Сплавы на базе элемента Ni
Данный вид вторичного цветного металла хоть и уступает в цене за кг лому никеля, остается довольно прибыльным товаром на рынке сдачи металлолома. Достаточно эффективно принимаются сплавы никеля с металлами:
хром;
медь;
железо.
Жаростойкий нихром – соединение на базе Ni (60 – 80%) и Сr. Марка сплава Х15Н60 дополнительно включает железо. Данный материал на вторичный рынок поступает в виде нагревательных элементов, после эксплуатации внутри устройств теплового воздействия: обжиговые печи, сушки и прочее. Также нихром можно встретить среди деталей, эксплуатируемых при высоких температурах: реостаты, подложки для систем напыления.
Проволока марки Х15Н60
Сплавы меди и никеля представлены достаточно широким спектром соединений (в скобках указано содержание Ni):
Монель (29 – 70%). Используется никельсодержащий сплав как конструкционный материал в авиационном и судовом машиностроении. Многие узлы оборудования для нефтяной и химической промышленности: бурильные инструменты, насосные валы, скребки, лезвия и прочее; также изготовлены из монели. Цена лома зависит от никелевого содержания, которое устанавливается по наименованию марки или анализатором. Не следует путать со сплавом МНЦ, в отличие от него, монель не содержит цинка;
Пермаллой (45 – 82%). В состав соединения также входит железо и хром. Источники лома этого сплава: трансформаторы, экранирующие оболочки катушек, реле. Высокое содержание железа в соединении приводит к тому, что отходы пермаллоя часто сдаются как вторичный чермет. Приемка сплава как никельсодержащий лом производится специализированными ломозаготовительными предприятиями, оборудованными спектральными анализаторами. Оплата производится, исходя из присутствия элемента Ni;
Корпуса кожухов для трансформаторов, выполненные из пермаллоя
Константан (39 – 41%). Из этого соединения изготовлены термопары, реостаты, а также электронагревательные элементы, эксплуатируемые при рабочих температурах до 500 °C. Встречается константан в измерительных приборах низкого класса точности;
Константановая проволока
Мельхиор (5 – 30%). Этот никельсодержащий сплав находится на слуху, благодаря посуде и монетам СССР номиналом 10, 15 и 20 копеек (находились в обращении до денежной реформы 61-го года). Менее известно соединение, как материл для изготовления термогенераторов, резисторов высокой точности, а также деталей субмарин. Мельхиор используется при создании художественных предметов: подсвечники, шкатулки и прочие. Поэтому, определенные изделия из мельхиора, сдавать просто как никельсодержащий лом не всегда выгодно;
Ложка из мельхиора
Нейзильбер (5 – 35%). Сплав отличается от мельхиора присутствием цинка в составе соединения. Применение нейзильбера также отличается разнообразием направлений. При его участии создается посеребренная посуда, многие художественные предметы. С другой стороны нейзильбер востребован как твердый и упругий сплав при изготовлении булавок, застежек, а также пружин для релейной электротехники. Различные виды медицинских инструментов, паровая и водяная арматура – исполнены из этого соединения.
Проволока нейзильбер – мягкая
Еще один вид сплавов, представляющих интерес как вторичный металл, составляют соединения никеля с железом, например, инвар. Соединение широко используется в точном приборостроении, из него изготавливаются мерные эталоны, деталей часовых механизмов, в частности балансиры хронометров. Дополнительно, этот никельсодержащий сплав – материал для массивных реек геодезической техники, например нивелиров.
Материал инвар
Меры предосторожности для недопущения развития контактной коррозии
Чтобы риск контактной коррозии металла снизился, нужно соблюдать 3 рекомендации. К ним относятся следующие:
- Будьте осторожны с покрытиями. Это актуально в том случае, если планируется использовать изделие в районах с тропическим климатом и рядом с морем. Дополнительное покрытие не стоит наносить на участки деталей, где планируется сварка внахлест, установка заклепок из других видов сырья. Причина заключается в особенностях поведения электролита, когда коррозия значительно усиливается.
- При проведении сварки и клепки деталей, покрытие нужно снимать. После того, как все работы проведены, сверху можно будет наносить полимерное покрытие для борьбы с негативным воздействием окружающей среды.
- Не стоит использовать гальваническое покрытие в том случае, если перед вами деталь из черных или цветных металлов, прошедшие через литьевые формы.
Чтобы не допустить появления коррозии, всегда нужно понимать, с какими металлами вы работаете, и как они сочетаются друг с другом. Чтобы уменьшить степень интенсивности разрушения металла, нужно как можно скорее удалить соприкасающиеся отрезки сырья друг от друга.
Когда деталь используется в агрессивных средах, можно предусмотреть специальные прокладки. Хорошо справляется с задачей использования в морской воде магний и большинство его сплавов, цинк, алюминий и другие.
В качестве изоляции между элементами могут выступать металлические или полимерные лакокрасочные покрытия. Хорошим решением станут свинцовые детали.
2 Двухкомпонентная и многокомпонентная латунь
Разделение интересующих нас сплавов на красный (томпак) и желтый – это не единственный вариант их классификации. Латуни, кроме того, делят на двух- и многокомпонентные. Двухкомпонентные включают в свой состав медь (ее всегда больше) и цинк, а также совсем немного иных включений. Томпак – яркий представитель таких композиций. В нем цинка всегда не больше 10 процентов, а концентрация меди может достигать 97 процентов (минимум – 88).
Латунь с двумя компонентами изменяет свои свойства в зависимости от того, какой фазовый состав она имеет. Существуют одно- и двухфазные сплавы. Первые имеют структуру, когда в меди присутствует раствор (твердый) цинка. В данном случае латуни проявляют высокую степень пластичности. А вот двухфазные комбинации, в которых цинка содержится более 39 процентов, описываются недостаточной пластичностью, но при этом они намного более прочные.
Однофазные сплавы легко обрабатываются давлением. Их форму за счет пластичности латуни можно изменять не только при высоких, но и при низких температурах. При этом есть один нюанс. Он заключается в том, что при температурах от 300 до 700 градусов томпак или другую латунь (одно- либо двухфазную) деформировать запрещается, так как в данном интервале в сплаве присутствует зона хрупкости.
Многокомпонентные композиции (как правило, их именуют специальными) включают в себя ряд других легирующих компонентов кроме цинка и меди. Обычно многокомпонентная латунь содержит следующие элементы:
- никель – он вводится для увеличения коррозионной стойкости сплавов и их прочностных показателей;
- олово – легирующий компонент, который увеличивает сопротивляемость изделий из латуни ржавлению в соленой воде (например, в море) и их прочность;
- кремний – элемент, повышающий антифрикционные возможности сплава цинка с медью, но одновременно ухудшающий их прочность и твердость;
- свинец – его добавка в латунь обеспечивает легкость ее обработки при помощи режущих инструментов, но, к сожалению, при этом наблюдается снижение механических возможностей сплава;
- марганец – легирование латуни марганцем обеспечивает высокую стойкость композиции к коррозии и отличную прочность (эффект от внесения этого элемента становится более ощутимым, если вместе с марганцем в сплав вводят олово, алюминий и железо).
Как видим, разные компоненты неодинаково воздействуют на свойства композиции из меди и цинка, будь то томпак или другой сплав, за счет чего можно создавать сплавы с особыми характеристиками.
Основная информация
Имея атомный номер 28, занимает такую же позицию в периодической таблице. Аббревиатура записывается как Ni, производное Niccolum. Легко поддается обработке и отличается значительной пластичностью. Отличается характерным бело-серым цветом со слабым золотистым отливом, поддается полировке, взаимодействует с магнитом.
Главными характеристиками никеля являются:
- плотность – 8,902 г/см3;
- температура, при которой происходит расплавление – 14530 С;
- начинает кипеть – 2730-29150 С;
- точка Кюри – 3580 С.
Никель стабилен при взаимодействии с воздухом. На поверхности металла есть оксидная пленка. Ее наличие обеспечивает отсутствие ржавчины.
В земных недрах, по мнению ученых, сохраняется около 8×103%. Согласно этим же исследования, существует вероятность того, что огромные залежи никеля сосредоточены внутри планеты, в ее ядре. Некоторое количество металла находится в водах мирового океана.
Проводники
Двадцатый век — век пластмасс. До появления широкого спектра синтетических полимерных материалов, человек использовал в конструировании металлы и материалы природного происхождения — дерево, кожу и т.д. Сегодня мы завалены пластмассовыми изделиями, начиная от одноразовой посуды, заканчивая тяжелонагруженными деталями двигателей автомобилей. Пластмассы во многом превосходят металлы, но никогда не вытеснят их полностью, поэтому рассказ начнется с металлов. Металлам посвящены сотни книг, дисциплина, посвященная им, называется “металловедение”.
Нас интересуют металлы с точки зрения электронной техники. Как проводники, как часть электронных приборов. Все остальные применения — например такие, как конструкционные материалы, в данное пособие пока не вошли.
Главное для электронной техники свойство металлов — это способность хорошо проводить электрический ток. Посмотрим на таблицу удельного сопротивления различных чистых металлов:
| Металл | Удельное сопротивление Ом*мм2/м |
| Серебро | 0,0159 |
| Медь | 0,0157 |
| Золото | 0,023 |
| Алюминий | 0,0244 |
| Иридий | 0,0474 |
| Вольфрам | 0,053 |
| Молибден | 0,054 |
| Цинк | 0,059 |
| Никель | 0,087 |
| Железо | 0,098 |
| Платина | 0,107 |
| Олово | 0,12 |
| Свинец | 0,192 |
| Титан | 0,417 |
| Висмут | 1,2 |
Видим лидеров нашего списка: Ag, Cu, Au, Al.
Источники
Вольфрам — не очень пластичный материал, поэтому спиральку из лампы накаливания
вряд ли удастся выпрямить и использовать по своему разумению. Если вдруг понадобится
вольфрамовый стержень — вам пригодится любой магазин по сварочному делу, электрод для
TIG-горелки без содержания лантана и других присадок. Проволоку для нитей накала самодельной
техники нетрудно купить на eBay.
- Цветовая маркировка электродов:
- Зеленый — чистый вольфрам.
- Красный, оранжевый — вольфрам + торий. Радиоактивно! Не шлифовать, не резать – пыль опасна!
- Голубой — вольфрам + сложная смесь.
- Черный, желтый, синий — вольфрам + лантан.
- Серый — вольфрам + церий.
- Белый — вольфрам + цирконий.
Области применения никеля
Оксидная пленка защищает металл, придавая ему высокую коррозионную стойкость. Причем действие ее настолько сильно, что не только сам никель оказывается малоактивным, но и любые другие предметы, покрытые тончайшим слоем никеля. Именно это качество и обуславливает один из самых распространенных способов применения.
О применении никеля в быту поведает этот видеосюжет:
Никелирование
Никелирование – получение никелевого покрытия гальваническим методом на поверхности других металлов – железных сплавов, как правило, с целью защитить последние от коррозии. В 2015 году 7% добытого металла ушло на никелирование. С такой «обработкой» сталкиваются повсеместно: посуда, столовые приборы, металлические трубы, используемые при изготовлении мебели или в декоративных целях. Кроме того, что металл защищает основной сплав, он еще и придает красивый серебристый блеск, не тускнеющий со временем.
Никель используется для защиты чугуна, железа, магния и даже цинка и алюминия, которые сами по себе считаются достаточно стойкими к коррозии. Однако никель отличается еще одним особым свойством – исключительной стойкостью к щелочам. Никелирование изделий из металла активно применяют в химической промышленности – для производства резервуаров для хранения и перевозки химически агрессивных веществ, например, а также для производства деталей, предназначенных работать в самых опасных условиях: например, для защиты от коррозии дюралюминиевых самолетных лопастей.
Иные сферы
- Металл используют при производстве аккумуляторов – никель-кадмиевых, железо-никелевых, никель-цинковых, никель-водородных. Никелевые электроды устойчивы в электролите, имеют долгий срок службы и доступны по стоимости. Так, цинково-серебряный аккумулятор демонстрирует более высокие характеристики, однако по стоимости намного дороже.
- Металл применяется в химической промышленности для получения разнообразных реактивов.
- В медицине никель используют при изготовлении протезов и брекет-систем, поскольку металл совершенно инертен и безопасен. То же свойство позволяет использовать вещество при изготовлении аппаратуры для пищевой промышленности.
- Однако куда большая доля никеля расходуется на получение разнообразных сплавов. На железные сплавы приходится 67% добытого вещества, а на не железные – 17%.
Связано это с тем, что никель придает сплавам едва ли не такую же антикоррозийную стойкость, которой сам и обладает. В результате большая часть металла применяется для получения всего разнообразия нержавеющих сталей. Те же железные сплавы, которые не легировались никелем, для защиты подвергаются оцинковке или никелированию. Перечислить же сферы применения нержавеющих и конструкционных сталей попросту нереально: нет такой области народного хозяйства, где не использовалась бы эта продукция.
Не меньший интерес представляют собой другие составы-никелевые сплавы, например, сплав никеля с железом, медью, оловом, алюминием, титаном, хромом и иными металлами.
Никелирование
Так называют нанесение покрытия на поверхность другого материала. Задача такого обеспечение защиты изделия от коррозии. Нанесение покрытия проводят в гальванической ванне. Для проведения качественной гальванической операции, применяют электролиты содержащие в своем составе соли натрия, бора, различные поверхностно – активные компоненты и глянцующие элементы. Толщина никелевого покрытия составляет до 36 мкм. Для повышения качества нанесенного покрытия допускается поверх никеля наносить слой хрома.
Существует способ нанесения никеля без применения электричества. То есть нанесение покрытия выполняют в смеси, включающей в себя соли никеля и натрия.
Никель, кобальт и их сплавы
Кобальт и никель являются элементами подгруппы железа. Все три элемента имеют схожие свойства, но есть и существенные различия. Оба металла обладают большей плотностью, чем железо, и значительно тверже и прочнее его. Они менее активны в химическом плане, отличаются коррозийной устойчивостью. Кроме этого, металлы ценят за большую стойкость по отношению к газовой коррозии.
Недостатками кобальта и никеля является их высокая токсичность и значительная стоимость относительно железа. Свое применение они находят для антикоррозийного наружного покрытия изделий из углеродистых сталей и железа путем электрохимических реакций. А также они применяются для изготовления узлов и деталей, требующих усиленной прочности и твердости. Следует отметить особое значение сплавов железа, никеля и кобальта, которые носят названия коинвар, инвар, супермаллой, пермаллой и маллой. Основное их достоинство заключается в высоких магнитных свойствах. Эти сплавы используют для производства магнитопроводов различных электромагнитных устройств.
Новости
Никель — довольно распространённый элемент на Земле, его среднее содержание в земной коре составляет около 140 г/т, где он встречается только в виде соединений. Но в железных метеоритах присутствует в виде самородного металла с содержанием от 5 до 50 %. В таблице Менделеева занимает клетку №28. Как простое вещество — это ковкий, малоактивный металл серебристо-белого цвета, обозначается символом Ni
(лат. Niccolum ).
Простое вещество Никель (Ni) – пластичный, ковкий металл серебристо-белого цвета. Никелевая руда в 17 веке получила своё название от имени духа гор немецкой мифологии, который «подбрасывал» искателям медных руд минерал красного цвета, очень похожий на медь и ныне известный как минерал никелин (арсенид никеля с формулой NiAs). В то время он получил название купферникель (kupfernickel), что переводится как «медный озорник». Эту руду в 1751 г. исследовал шведский минералог Аксель Кронстедт. Ему удалось выделить новый металл в чистом виде, который он назвал nickel (никель).
Никелин ( NiAs), кристалл 2х2 см. Месторождение Cobalt, Канада
Никель является важной составляющей вещества железных метеоритов, представляющих собой сплавы железа, никеля и кобальта. Но присутствие никеля в их составе в значительной степени определяет свойства этой группы метеоритов
Железо и никель в железных метеоритах образуют две минеральные фазы: камасит и тэнит
Камасит содержит 5-7% никеля, формируя широкие полосы т.н. видманштеттеновых фигур (лучеподобных структур), которые отчётливо видны на спилах образцов, протравленных 5% раствором азотной кислоты и спирта
Железо и никель в железных метеоритах образуют две минеральные фазы: камасит и тэнит. Камасит содержит 5-7% никеля, формируя широкие полосы т.н. видманштеттеновых фигур (лучеподобных структур), которые отчётливо видны на спилах образцов, протравленных 5% раствором азотной кислоты и спирта.
Спил железного метеорита Nantan (Китай, 1958 г.) с характерными видманштеттеновыми структурами, размер 24х10 см. Метеоритная коллекция Московского Планетария, № 34.
Тэнит содержит 7-50% никеля, и ширина полос тем меньше, чем больше содержание тэнита или никеля. Поэтому по содержанию никеля железные метеориты делят на три основных класса: гексаэдриты 5- 7% Ni; октаэдриты 7-15% Ni; атакситы более 15 % Ni . Если содержание никеля в метеорите более 15%, видманштеттеновы структуры отсутствуют. Поэтому спилы атакситов имеют гладкую зеркальную поверхность без узоров. Попытки создать видманштеттеновы фигуры в лабораторных условиях успеха не имели.
Спил железного метеорита Чинге (Тува, Россия, 1913 г.) Атаксит, размер 8,5х2,5 см. Метеоритная коллекция Московского Планетария, № 37.
Основные месторождения никеля находятся в Канаде, России, Кубе, ЮАР, Албании, Греции, Украине. В 2020 году 67 % потребления никеля пришлось на производство нержавеющей стали, 17 % на сплавы без железа, 7 % на никелирование и 9 % на другие применения (аккумуляторы, порошковая металлургия, химические реактивы), а цены на этот металл варьировали в пределах от $15 000 до $17 000 за тонну.
Область применения нихрома
Наиболее востребованные образцы электротехнической продукции из вышеназванного сплава – это проволока, лента, нить, а также круги и прутки. Этот сплав обладает значительным удельным электрическим сопротивлением и применяется в виде проволоки для выпуска различной формы нагревателей электропечей. Недостаток проволоки проявляется в невозможности механической обработки из-за ее жесткости. Продукция, произведенная из такой проволоки, подвержена кислотной коррозии.
Как было указано выше, нихром обладает способностью сохранять свойства при значительном повышении температуры, причем, как в нормальной среде, так и в агрессивной. Защитный оксидный слой на поверхности материала придает ему темный оттенок, который при снятии оксидной пленки становится серым. При непосредственном контакте с кислотами сплав разрушается. Классический состав нихрома (Х20Н80) не имеет магнитных свойств, но при добавке в него железа (Fe), эта разновидность нихрома приобретает свойства слабомагнитного материала.
Цинковые антифрикционные сплавы
Наибольшее распространение получили антифрикционные цинково-алюминиево-медные сплавы. Их применяют как в литом, так и в деформированном (прокатанном или прессованном) состоянии.
Отличаясь высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью при комнатной температуре, эти сплавы служат хорошими заменителями бронз при работе в узлах трения, температура которых не превышает 80—100 °С. При более высоких температурах сплавы сильно размягчаются и намазываются на вал. предусматривает две марки сплава — ЦАМ 9—1,5 в ЦАМ 10-5.
У цинковых сплавов высокий коэффициент линейного расширения, что следует учитывать при установлении величины зазора в подшипнике.
Из цинковых антифрикционных сплавов в основном изготавливают литые монометаллические и биметаллические детали. Из сплава ЦАМ 10-5 изготавливают прокат. При изготовлении литых деталей используют чушковые сплавы либо приготавливают сплав из первичных материалов с использованием оборотов литейного производства и переплава. Плавку рекомендуется проводить под слоем древесного угля. В качестве флюса принимают хлористый аммоний в количестве 0,1—0,2 % от массы плавки. Большее количество флюса добавляют при загрязненной шихте.
Металл нельзя перегревать выше 480 °С, так как при более высокой температуре происходит сильное насыщение расплава газами. Температура литья цинковых антифрикционных сплавов — 440—470 градусов С.
Монометаллические литые детали можно получать отливкой в землю, в кокиль, центробежным способом и литьем под давлением. При разработке технологии отливки изделий следует учитывать, что сплавы ЦАМ 9-1,5 и ЦАМ 10-5 склонны к образованию горячих трещин, поэтому следует избегать форм, создающих затрудненную усадку.
Изделия, отлитые в землю, отличаются от изделий, полученных кокильным литьем, большим количеством пор и более крупными размерами зерен. Наблюдается значительный разброс характеристики механических свойств. Поэтому литье в землю целесообразно применять только для деталей сложной конфигурации, которые трудно отливать в кокиль.
При центробежном литье (линейная скорость на периферии 6—8 м/с, скорость литья 2—2,5 кг/с) следует учитывать возможность получения в отливке зоны столбчатых кристаллов с пониженными механическими свойствами. С увеличением скорости структура становится мелкозернистой, но наблюдается заметная ликвация структурной составляющей сплава, богатой алюминием
Поэтому для получения ответственных деталей центробежное литье нужно применять с осторожностью
Биметаллические литые детали, состоящие из цинкового антифрикционного сплава и стали, изготовляют путем заливки сплава на сталь через подслой чистого цинка, наносимого способом горячего цинкования. Для получения прочного соединения необходимо обезжирить и протравить стальную поверхность. После флюсования (температура флюса не должна превышать 150 °С) стальное основание подогревают, оцинковывают (в цинковую ванну добавляют 0,5% алюминия; содержание железа в ванне не должно превышать 0,5 %), устанавливают в форму и заливают сплавом.
Существенно повышается коэффициент использования металла при изготовлении деталей из проката. Сплав ЦАМ 9-1,5 хорошо обрабатывается вхолодную, тогда как вырубку и штамповку сплава ЦАМ 10-5 лучше проводить при температуре 100—150 °С, при которой этот сплав весьма пластичен. Биметаллический прокат с обоими сплавами обрабатывается без осложнений вхолодную. Усталостная прочность деформированных сплавов, особенно в биметалле, намного выше, чем литых сплавов. Поэтому изделия из них также могут работать в более тяжелых условиях.
При работе цинкового сплава в паре со стальным валом твердость последнего должна быть не ниже НВ 300. По возможности в конструкции монометаллических трущихся деталей следует избегать бортов, резких переходов и т. д., так как цинковые сплавы плохо сопротивляются усталостным разрушениям в условиях воздействия больших изгибающих усилий.
Месторождения
Никель не относится к редкоземельным металлам – на планете его достаточно (0,01% по массе). В земной коре обнаружен исключительно в связанном виде.
Предполагается, что из его сплава с железом состоит земное ядро.
Второй источник самородного металла – железные метеориты.
Крупными залежами располагают страны Тихоокеанского бассейна:
- Австралия;
- Индонезия;
- Новая Каледония;
- Филиппины.
Мировые запасы никелевых руд исчисляются миллионами тонн.
Медно-никелевые руды залегают в зонах глубинных разломов на древних щитах. Их характерная особенность – постоянный минеральный состав руд, среди которых кобальт, платиноиды, золото.
Втрое богаче по запасам месторождения экзогенного типа.
Влияние примесей на свойства металла
Сера является одной из наиболее вредных примесей. Она придает никелю краcноломкость, из-за которой ухудшаются свойства металла при обработке давлением. Чтобы нейтрализовать действие серы, добавляют марганец и/или магний.
Углерод в количестве до 0,1 % никак не влияет на свойства металла, однако при большем содержании этого элемента он выпадает из твердого раствора при отжиге и снижает пластичность холодного никеля.
При содержании висмута и свинца в количестве от 0,002 % становится невозможной горячая обработка металла: так как эти элементы почти не растворяютися в твердом состоянии, из-за них разрушается слиток. Поэтому во всех марках никеля количество свинца и висмута ограничено 0,001 и 0,0006 % соответственно.
Алюминий увеличивает электросопротивление никеля. Данный элемент содержится в самой чистой марке — Н0. Кроме того, широко применяются сплавы никеля и алюминия: у них высокая жаропрочность и устойчивость к коррозии.
Железо не оказывает ощутимого влияния на свойства никеля. Кремний раскисляет основной металл, благодаря чему благоприятно влияет на его литейные свойства, химическую стойкость и прочность.
Кобальт повышает жаростойкость, жаропрочность и прочность никеля, а марганец оказывает положительные влияние на технологические и механические свойства металла, улучшает его электросопротивление.
Сплавы и их магнитные свойства
Медь не магнитится. Если все-таки встречается монета, которая похожа на медь, но магнитными свойствами обладает, то скорее всего, это сплав. В таком сплаве меди будет не более 50%. Это может быть сделано специально, но бывали случаи, когда магнитные свойства проявляла медь, которая не была очищена от примесей в процессе изготовления монеты.
Любому человеку необходимы хотя бы минимальные знания о магнитных свойствах металлов. В большинстве случаев для определения меди этого достаточно — медное изделие к магниту не прилипнет.
https://youtube.com/watch?v=zviw-GLYAlU
Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.
Состав латуни
Классической формулой латуни является соотношение меди и цинка как 1:2. Именно такое соотношение упоминается ещё на рубеже XIX и XX веков в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона. В современных условиях количество добавляемого в медь цинка может быть значительно меньше, но, как правило, не превышает 30%, за исключением технических сплавов, в которых допускается наличие и 50% цинка. Чем больше цинка добавляется, тем ниже стоимость итогового материала, так как цинк сам по себе дешевле меди.
По составу сплава различают:
- Двухкомпонентные, формула которых является достаточно простой и представляет собой сочетание меди и цинка в различных пропорциях. Такой сплав, в соответствии с ГОСТ, маркируется буквой «Л», за которой следует цифра, обозначающая процентное содержание меди. Например, «Л80», то есть сплав состоит из 80% меди и 20% цинка.
- Многокомпонентные, содержащие дополнительные элементы, которые называют легирующими, например, олово, свинец, алюминий и др. Маркировка таких сплавов зависит от находящихся в их составе элементов, причём подсчёт количества цинка производится путём вычитания из 100% доли других элементов. Например, латунный сплав, состоящий из 63% меди, 3% свинца и 34% цинка, будет выглядеть как «ЛС63–3».
В зависимости от содержания цинка в латунном сплаве, выделяют:
- Красную, содержание цинка в которой находится в пределах 5–20%
- Жёлтую, содержащая более 20% цинка
Сплавы
Никель является основой многих сплавов. Стоит подробнее разобраться с самыми популярными соединениями на основе этого металла.
Сплав на основе никеля
С медью
Популярнейшим соединением считается никель и медь. В итоге получается материал, который не похож по своим характеристикам на исходный металл. При изготовлении металлических смесей можно выделить 3 популярных соединения:
- Монель — материал, в котором содержится примерно 67% никеля. Имеет высокий показатель прочности. Его можно сравнить с разными видами сталей. Используется в авиастроении, судостроении, а также изготовлении электроинструментов. Найти детали из монели можно в музыкальных инструментах.
- Мельхиор — известный сплав, основным компонентом которого является медь. Никеля же в составе может содержаться до 30%. Используется при изготовлении ювелирных украшений, статуэток, столовых приборов.
- Копель — смесь на 44% состоящая из никеля. Из него изготавливается проволока, из которой делают компенсационные провода.
Существуют и другие смеси с добавлением цинка, которые обладают своими особенностями и характеристиками.
С хромом
Соединения хрома с никелем многим известно, как нихром. Особенность этого сплава — высокий показатель электрического сопротивления, высокая температура плавления. Также нихром отличается хорошей прочностью и теплоёмкостью. Отрасли применения:
- Изготовление деталей для приборов, работающих в агрессивных условиях окружающей среды.
- Производство нагревательных элементов и оборудования для термической обработки.
- Проволока из нихрома используется при изготовлении электропечей.
- Из этого сплава изготавливают нити испарения, использующиеся в электронных сигаретах.
Если нихром будет покрыт легирующих слоем на основе кремния, его можно использовать в химической промышленности. От дополнительного покрытия материал получает устойчивость к кислотам.
С молибденом и другими металлами
При соединении никеля с молибденом в состав добавляется хром. Процентное содержание основного металла достигает 77%. При этом молибдена в составе может содержаться до 9%. Остальное количество занимает хром. Особенность соединения — высокий показатель прочности и жёсткости.
Сплав с молибденом используется в медицине. Из него изготавливают мостовидные протезы. Сложно обрабатывается. Сделать отливки из такого материала практически невозможно. Однако благодаря своим характеристикам и низкой стоимости сплавы с молибденом имеют высокую популярность.
С железом
Подобная смесь называется инвар. Представляет собой соединение железа и никеля. Используют готовый материал при изготовлении деталей для механических часов.
Соединение железа и никеля
2.2.Латуни
2.3.Латуни
– сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием – сплавами, обрабатываемыми давлением.
Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.
Латуни, применяются в основном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.
В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни.
Простые латуни содержат только Cu и Zn.
Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов (Л.Э.), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.
Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.
Месторождения
Никель не относится к редкоземельным металлам – на планете его достаточно (0,01% по массе). В земной коре обнаружен исключительно в связанном виде.
Предполагается, что из его сплава с железом состоит земное ядро.
Второй источник самородного металла – железные метеориты.
Крупными залежами располагают страны Тихоокеанского бассейна:
- Австралия;
- Индонезия;
- Новая Каледония;
- Филиппины.
Мировые запасы никелевых руд исчисляются миллионами тонн.
Медно-никелевые руды залегают в зонах глубинных разломов на древних щитах. Их характерная особенность – постоянный минеральный состав руд, среди которых кобальт, платиноиды, золото.
Втрое богаче по запасам месторождения экзогенного типа.
Применение сплава
Сплав железа и никеля изначально изготавливают в виде проволоки, а иногда в виде ленты малой толщины. Иногда сплав производят на заводах в форме листов небольших размеров, круглых прутков и ленты повышенной толщины. Свойства улучшают с помощью специальных технологий:
- плавления;
- термической обработки металла после плавки;
- деформирования поверхности;
- финишной обработки.
Материал широко применяется в приборостроении, где необходимо соблюдение условия, при котором детали не меняют своих характеристик при изменении температуры окружающей среды. Из сплава производят элементы датчиков и часть биметаллических конструкций, а также эталоны длины и массы благодаря улучшенным характеристикам.
Соединение нашло свое применение в бытовой электронике, а также некоторых элементах маятниковых часов. Сложность изготовления материала требует аккуратного обращения с аппаратурой, в которой оно используется.
Электроизмерительные приборы
Исторический ракурс
Согласно историческим данным, первый медный сплав появился к 7 тыс. до н.э. Позже в качестве добавки стало использоваться олово. В это время, именуемое бронзовым веком, из такого материала изготавливалось оружие, зеркала, посуда и украшения.
Технология производства менялась. Появились добавки в виде мышьяка, свинца, цинка и железа. Все зависело от требований, предъявляемых к предмету. Материал для украшений нуждался в особом подходе. Состав сплава состоял из меди, олова и свинца.
Начиная с 8 в. до н. э. в Малой Азии была разработана технология получения латуни. В это время еще не научились добывать чистый цинк. Поэтому в качестве сырья использовалась его руда. С течением времени производство медных сплавов постоянно расширялось и до сих пор находится на первых местах.
