锌还需精炼；操作所需劳动力较少，劳动条件较好；电能消耗大。湿法炼锌是当前的主要炼锌法。,湿法炼锌方法,湿法炼锌包括浸出、净液、电解和熔铸4个工序。,浸出,使物料中的Zn尽可能全部溶解到

5、浸出液中；使有害杂质尽可能地进入渣中，达到与锌分离的目的。,净化：将溶液中对电解有害的杂质除至允许含量；将这些杂质变为原料进行综合回收。,电解：净化的净液，通过不溶阳极（铅银合金板）电解的方法从中提取锌。阴极板为铝板。随着电解的进行，电解液中Zn2+含量不断减少，硫酸浓度不断增大。因此必须抽出一部分电解液送到浸出工序，同时要不断地补充已净化的中性浸出液。阴极上析出的锌每隔一个周期(一般为24小时)取出，将锌片剥下后送熔铸车间铸成锭。阴极铝板清洗后返回电解槽继续电解。,白而略带蓝灰色的金属原子量为65.37Tm：419.5 Tb：906.97常温下比重为7.133，800下的比重为6.22 液态

6、锌的蒸气压随温度升高而迅速增大，到1179.97K时达到10132.5Pa，火法炼锌就是利用了锌的这一特点。锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式碳酸锌(ZnCO33Zn(OH)2)，保护锌进一步地被腐蚀。熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐蚀，镀锌工业利用了锌的这一特点。,性质,5.3 纯锌,5.4 锌合金,锌合金牌号,按合金成分分类：四类ZnA1系：都含有少量Cu、Mg以提高强度和改善耐蚀性。ZnCu系：抗蠕变合金，多以ZnCuTi三元为基的合金，有时为进一步改善其抗蠕变性能也加有少量Cr。ZnPb系：作为电池壳用，并可制成各种小五金及体育运动器材等。ZnPbA1系：镀锌用

7、ZnPbA1合金。按加工方式分类：三类铸造合金：压力铸造合金、重力铸造合金变形合金：ZnA1合金和ZnCuTi合金既可直接铸造，又可进行变形加工，其中超塑性ZnA1合金热镀锌合金,锌合金的分类,按性能和用途分类抗蠕变锌合金：ZnCuTi合金，它可通过变形生产所需要的零件，也可以直接压铸制品。超塑性锌合金：ZnA1二元合金在一定组织和变形条件下，呈现出极高的延伸率，可成型形状复杂的零件。从本世纪70年代，美、英、日等国开始大力研究锌合金的超塑现象。阻尼锌合金：新型结构材料，又叫减震锌合金，可降低工业噪声和减轻机械振动。模具锌合金：锌合金模具在二次世界大战初期就开始使用，当时称“简易模具”。这项技

8、术在日本、西欧一些国家已成功地使用于汽车制造工业，日本标准定名为“冲压用锌合金”即ZAS。耐磨锌合金：锌合金轴承具有摩擦系数低，对油有较高的亲合力，机械性能优异等特点。早在1940年前后，德国就因缺铜，而用锌合金代替青铜作轴承材料。防腐锌合金：牺牲阳极以及作为喷镀、热浸镀等用的锌合金。结构锌合金：ZnCuTi、ZnA1合金用来制造结构零件，Zn4A1压铸合金早期用量较大，而近期高强度ZnA1合金的应用范围正在扩大。,压铸锌合金牌号,锌合金是以锌为基加入其他元素组成的合金。加入的合金元素：铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊、钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重

9、熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。锌合金的特点：比重大。铸造性能好，可压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。有很好的常温机械性能和耐磨性。熔点低，在385熔化，容易压铸成型。,合金元素在锌合金中的作用,合金中有益元素：铝、铜、镁 有害杂质元素：铅、镉、锡、铁。铝：改善铸造性能，增加流动性，细化晶粒，引起固溶强化，提高机械性能。降低锌对铁的反应能力，减少对铁质材料，如模具、坩埚的侵蚀。铝含量为3.84.3%。主要考虑合金的强度及流动性。流动性在铝含

10、量5%时达到最大值；在3%时降到最小值。冲击性能在含铝量3.5%达到最大值；6%时降到最小值。含铝量超过4.3%，合金变脆。含铝量低于规定范围，导致薄壁件充型困难，有铸后冷却破裂的可能。铝在锌合金中不利的影响是产生Fe2Al3浮渣，造成其含量下降。,铜：增加合金的硬度和强度；改善合金的抗磨损性能；减少晶间腐蚀。不利：含铜量超过1.25%时，使压铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化；降低合金的可延伸性。镁 减少晶间腐蚀 细化合金组织，增加合金的强度 改善合金的抗磨损性能 不利：含镁量 0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降。易在熔融状态下氧化损耗。,铅、镉、锡 增大晶间腐蚀的敏感性，加速温、

11、湿环境中的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。铅、镉含量过高，零件压铸成型时，表面质量一切正常，室温下存放一段时间后，表面出现鼓泡。铁 与铝形成Al5Fe2，造成铝元素的损耗并形成浮渣。在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。增加合金的脆性。锌液中铁的溶解度随温度增加而增加，每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和（温度下降时），或不饱和（温度上升时）。过饱和铁将与合金中铝发生反应，造成浮渣量增加；不饱和铁对坩埚等材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝的消耗，形成更多的浮渣。,杂质元素：,1 锌的用途2 锌的提取方法，湿法炼锌的主要步骤3 铝、铜、镁在锌合金中的作用和含量的确定4 锌合金的分类与牌号,