锌与锌合金及应用

第1篇 绪论及锌的特性
第１章 绪论1
1.1 锌、锌合金与锌基材料的性能特点及应用1
1.2 锌的资源3
1.3 锌的生产4
１.３.１人类使用和生产锌的历史4
１.３.２锌生产方法概述7
1.4 锌的生产、消费和锌矿的开采11
1.5 锌的消费结构13
第２章 锌的特性15
2.1 锌的原子结构、晶体结构及其对锌物理化学性质的影响15
２.１.１锌的原子结构15
２.１.２导电性和电离能15
２.１.３蒸发潜热和沸点16
２.１.4 熔点和熔化潜热16
２.１.５表面张力17
２.１.６化学亲和力17
２.１.７原子直径的影响18
２.１.８晶体结构18
2.2 锌的物理性能20
2.3 锌的化学性能和电化学性能22
２.３.１锌的化学性能22
２.３.２锌的电化学性能22
2.4 锌的力学性能26
２.４.１锌在常温时的力学性能26
２.４.２纯度、温度及加工状态对锌力学性能的影响26
2.5 锌及其合金的工艺性能28
2.6 杂质对锌性能的影响30
2.7 锌合金的类型31
第2篇 防腐蚀锌合金
第３章 锌的腐蚀性能及其在防腐蚀各领域的应用32
3.1 锌在大气中的腐蚀情况32
３.１.１影响锌大气腐蚀性能的因素32
３.１.２锌在不同大气中的腐蚀情况34
3.2 锌在水中的腐蚀36
３.２.１ｐＨ值的影响36
３.２.２温度的影响37
３.２.３充气对锌在水中腐蚀速率的影响37
３.２.４ＣＯ２含量的影响38
３.２.５碳酸盐类的影响38
３.２.６锌与酸、碱、盐的作用41
３.２.７雨水对锌的作用41
３.２.８锌中杂质含量对锌腐蚀速率的影响42
3.3 锌在土壤中的腐蚀42
３.３.１土壤环境的基本特点42
３.３.２土壤腐蚀的影响因素43
３.３.３锌在各种土壤中的腐蚀性44
３.３.４建筑材料对锌的腐蚀45
3.4 双金属腐蚀45
3.5 锌在防腐蚀领域中的应用46
第４章 热镀锌及锌合金48
4.1 热浸镀锌层的结构和性能48
４.１.１ＦｅＺｎ二元合金系统状态图48
４.１.２钢铁热镀锌层的结构、各相层的性质及其形成过程49
４.１.３影响热浸镀锌层结构的因素51
4.2 钢材热镀锌67
４.２.１镀锌钢板的腐蚀过程67
４.２.２热浸镀锌层的耐蚀性和镀锌钢板的使用寿命68
4.3 钢材热镀锌铝合金70
４.３.１热浸镀铝层的结构和性能特点70
４.３.２热镀锌铝合金的研制70
４.３.３锌铝二元合金相图71
４.３.４热镀锌铝合金的化学成分、组织结构及其性能特点72
４.３.５热镀锌铝合金钢板的性能78
4.4 高耐蚀锌铝镁合金镀层93
４.４.１Ｚｎ６％Ａｌ３％Ｍｇ合金镀层钢板93
４.４.２Ｚｎ１１％Ａｌ３％Ｍｇ０.２％Ｓｉ合金镀层钢板99
4.5 其他合金镀层钢板106
４.５.１Ｚｎ０.５％Ｍｇ合金镀层钢板106
４.５.２ＺｎＮｉ合金镀层109
４.５.３ＺｎＢｉ合金镀层112
４.５.４ＺｎＳｎ合金镀层113
4.6 热镀锌用的锌锅及熔锌操作要点114
４.６.１镀锌锅的发展过程114
４.６.２金属锌锅115
４.６.３陶瓷锌锅117
４.６.４锌浴中锌渣与浮渣的形成、影响及减渣除渣措施119
第５章 电镀、机械镀、渗镀、热喷涂及富锌漆用锌及锌合金125
5.1 电镀锌及锌合金125
５.１.１电镀锌的特点125
５.１.２电镀锌电解液类型、特点及镀锌层使用寿命125
５.１.３镀锌层的铬酸钝化处理127
５.１.４铁系电镀锌合金128
５.１.５其他电镀锌合金131
５.１.６几种主要电镀锌合金的性能比较133
５.１.７电镀锌合金国内外应用情况133
5.2 机械镀和黏附镀134
５.２.１机械镀134
５.２.２黏附镀134
５.２.３机械镀的特性与应用135
5.3 渗镀锌135
５.３.１渗镀工艺过程135
５.３.２渗镀锌层的特性136
５.３.３渗镀锌的应用137
5.4 热喷涂锌及锌合金137
５.４.１热喷涂设备137
５.４.２热喷涂工艺140
５.４.３喷涂材料140
５.４.４热喷涂涂层特性142
５.４.５锌喷涂的应用143
5.5 富锌漆144
５.５.１富锌漆的组成及其性能144
５.５.２富锌漆和热浸镀锌的比较与选用146
５.５.３锌粉/氧化锌体系146
第６章 牺牲阳极法阴极保护系统中的牺牲阳极锌和锌合金148
6.1 牺牲阳极法阴极保护原理与电偶序148
６.１.１牺牲阳极法阴极保护原理148
６.１.２电偶序149
6.2 牺牲阳极材料概论150
６.２.１对牺牲阳极材料的要求150
６.２.２常用牺牲阳极材料的种类及其特点151
6.3 锌和锌合金牺牲阳极153
６.３.１高纯锌牺牲阳极153
６.３.２ＺｎＡｌＣｄ三元合金牺牲阳极154
６.３.３ＺｎＡｌ合金牺牲阳极157
６.３.４其他锌合金牺牲阳极160
６.３.５牺牲阳极的规格161
6.4 牺牲阳极的其他用途163
６.４.１牺牲阳极用作接地极163
６.４.２牺牲阳极用作接地电池164
６.４.３牺牲阳极用于接地排流和安全防范164
第3篇 铸造锌合金系列
第７章 铸造锌合金166
7.1 铸造锌合金的发展过程166
7.2 铸造锌合金的牌号及其性能167
７.２.１我国铸造锌合金牌号的表示方法和铸造锌合金国家标准167
７.２.２国外有关铸造锌合金的标准168
７.２.３国内外铸造锌合金标准中部分锌合金相应牌号合金成分含量的对比172
７.２.４铸造锌合金的物理性能172
７.２.５铸造锌合金的力学性能175
7.3 铸造锌合金的组织及性能176
７.３.１ＺｎＡｌ二元合金相图176
７.３.２Ｚｎ中加Ａｌ的作用178
７.３.３ＺｎＣｕ二元相图及Ｚｎ中加Ｃｕ的影响178
７.３.４ＺｎＡｌＣｕ三元合金及其相图180
７.３.５ＺｎＭｇ二元合金及其相图182
７.３.６ＺｎＡｌ合金中加Ｓｉ的作用183
７.３.７ＺｎＡｌ合金中加稀土的作用184
７.３.８Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ等少量合金元素的作用和Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｆｅ等杂质的影响189
７.３.９铸造锌合金的性能老化及其防范措施190
７.３.１０铸造锌铝合金的耐腐蚀性194
７.３.１１热处理对锌铝合金性能的影响198
７.３.１２铸造锌合金的蠕变性能205
７.３.１３铸造锌合金的疲劳性能209
７.３.１４铸造锌合金的高温及低温性能212
７.３.１５铸造锌合金的组织、特点及用途217
7.4 锌与锌合金的熔炼特性222
７.４.１锌和锌合金在熔炼过程中的氧化行为222
７.４.２锌与锌合金熔炼时影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的措施227
７.４.３锌与锌合金的挥发性与吸气性228
７.４.４锌合金熔体的净化处理229
７.４.５锌合金熔体的变质、细化处理233
７.４.６铸造锌合金熔炼工艺要点239
7.5 锌合金的铸造特性241
７.５.１压铸锌合金的铸造特性241
７.５.２重力铸造锌合金的铸造特性243
7.6 铸造锌合金的综合评价250
７.６.１各个锌铝合金的性能评价250
７.６.２铸造锌合金的共同特性251
第８章 铸造锌合金的摩擦磨损特性和阻尼性能253
8.1 锌铝合金作为耐磨材料的发展过程253
8.2 ЦАМ系列锌铝耐磨合金的性能253
8.3 铸造锌铝合金ZA12与ZA27的摩擦磨损性能254
８.３.１铸造锌铝合金ZA12、ZA27在润滑油中的滑动摩擦性能254
８.３.２ZA12、ZA27在干摩擦及边界润滑条件下的摩擦磨损性能256
８.３.３锌合金的摩擦磨损特性与合金的组织及加硅、加稀土的影响259
８.３.４ZA12、ZA27合金用作轴承时的pv值曲线和使用温度等因素的影响260
8.4 铸造高铝锌合金（含Al30%～45%）的摩擦磨损性能264
８.４.１ZAC303、ZAC403和ZAC45C三种高铝锌合金的耐磨性能264
８.４.２高铝锌基合金ZA43的摩擦磨损性能266
8.5 铸造锌铝合金的阻尼性能270
８.５.１减振材料的提出270
８.５.２减振合金阻尼性能的表征与量度271
８.５.３减振合金的种类及锌铝减振合金的减振机制273
８.５.４锌铝减振合金的成分及性能274
第９章 锌合金在模具中的应用279
9.1 国内外应用锌合金模具的发展过程279
9.2 模具用锌合金的成分和性能279
9.3 锌合金作为模具材料的性能特点280
9.4 锌合金拉延成形模280
９.４.１锌合金拉延成形模的设计要点281
９.４.２锌合金拉延成形模的制造工艺282
9.5 锌合金冲裁模285
９.５.１锌合金模具冲裁过程的特点285
９.５.２锌合金冲裁模的设计要点286
９.５.３锌合金冲裁模制模工艺288
９.５.４锌合金冲裁模具的安装调试及使用290
9.6 锌合金钢皮导板冲裁模和钢带冲裁模291
９.６.１锌合金钢皮导板冲裁模291
９.６.２锌合金钢带冲裁模293
9.7 锌合金塑料模294
９.７.１热塑性塑料成形工艺条件295
９.７.２塑料模结构295
９.７.３制模工艺296
第4篇 变形锌合金系列
第１０章 锌与锌合金的塑性变形行为300
10.1 锌晶体的塑性变形行为与变形机制300
１０.１.１锌晶体的滑移面及滑移方向300
１０.１.２滑移时晶面的转动301
１０.１.３锌晶体滑移时的临界分切应力303
１０.１.４锌单晶体的应力应变曲线及切变强化304
１０.１.５锌晶体的孪生变形306
１０.１.６锌单晶的弯曲和扭折308
１０.１.７断裂和解理310
１０.１.８锌多晶体的塑性变形311
10.2 锌的轧制变形行为312
１０.２.１锌铸锭312
１０.２.２锌的热轧313
１０.２.３锌的冷轧315
１０.２.４退火与再结晶319
10.3 锌加工材力学性能的各向异性323
１０.３.１锌加工材力学各向异性的生成及其对冲压生产的影响323
１０.３.２轧制工艺对锌材力学各向异性的影响325
１０.３.３退火对锌加工材力学各向异性的影响328
１０.３.４加入物对锌加工材力学各向异性的影响330
第１１章 各类变形锌合金的成分、性能及应用331
11.1 各合金元素对变形锌合金力学性能的影响331
11.2 锌铅镉系合金333
１１.２.１电池用锌合金333
１１.２.２印刷用锌合金346
１１.２.３小五金用锌合金347
１１.２.４锌铅镉系合金成分、性能、用途综述347
11.3 锌铝、锌铝铜及锌铝镁合金349
１１.３.１锌铝及锌铝铜加工合金349
１１.３.２锌铝铜耐磨合金352
１１.３.３锌铝镁合金354
11.4 锌铜系锌铜合金及锌铜钛合金355
１１.４.１锌铜合金355
１１.４.２锌铜钛合金356
11.5 超塑锌合金364
１１.５.１发展过程364
１１.５.２金属超塑性变形的特性365
１１.５.３按照实现超塑性的条件对超塑性分类366
１１.５.４超塑性材料变形时的组织结构变化367
１１.５.５锌基超塑合金的成分、组织及超塑性能369
１１.５.６几种常用锌铝超塑合金的室温力学性能374
１１.５.７已知的锌基超塑合金的牌号及其超塑性374
１１.５.８超塑锌铝合金的生产工艺要点375
１１.５.９锌铝合金的超塑成形方法376
１１.５.１０超塑锌合金的应用范围380
第１２章 变形锌合金的生产工艺及设备382
12.1 变形锌合金的熔炼382
１２.１.１熔炼工艺要点382
１２.１.２变形锌合金熔炼设备384
12.2 锌锭的铸造384
１２.２.１锭模铸造384
１２.２.２连续铸造技术386
12.3 锌合金的轧制391
１２.３.１变形锌合金轧制时的力学条件391
１２.３.２轧制传动负荷与单位能耗曲线409
１２.３.３锌合金的轧制工艺及设备416
12.4 国内外几个有代表性的锌材加工厂主要工艺技术装备概况427
第１３章 锌及锌合金的焊接和锌基合金钎料429
13.1 锌及其合金的焊接特点429
13.2 电阻焊429
13.3 气焊431
13.4 电弧焊432
１３.４.１钨极氩弧焊432
１３.４.２熔化极氩弧焊433
１３.４.３电弧焊接的蠕变性能和冲击韧性434
13.5 锌合金的钎焊434
１３.５.１钎焊的基本情况434
１３.５.２焊前处理435
１３.５.３锌合金钎焊用钎料435
１３.５.４锌合金钎焊用钎剂438
13.6 锌合金焊接件的腐蚀性能438
13.7 锌基合金钎料及含锌合金钎料440
１３.７.１锌基合金钎料及含锌合金钎料的应用领域440
１３.７.２锌基合金钎料及含锌合金钎料的成分及特性440
第5篇锌基材料及其新技术
第１４章 锌基复合材料442
14.1 金属基复合材料的发展过程442
14.2 金属基复合材料的分类443
１４.２.１按增强材料形态分类443
１４.２.２按金属基体分类444
14.3 金属基复合材料的特点444
14.4 金属基复合材料对复合原料的要求及复合原则445
１４.４.１纤维复合材料445
１４.４.２颗粒增强复合材料446
14.5 复合材料的界面及相容性446
１４.５.１界面的相容性446
１４.５.２界面类型及晶面结合447
14.6 增强相的类型及其基本性质447
１４.６.１纤维增强体的性质447
１４.６.２晶须增强体的性能449
１４.６.３颗粒增强体的性能449
14.7 锌基复合材料450
１４.７.１纤维增强体锌基复合材料450
１４.７.２颗粒增强体复合材料453
１４.７.３增强体对复合材料摩擦性能的影响457
14.8 锌基复合材料的制备工艺458
１４.８.１金属基复合材料制备工艺概述458
１４.８.２固态法458
１４.８.３液态及半固态铸造法459
１４.８.４喷涂、喷射与电沉积制备复合材料463
１４.８.５原位复合成形制备复合材料464
14.9 锌铝硅合金及球硅增强锌基复合材料466
１４.９.１锌铝硅合金中的硅相467
１４.９.２锌铝硅合金的性能467
１４.９.３球硅增强锌基复合材料469
第１５章 新技术助推氧化锌开展新的应用领域474
15.1 氧化锌的应用与研究发展过程474
15.2 ZnO的结构与性能475
15.3 ZnO纳米线的场发射特性及其应用476
１５.３.１场发射原理及ZnO纳米线的发射性能476
１５.３.２影响ＺｎＯ低维材料场发射性能的因素477
15.4 ZnO半导体薄膜及掺铝氧化锌透明导电薄膜的特性与应用478
１５.４.１ＺｎＯ及ＺＡＯ半导体薄膜的光学电学性能478
１５.４.２ＺＡＯ薄膜的湿敏特性479
１５.４.３ＺＡＯ薄膜的气敏特性479
１５.４.４ＺＡＯ薄膜的制备方法479
１５.４.５ＺｎＯ及ＺＡＯ半导体薄膜的应用480
15.5 氧化锌的能带工程——氧化锌在发光领域的应用480
１５.５.１氧化锌在发光领域的应用480
１５.５.２通过合金化来改变ＺｎＯ的禁带宽度481
15.6 纳米氧化锌在紫外屏蔽剂中的应用482
１５.６.１太阳紫外线辐射及其生物效应482
１５.６.２纳米氧化物的紫外屏蔽特性482
１５.６.３纳米氧化锌在紫外屏蔽剂中的应用483
15.7 ZnO紫外光电探测器484
１５.７.１ＺｎＯ紫外光探测器的特点484
１５.７.２ＺｎＯ紫外光探测器的结构485
15.8 氧化锌在气敏传感器中的应用485
１５.８.１气体检测的需求485
１５.８.２气体传感器的工作原理486
１５.８.３氧化锌半导体气敏传感器的应用486
１５.８.４纳米氧化锌气体传感器的应用487
15.9 氧化锌压敏电阻片的特性与应用——在避雷器上的应用489
１５.９.１ＺｎＯ避雷器的特性及其在电子系统中的应用489
１５.９.２ＺｎＯ压敏电阻片的材料组成490
１５.９.３ＺｎＯ压敏电阻片的发展趋势491
15.1 0纳米氧化锌在光催化剂中的应用——污染治理492
１５.１０.１纳米氧化锌的光催化机理及其在污染治理领域的应用492
１５.１０.２纳米氧化锌单一光催化剂的应用492
１５.１０.３纳米氧化锌复合光催化剂的应用493
15.1 1ZAO纳米粉体在红外隐身中的应用494
第１６章 锌粉和鳞片状超细锌粉496
16.1 锌粉生产的发展过程496
16.2 锌粉的标准496
16.3 锌粉的特性498
１６.３.１锌粉的物理特性498
１６.３.２锌粉的化学与电化学行为500
16.4 锌粉的生产方式503
１６.４.１蒸馏法504
１６.４.２雾化法504
１６.４.３电沉积法509
16.5 锌粉的应用领域510
１６.５.１在轻工业领域的应用510
１６.５.２在冶金工业领域的应用510
１６.５.３在碱性锌锰电池中用作负极511
１６.５.４用于防护涂料511
１６.５.５其他方面的应用512
16.6 鳞片状锌粉512
１６.６.１鳞片状锌粉的性能特点512
１６.６.２鳞片状锌粉的生产513
１６.６.３鳞片状锌粉的应用514
第6篇 锌与生物及锌的回收再生和利用
第１７章 锌与生物515
17.1 锌与人体健康515
１７.１.１人体中锌的存在与代谢515
１７.１.２锌的生理功能516
１７.１.３锌与人体疾病517
１７.１.４人体中锌的补充与来源517
17.2 锌与动物518
17.3 锌与植物518
１７.３.１锌对植物正常生长的重要性518
１７.３.２植物缺锌病的症状519
１７.３.３土壤与植物补锌520
第１８章 锌的回收再生与利用522
1８.１国内外再生锌生产概况522
1８.２再生锌的原料来源523
1８.３从锌废料中回收锌的方法524
１８.３.１从含锌废渣灰中回收锌524
１８.３.２钢铁厂含锌烟尘的处理526
１８.３.３废干电池的管理与回收利用533
参考文献543