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鋅花

生活科學趣談

燈桿上面看起來像是多晶矽外觀的是「鋅花」,在早期的鍍鋅桶或鍍鋅鐵板上常見這種美麗的花紋,產生的機制是熱浸鍍鋅(hot-dip galvanizing)的鋅浴中含有鉛

塗層完全固化後的每片小花瓣代表一個鋅晶

由於鉛的存在會降低鋅的固體/液體之間的表面能,這將不利於鋅的微小晶粒之形成,而且當附著在鋼鐵表面的液態鋅冷卻時,鋅原子得藉助這些微小的結晶核才能有序的堆疊而開始長晶。有些文章提到「鋅浴中的鉛提供當作結晶核的角色」說得不夠精準(註:鉛的熔點327 °C低於鋅的熔點419°C,在鋅層始凝固時鉛都還是液體,應無法提供當作固體結晶核),真正的機制是鉛能抑鋅的成核作用,因此有效地增加相鄰結晶核之間的距離,以至於能長出更大面積的單一晶體。鋅浴中會含有鉛,則是因為鉛存在於在大多數含鋅的礦脈中(ex.閃鋅礦常與方鉛礦共生在熱液礦床),因此提煉過程中鉛或多或少就會成為進入其中的雜質。在早期判斷鐵器是否鍍鋅,就是從外觀上有無鋅花來確定。由於鉛對環境與健康的危害越來越受到關注,因此鍍鋅鐵片現在已很少有這種花紋了,因為現今熱浸鍍鋅池中之的鋅是非常純的,所以液態鋅被冷卻時結晶核就很容易產生,結晶核之間的距離太近,鋅花就幾乎肉眼不可見了(註:單一晶體直徑僅約0.5mm)。

根據USGS資料,鋅的全球年產量超過一千萬公噸,大部分用於鍍鋅(其次是黃銅),鍍鋅的部分則有約90%使用於熱浸鍍鋅。鍍鋅能夠隔絕氧氣和水以達到防止鐵器生鏽的目的,縱使有鍍鋅層部分剝落,由於鋅的活性比鐵大,因此剩餘的鋅層仍可藉由犧牲性保護來避免外露的鐵生鏽。

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