Медь и никель это металлы

Обновлено: 06.07.2024

Медь и никель неограниченно растворимы как в жидком, так и в твердом состоянии. Диаграмма состояния Си – Ni показана на рис. 7.1. Структура всех двойных медно-нике-левых сплавов – твердый раствор этих элементов. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая.

Для художественных изделий применяются коррозионно-стойкие медно-никелевые сплавы: мельхиор, нейзильбер.

Рис. 7.1. Диаграмма состояния Си – Ni.

Мельхиоры – цветные сплавы меди и никеля, содержащие от 18 до 30 % Ni. Они отличаются высокой прочностью, хорошо обрабатываются механически, имеют высокую коррозионную стойкость. В табл. 7.1 приведен химический состав мельхиоров, используемых для изготовления художественных изделий.

Кроме никеля в некоторые марки мельхиоров вводят железо, марганец, хром. Легирование мельхиора железом и марганцем позволяет повышать коррозионную стойкость сплава. Наибольшее распространение получил мельхиор марки МН19 с пониженным по сравнению с остальными содержанием никеля, так как никель – дефицитный и достаточно дорогой металл.

Химический состав мельхиоров

Сплавы МН19, МНЗО, МНЖМцЗО-1-1 однофазны по структуре, поскольку железо и марганец до 1 % растворимы в мельхиоре. Эти сплавы хорошо деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии. По коррозионной стойкости превосходят нержавеющую сталь. Для улучшения внешнего вида изделий из мельхиора их покрывают тонким слоем серебра.

Легирование мельхиора хромом приводит к расслоению твердого раствора по синодальному типу на два твердых раствора с одинаковой кристаллической решеткой, один из которых – ?’ – обогащен медью, а другой – ?” – никелем. Это позволяет значительно упрочнять сплавы системы Си – Ni – Сr. Так, если для сплава МНЗО (Си + 30 % Ni) временное сопротивление составляет 130–350 МПа, для сплава МНХЗО-З (Си + 30 % Ni + 2,8 % Сr) его значение возрастает до 600 МПа при относительном удлинении 30 % (охлаждение на воздухе с Т = 900 °C). Сплавы системы Си – Ni – Сr технологичны, хорошо свариваются, обладают лучшей коррозионной стойкостью в морской воде, чем сплавы Си + 30 % Ni и Си +30 % Ni +1 % Fe. Усталостная прочность их на 40 % выше, чем у сплава Си + 30 % Ni.

Однако никель является дефицитным материалом. Технические потребности заставляют вести поиск новых сплавов, не уступающих по коррозионной стойкости мельхиорам.

Нейзильберы

Нейзильберы – сплавы системы Си – Ni – Zn с содержанием никеля от 5 до 35 % и цинка от 13 до 45 %.

В системе Си – Ni – Zn имеется обширная область твердых растворов. Сплавы с малым и средним содержанием цинка имеют однофазную структуру ?-твердого раствора.

Нейзильберы отличаются красивым серебристым цветом, не окисляются на воздухе, устойчивы в растворах солей и органических кислот. В дословном переводе с немецкого языка Neusilber – «новое серебро». Наиболее распространенным представителем нейзильберов является сплав МНЦ15-20 (Си + 15 % Ni + 20 % Zn). Этот сплав широко используется в приборостроении, для изготовления технической посуды и медицинских инструментов, а также деталей часов (как коррозионно-стойкий и неферромагнитный материал). Сплав МНЦС16-29-1,8 (Си + 16 % Ni + 29 % Zn + 1,8 % Pb) дает чистую поверхность при обработке резанием.

Для улучшения механических свойств нейзильберов, широко применяемых в центробежном литье при изготовлении ювелирных изделий, необходимо вводить добавки с учетом раскислительной способности, позволяющие уменьшить содержание оксида меди и повысить пластичность, а также прочностные свойства нейзильбера.

Кроме того, ряд добавок, например Al, Sn, V и др., улучшает коррозионную стойкость отливок.

С увеличением содержания никеля твердость и прочность сплавов повышаются. Нейзильбер и мельхиор хорошо деформируются, упрочняются деформационным наклепом. Введение алюминия в сплавы делает их дисперсионно-твердеющими (сплавы МНAl3-3, МНАб-1,5), повышается также коррозионная стойкость. Свинцовистый нейзильбер обладает хорошими упругими свойствами, хорошо обрабатывается резанием. Температура полного отжига мельхиора МН19 и нейзильбера МНЦ15-20 составляет 600–780 °C.

Для уменьшения остаточных напряжений достаточен отжиг при температуре 250–300 °C.

В ювелирном деле нейзильбер используется для изготовления булавок, посеребренных столовых приборов, игл различных форм и др.

Куниали (алюмоникелевые бронзы)

Куниали (алюмоникелевые бронзы) – сплавы тройной системы Си – Ni – Al, алюминий растворяется в меди до 8 %. С понижением температуры растворимость его резко уменьшается, поэтому сплавы меди с алюминием можно подвергать упрочняющей термообработке: закалке и старению.

Сплавы под закалку нагревают до 900—1000 °C, охлаждение – в воде. Старение проводится при 500–600 °C. Упрочнение при старении происходит за счет выделения дисперсных фаз NiAl и NiAl2.

В промышленности применяют в основном кун и ал ь А (МНAl3-3) и куниаль Б (МНА6-1,5). (Встречаются также обозначения БрНAl3-3 и БрНАб-1,5 соответственно.) У куниали А при комнатной температуре временное сопротивление 630–640 МПа при относительном удлинении 5—10 %.

Нагартовка между закалкой и старением еще сильнее повышает прочностные свойства куниалей. Так, после закалки при 900 °C, последующей холодной деформации на 25 % и старения при 550 °C в течение 2–3 ч временное сопротивление достигает 800–900 МПа при относительном удлинении 5—10 %.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Установки электролиза меди

Установки электролиза меди Вопрос. Какие токопроводы рекомендуется применять в залах электролиза?Ответ. Рекомендуется применять медные шины. Рекомендуемая плотность тока шин – 1 А/мм2. Алюминиевые шины применяются в обоснованных случаях. Рекомендуемая плотность тока –

ЛЕКЦИЯ № 5. Сплавы

ЛЕКЦИЯ № 5. Сплавы 1. Строение металлов Металлы и их сплавы – основной материал в машиностроении. Они обладают многими ценными свойствами, обусловленными в основном их внутренним строением. Мягкий и пластичный металл или сплав можно сделать твердым, хрупким, и наоборот.

2. Медные сплавы

2. Медные сплавы Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. В настоящее

3. Алюминиевые сплавы

3. Алюминиевые сплавы Название «алюминий» происходит от латинского слова alumen – так за 500 лет до н. э. называли алюминиевые квасцы, которые использовались для протравливания при крашении тканей и дубления кож.По распространенности в природе алюминий занимает третье

4. Титановые сплавы

4. Титановые сплавы Титан – металл серебристо—белого цвета. Это один из наиболее распространенных в природе элементов. Среди других элементов по распространенности в земной коре (0,61 %) он занимает десятое место. Титан легок (плотность его 4,5 г/см 3), тугоплавок

5. Цинковые сплавы

5. Цинковые сплавы Сплав цинка с медью – латунь – был известен еще древним грекам и египтянам. Но выплавка цинка в промышленных масштабах началась лишь в XVII в.Цинк – металл светло—серо—голубоватого цвета, хрупкий при комнатной температуре и при 200 °C, при нагревании до

Сплавы золота

Сплавы золота Для изготовления ювелирных и других изделий далеко не всегда используют чистые металлы. Происходит это из-за высокой стоимости драгоценных металлов, недостаточной твердостью их и износоустойчивости, поэтому на практике чаще всего употребляют сплавы,

7. Сплавы на основе меди

7. Сплавы на основе меди Медь – элемент первой группы периодической системы, атомная масса – 63,54, порядковый номер – 29, температура плавления – 1083 °C, кипения – 2360 °C. Она имеет кубическую гранецентрированную решетку с параметром а = 0,361 нм (3,61 ?). Плотность – 8,93 г/см2.

7.4. Сплавы меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы

7.4. Сплавы меди, имитирующие золотые и серебряные сплавы С целью удешевления художественных изделий при производстве недорогих украшений широко используются томпак, латунь, мельхиор, нейзильбер; при изготовлении художественных изделий – бронзы.Сплавы меди с цинком,

10. Серебро и его сплавы

10. Серебро и его сплавы Серебро – химический элемент, металл. Атомный номер 47, атомный вес 107,8. Плотность 10,5 г/см3. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая (ГЦК). Температура плавления 963 °C, кипения 2865 °C. Твердость по Бринеллю 16,7.Серебро – металл белого

11. Золото и его сплавы

11. Золото и его сплавы Золото – химический элемент, металл. Атомный номер 79, атомный вес 196,97, плотность 19,32 г/см3. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрировапная (ГЦК). Температура плавления 1063 °C, кипения 2970 °C. Твердость по Бринеллю – 18,5.Золото – металл желтого

45. Медь; влияние примесей на свойства меди. Латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы

45. Медь; влияние примесей на свойства меди. Латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы Медь – это металл красного, в изломе розового цвета, имеет температуру плавления 1083о С. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а 0,31607 ям. Плотность меди 8,94 г/см3. Медь обладает высокими

46. Магний и его сплавы

46. Магний и его сплавы Магний является химически активным металлом: образующаяся на воздухе оксидная пленка МдО в силу более высокой плотности, чем у самого магния, растрескивается и не имеет защитных свойств; порошок и стружка магния легко воспламеняются; горячий и

47. Титан и его сплавы

47. Титан и его сплавы Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатки титана: его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости.Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан,

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа

Цветные металлы отличаются от черных. Цветных металлов много, а к черным относятся только железо, его сплавы. Часто к черным металлам относят ванадий, марганец, хром.

В Европе цветные металлы называют нежелезными, происхождение этих названий точнее отражает суть и свойства наших героев.

Англичане называют их non-ferrous metals.
Для немцев их название — Nichteisenmetalle, Buntmetalle.
Французы обозначили цветные металлы как меtaux non-ferreux.

Разделяем металлы по свойствам и группам

Условно цветные металлы различают на 2 большие группы — тяжелые и легкие.

Более подробная классификация проводится по свойствам (физико-химическим). Есть разделение на 5 и 7 групп.

Виды цветных металлов:

Легкие цветные металлы.
Тяжелые металлы. .
Редкие и малые.
Рассеянные.
Радиоактивные.
Тугоплавкие.

Свойства цветных металлов разнообразны. Это устойчивость к коррозии, высокие электро-и теплопроводность, устойчивость во многих агрессивных средах.

Где применяются

Представьте мир без цветных металлов. Выбросите телефон и компьютер, вместе с ними ключи от машины. Отключите свет — ведь ток течет по проводам из цветмета. Газовую и электрическую плиту тоже придется выбросить, а готовить на костре или построить печку. Поэтому к этим разным и таким нужным человечеству металлам давайте относиться уважительно.

Невозможно представить современный мир без использования цветных металлов.

Некоторые из них добываются миллионами тонн в год, другие по несколько тонн в год. Но все они абсолютно необходимы современной промышленности и нам, потребителям.

Электротехника, легировка сталей, сенсоры, диоды, термопары, инфракрасная оптика, военно-промышленный комплекс.

Знакомство с нежелезными металлами

Список цветных металлов обширен. Руд цветных металлов в разы больше.

Важными рудами на медь являются халькозин, борнит, халькопирит. Встречается и самородная медь, но редко. Про медь читайте здесь.

Добычу медных руд производят:

Познавательно: крупнейшее месторождение в мире находится в знойной пустыне Атакама, его пока не разрабатывают.

Алюминий

Главное сырье на алюминий — бокситы. Руды бокситов — диаспор (его ювелирная разновидность султанит подробно описана здесь), гетит, бемит, каолинит. Подробнее про этот металл читайте на этой странице.

Российские месторождения бокситов находятся в областях:

Архангельской;
Белгородской;
Свердловской;
Челябинской.

Богатые запасы бокситов расположены в Корее, Венгрии, Югославии, Китае.

Значительные запасы бокситовых руд в Австралии, Бразилии, США, Франции.

Свинец

Главная руда на свинец — галенит, кроме него церуссит и англезит.

Галенит образует полиметаллические руды со сфалеритом и халькопиритом.

48 стран мира могут добывать на своей территории свинец.

Основная цинковая руда — сфалерит. Это сульфид цинка, и в природе его естественными спутниками являются галенит и халькопирит.

Главные мировые запасы цинка находятся в Канаде, немногим отстают Китай, Австралия, США.

В России цинк добывают на Каменном Поясе. Есть месторождения в Сибири и Приморье.

Магний

Этого цветного металла в земной коре около 2%.

Руд, содержащих магний, около 60, но для промышленной добычи используют:

доломит;
магнезит;
брусит;
карналлит;
морская вода.

Каждая страна обладает запасами магния. Магнезит находят в США, Испании, Австралии, Канаде, Югославии, Греции. Карналлит используют в странах СНГ.

Огромные запасы магния находятся в воде залива Кара-Богаз-Гол.

Никель

Никелевые руды могут быть сульфидные и силикатные. Подробнее о металле читайте здесь.

халькопирит;
пирротин;
магнетит;
пентландит.

Силикатные никелевые руды:

гарниерит;
гетит;
ревдинскит;
контронит;
асболан.

Кобальт

В природе немного кобальтсодержащих руд, особенно пригодных для промышленного использования. Среди них кобальтин, скуттерудит, линнеит, шмальтин, эритрин.

По минеральному и химическому составу кобальтовые руды делятся на сульфидные, арсенидные, оксидные. В основном все руды комплексные, собственно кобальтовые встречаются только среди мышьяковых (арсенидных) руд.

За рубежом кобальтосодержащие месторождения находятся в Канаде, Финляндии, Австралии, Африке.

В России — на Урале, в Красноярском крае, на Кольском полуострове.

Основные добытчики кобальта — Заир и Замбия.

Олово

Главные минералы для добычи олова — касситерит и станнин. Половина добычи олова приходится на месторождения Юго-Восточной Азии. Подробнее про олово написано здесь.

Немного отстает Китай, за ним идут Индонезия, Малайзия, Бразилия, Россия.

Молибден

Основной рудный минерал на молибден — молибденит. В природе «дружит» с сульфидами меди и касситеритом.

В добыче металла первенствуют США, следом идут Чили и Китай, на третьем месте — Канада.

В России тоже есть молибденовые руды, в Забайкалье, на Северном Кавказе, на юге Западной Сибири.

Вольфрам

Основные руды на вольфрам — вольфрамит и шеелит.

Китаю повезло, у него более 40% мировых запасов вольфрамита. Россия отстала не сильно, у нас шеелит есть на Кавказе, в Забайкалье, на Чукотке.

Есть месторождения в Германии, Канаде, Турции, США.

Висмут

Существует самородный висмут. В Боливии и Австралии его добывают вместе с висмутином. Подробнее о нём читайте здесь.

Боливия единственная страна, где металл добывают прямо из висмутовой руды. В основном висмут извлекают из полиметаллических руд.

Мировые лидеры по запасам:

Перу;
Мексика;
Китай;
Австралия;
Канада.

Месторождения висмутовых руд редки и невелики по масштабам.

Сурьма

Главный источник сурьмы — антимонит. Кроме него, рудой на сурьму могут служить бертьерит, джемсонит, ливингстонит, стибиконит.

Австралия, Россия и Китай обладают залежами антимонита, остальные страны могут только облизываться на такое богатство. Среди завидующих США, КНР, ЮАР. У них есть полиметаллические месторождения.

Ртуть

Киноварь — единственный минерал для качественной добычи ртути.

Основные производители жидкого металла:

Россия обладает небольшими запасами киновари на Чукотке, Алтае, Камчатке.

У Америки с этим и того хуже — маленький рудничок в Неваде.

А вот на юге Испании известно ртуть добывают почти две тысячи лет.

Вторичное сырье

Уже понятно, что добыча цветмета не всегда обеспечивает потребности промышленности. Приходится изворачиваться. То есть организовывать пункты приема вторсырья, собирать металлолом для сдачи в этих пунктах. Кстати, за лом цветных металлов платят довольно неплохо.

Стоимость металлических отходов формируется, исходя из нескольких компонентов:

Металл (тип, редкость).
Габариты.
Размер партии.
Чистота металла, его качество.

Охотникам за металлоломом

Большим спросом у приемщиков пользуются медь, алюминий, свинец, титан.

Медь содержат сплавы меди (латунь).
Олово гораздо дороже меди, особенно в чистом виде, но и в виде посуды, баббита (в подшипниках, например).
Никель металл дорогостоящий, но в чистом виде попадается редко. В мельхиоровой посуде, отработанных электродах, ТЭНах бытовых приборов.
Свинец сдают «в виде» аккумуляторов, типографского оборудования, оплетки кабелей.
Алюминий стоит недорого.
Чистый цинк найти проблематично, сдают его в виде сплавов.
Самые дорогие металлы — молибден и вольфрам.

Плюсы и минусы переработки вторсырья

Перерабатывать металлолом выгодно, это понижает себестоимость продукции.

Цветмет приходится сортировать — это самый нудный и трудоемкий этап работы.

Рассортированное сырье измельчают. Для этого применяют газовые резки, шредеры, а потом прессуют для уменьшения объемов и удобства транспортировки.

Далее подготовленное сырье отправляют на металлургические комбинаты, или продают (чаще всего на экспорт).

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов

В описании горняками и шахтерами для металла не нашлось ни одного доброго слова:

Nicolaus («хитрый бездельник»). Так звали злого духа гор в немецкой мифологии.
Nickel — озорник.
Никкел — в языке горняков ругательство. Добытчики часто ошибались, принимая красный никелевый колчедан за медную руду. Разозленные шахтеры назвали руду-обманщицу купферникель (Kupfernickel).

Свойства «хитрого бездельника»

Ну, чем же нехорош никель? Свойствам его позавидует любой металл:

жаропрочность;
устойчивость против коррозии (в том числе в агрессивных средах);
никель красив — он имеет серебристо-белый цвет с легким золотистым оттенком, к тому же блестит;
существенный недостаток — металл дорогой.

Наш сегодняшний герой — химический элемент с атомным номером 28. В таблице Менделеева он устроился в 10 группе четвертого периода (по устаревшей классификации это побочная подгруппа VIII группы). Кто знает химию, сразу его назовет Niccolum, или узнает по обозначению Ni. Никель — это переходный металл, ковкий, пластичный.

Это один из четырех элементов, кроме железа, кобальта и гадолиния (редкоземельный металл), которые проявляют магнитные свойства при нормальных условиях.

Некоторые характеристики металла:

Свойство	Значение
Плотность	8,902 г/см³
Кристаллическая структура	Гранецентрированная, кубическая
Температура плавления	1453°С
Температура кипения	2732°С
Атомная (молярная) масса	58,7 г/моль
Степени окисления	0, +2, +3

Химическая активность у металла средняя. В порошкообразном состоянии способен воспламениться на открытом воздухе.

Ищем никель по всему свету

Металл занимает пятое место по распространенности на Земле.

Геологи оценивают запасы никелевых руд в мире в 130-200 миллионов тонн.

Добыча ведется как открытым, так и подземным способами.

Извлекают эти руды в 22 странах; крупнейшие месторождения в странах:

Канада (провинция Онтарио);
Австралия (штат Западная Австралия);
Индонезия (3 карьера, но все принадлежат государству);
Новая Каледония (5 карьеров; три из них принадлежат французской фирме).

Потребляют металл в основном пять стран:

Эти страны потребляют больше половины произведенного никеля.

Никелевые руды

Происхождением наш герой из магматических сульфидных медно-никелевых месторождений, кор выветривания — силикатных никелевых руд.

В состав медно-никелевых месторождений входят:

халькопирит;
пирротин;
гарниерит; ;
ревдинскит;
магнетит;
никелин;
миллерит и другие минералы.

Силикатные никелевые руды можно разделить на железистые, с повышенным содержанием кобальта, и магнезиальные — в них больше никеля.

Получение никеля из руды

Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом и особенностями химического состава.

Этапы производства никеля из сульфидных медно-никелевых руд:

Подготовка руды.
Плавка на штейн.
Конвертирование штейна для получения медно-никелевого файнштейна.
Разделение никеля и меди файнштейна.
Обжиг чернового концентрата никеля для получения бинарного оксида никеля.
Восстановительная плавка.

От кастрюли до АЭС

Применение никеля в современном мире разнообразно. Львиная доля добытого в мире металла уходит на производство сплавов, легированной стали.

В чистом виде наш герой наносится на поверхности в качестве средства от ржавчины. Еще из него делают тигли, приборы, котлы с высокими антикоррозионными свойствами.

Никелевые сплавы используют для изготовления красивой, блестящей посуды. Секрет фирмы «Цептер» (Zepter) в металле, из которого делают такие удобные и симпатичные кастрюльки. Формула цептеровской нержавейки — 18 частей хрома, 10 частей никеля. Посуда хороша, плюсов много, минус один — цена…

Никельсодержащие сплавы применяют в производстве емкостей для хранения пищевых продуктов, химических веществ, эфирных масел.

Аккумуляторные электроды в щелочных батареях — тоже никель.

Оборудование для АЭС, ракетная техника, реактивная авиация не смогут обойтись без «озорника» и его сплавов.

Познавательно: «никель» — так десятилетиями называют 5-центовую монету в США (хотя никеля в ней только 25%, остальное медь).

Про Франца-Иосифа, аллергию и зубные протезы

Многие новооткрытые металлы поначалу стоили очень дорого. Позволить себе изделия из таких металлов могли только очень богатые люди. Франц-Иосиф, император Австро-Венгрии, ел из никелевой посуды, на зависть прочим царям-королям. Бум на редкий металл прошел, а император вдруг заболел. Лейб-медики причины болезни найти не смогли, и вину за болезнь свалили на никель. Бедный металл законодательно изгнали из кухонь.

Прошло время, металл реабилитировали. А Франц-Иосиф благополучно выздоровел, пережил всех горе-лекарей, и просидел на троне аж 68 лет.

Он вредный или нет?

Много писали о вредности никелевых сплавов. Аллергенные они, не носите украшения с никелем. Мало кто знает, что никель в организме человека занимается регулированием гормональной системы, активно участвует в работе клеточных элементов — РНК, ДНК, белка. Металл участвует в синтезе гемоглобина, в кроветворении.

Да, есть индивидуальная непереносимость, аллергия. Но ведь аллергенов вокруг тысячи. Проявилась такая беда — не носите украшения, в состав сплавов которых входит никель. Некорректно говорить, что этот металл опасен, если он входит в состав нашего организма.

В стоматологии для имплантов используют никелид титана. Западные фирмы внедряют новые материалы, при этом обругивая старые — надо же набирать новых потребителей продукции. В США никелевые сплавы для зубопротезирования применялись и в армии, и в детской стоматологии, а это для американцев — святое. Вредных компонентов никогда не стали бы использовать.

Никелевые сплавы

Сплавы металлов с никелем — это суперсплавы. Добавка «вредного духа» в металлы существенно улучшает их качества.

В состав сплавов может входить марганец, медь, алюминий, титан, молибден, вольфрам.

Всех сплавов с никелем не перечесть, назовем некоторые:

Латунь, давно известная людям. Римляне называли ее «орихалк».
Нихром. Главное достоинство — жаропрочность, применяют в оборудовании и деталях, где необходимо это свойство.
Пермаллой. Используют для экранирования при МРТ-исследованиях, в электронных микроскопах, микросхемах.
Мельхиор. Спектр использования — от ложек и вилок на обеденном столе, недорогой ювелирки до морских лодок и терморегуляторов.
Инконель «узурпировало» ракетостроение. Жаропрочность у сплава превосходная.
Платинит. Несмотря на название, платиной там и не пахнет. А лакомое свойство — коэффициент линейного расширения, очень близок к платиновому. Потому там, где возможно, дорогущая платина заменяется дешевым платинитом.
Монель-металл. Авиа- и судостроение, химическая и нефтяная промышленности, и просто оправы очков.

Познавательно: в 2005 году Китай начал производство никелевого чугуна (NPI). Сплав используют как дешевый заменитель никеля в производстве нержавейки.

Сколько стоит «озорной дух»

Цена за тонну металла на Лондонской бирже металлов составила 12 762 долларов США.

Как называется сплав меди с никелем?

Медь – пластичный металл, хорошо поддается обработке, обладает электро- и теплопроводностью. Для повышения эксплуатационных свойств в ее состав вводят различные легирующие компоненты. В этой статье речь пойдет о сплаве меди с никелем, который повышает ее стойкость к коррозии, увеличивает прочность и электросопротивление.

Что дает добавка к меди никеля?

Никель вводят в сплав в качестве основного легирующего компонента. Он значительно повышает твердость меди. Металлы наделены редкой особенностью, они полностью растворяются друг в друге. При сплавлении, в зависимости от пропорции, однородные сплавы двух металлов изменяют свои свойства следующим образом:

Усиливается устойчивость к действию кислот и щелочей.
Увеличивается жаропрочность.
Вырабатывается стойкость к коррозии.
Повышается упругость и прочность.
Понижается температурный коэффициент сопротивления.

Классификация

Используя механические, химико-физические свойства, а также область применения, сплавы меди с никелем условно можно подразделить на две основные группы:

Конструкционные – характеризуются высокой антикоррозийной устойчивостью и большой прочностью. К ним относятся мельхиоры, содержащие до 30% никеля и небольшие количества других металлов, нейзильберы, обладающие отличной прочностью и особый сплав куниаль с добавками алюминия, который хорошо обрабатывается давлением.

Электротехнические – обладают высоким электрическим сопротивлением. К ним относится термоэлектродный сплав копель, имеющий в составе большое содержание никеля, манганин и константан. Используются в электротехнике для компенсационных проводов, термопар и реостатов.

Сплавы находят применение для изготовления деталей, используются в приборах, теплообменных аппаратах, поэтому к ним предъявляются жесткие требования по химическому составу и физическим характеристикам.

Мельхиор

Сплав меди с никелем, название которого - мельхиор, может содержать в своем составе до 22% основного легирующего компонента никеля, около 80% меди и не больше 0,6 % примесей. У него отмечают высокую прочность, пластичность, коррозийную стойкость. Сплав хорошо поддается механической обработке, его штампуют, режут, чеканят, паяют, полируют, воздействуют давлением в любом виде (в холодном и горячем). Мельхиор выпускается в виде лент, полос и труб. Металл обладает серебристым цветом. Он идет на производство конденсаторных труб, деталей кондиционеров, применяется в приборостроении.

Кроме того, из сплава делают медицинские изделия, недорогие ювелирные украшения, монеты и посуду. Для улучшения внешнего вида изделия покрывают тонким слоем серебра.

Нейзильберы

Сплавы никеля, меди и цинка содержат в своем составе до 35 процентов никеля и 45 процентов цинка, а остальное – медь. У нейзильберов (в переводе с немецкого языка «нового серебра») отмечается красивый серебристый цвет, они не поддаются окислению на воздухе, проявляют стойкость в растворах органических кислот и солей. Благодаря высокой коррозийной стойкости неферромагнитные сплавы находят применение в приборостроении, используются для изготовления медицинских инструментов, часовых механизмов.

При изготовлении изделий для ювелирной промышленности в сплавы добавляют раскислители, которые позволяют понизить количество оксида меди, увеличить пластичность и прочность. При увеличении в сплаве никеля, возрастает его твердость и прочность. При введении алюминия, сплавы становятся дисперсно-твердеющими, при этом повышается и стойкость к коррозии. Присутствие свинца в нейзильберах придает металлу упругость и способствует улучшению обработки резанием.

Сплавы высокого сопротивления

Для изготовления электронагревательных приборов требуются проводники материал, которых обладает высоким удельным и низким показателем температурного коэффициента сопротивления. Точные сопротивления для приборов, как правило, изготовляют из манганинов – это сплав меди, никеля и марганца. В его состав входит 86% меди, марганца 13% и никеля около 3%. Для стабилизации в манганины вводят небольшое количество железа, серебра и алюминия. У сплавов высокая температура плавления, составляющая 960 градусов, средняя плотность чуть больше 8 г/см куб. и оранжевый цвет.

Манганины мало зависят от температуры электрического сопротивления, что очень важно для применения их в электроизмерительных устройствах с повышенной степенью точности. Еще одним достоинством сплавов является очень небольшая термо-ЭДС в паре с медью. Для стабилизации электромеханических свойств проводят искусственное старение манганина. Проволоку нагревают в вакууме до 400 градусов около двух часов, после этого продолжительное время выдерживают при комнатной температуре для получения стабильных свойств. Сплав находит применение для изготовления добавочных сопротивлений, катушек, шунтов, высокоточных измерительных приборов.

Константан

Какой сплав меди и никеля, наряду с манганином, относится к сплавам высокого электрического сопротивления? Это константан, он содержит до 65% меди, до 41% никеля и около 2% марганца. Этот сплав имеет специфический серебристый тон, среднюю плотность и температуру плавления 1270 градусов. Промышленность выпускает из константана проволоку, диаметр которой составляет 0,02-5 миллиметров. Значительная термо-ЭДС в паре с медью ограничивает использование сплава в точных электроизмерительных приборах. Зато он находит применение в термопарах для измерения температуры до 300 градусов.

Константановая проволока из сплава меди с никелем подвергается особой термической обработке путем нагрева ее до 900 градусов и последующего охлаждения. В результате на ее поверхности образуется темно-серая оксидная пленка, которая образует изоляционный слой и не требует дополнительного защитного покрытия. Сплав хорошо поддается механической обработке, поэтому имеет высокие технологические свойства. Он находит применение в измерительных приборах, электронагревательных элементах и реостатах с температурой до 400 градусов.

Заключение

Сплавы меди с никелем применяются в разных отраслях промышленности. Они пластичны и обладают антикоррозийными свойствами. Из них делают детали, имеющие ответственное назначение, применяемые в теплообменных аппаратах и приборах. Поэтому к сплавам предъявляют жесткие требования по плотности и химическому составу.

Медно-никелевый сплав: свойства, ГОСТ. Производство медно-никелевых сплавов. Чистка монет из медно-никелевого сплава

Медь относится к группе цветных металлов. В чистом виде она обладает высокой тепло- и электропроводностью, именно поэтому используется в основном в электротехническом производстве. Медь – очень пластичный материал, который хорошо поддается обработке давлением в холодном и в горячем состоянии.

Для повышения механических, конструкторских и эксплуатационных свойств меди используют его соединения с другими металлами. В результате процесса сплавления изменяется строение кристаллических решеток, возникают дополнительные связи между ионами и атомами. Именно это повышает прочность сплава по сравнению с чистым металлом.

Для чего медь сплавляют с никелем

При сплавлении никель выступает главным легирующим элементом. Он обладает коррозионной стойкостью, поэтому, в основном, используется для упрочнения.

При сплавлении его с медью образуются непрерывные твердые растворы. Медно-никелевый сплав приобретает ряд новых свойств:

повышается жаропрочность материала;
существенно снижается температурный коэффициент электросопротивления;
появляется высокая устойчивость к коррозии, особенно в морской воде.

Свойства медно-никелевого сплава зависят от процентного содержания в нем никеля и других веществ. В настоящее время создано много новых специальных материалов с уникальными характеристиками.В зависимости от области применения их делят на конструкционные и электротехнические.

Конструкционные - обладают высокими антикоррозионными и прочностными характеристиками. Изделия из них отличаются устойчивостью к агрессивным средам. Это мельхиор, нейзильбер и куниаль. Отдельное место в этом списке занимает монель, состав которого и пропорциональное соотношение элементов несколько иные.
Электротехнические - отличаются повышенным электрическим сопротивлением и термоэлектрическими свойствами, используют их в энергетике и электротехнике. Это константан, манганин и копель.

Знание химического состава и физических характеристик позволяет определить медно-никелевый сплав в одну из групп.

Содержит примерно 80% меди, около 20% никеля, а также немного марганца и железа. Подобный сплав был известен людям еще в III веке до н. э. под названием «белая медь» благодаря светло-серебристому цвету, напоминающему серебро. Это обладающий высокими антикоррозионными свойствами, а также большим запасом прочности и износостойкости медно-никелевый сплав.

Температура плавления - примерно 1170 °С. Хорошая пластичность позволяет обрабатывать изделия из него давлением. Используется в производстве конденсаторов, из него изготавливают медицинские инструменты, недорогие ювелирные украшения, столовые приборы, монеты.

Нейзильбер

Этот медно-никелевый сплав с добавлением цинка, имеющий серебристый с зеленоватым оттенком цвет. В зависимости от марки может содержать до 35 % никеля и до 45 % цинка, остальное – медь. Такое солидное содержание цинка существенно удешевляет его производство. Нейзильбер обладает примерно такими же механическими свойствами, что и мельхиор. Он устойчив к коррозии, прочен, достаточно пластичен для обработки в горячем и холодном состоянии методом давления.

Иногда дополнительно легируется свинцом для более качественной механической обработки. В основном из него изготовляют детали приборов, часов, медицинских инструментов. Интересно, что благодаря дешевизне сейчас именно из него чаще, чем из мельхиора, производят ювелирные изделия, медали и ордена. Нейзильбер также используют при изготовлении финифти.

Куниаль

Состоит из медной основы, никеля - до 20 %, небольших добавок алюминия. Сплавляется при температуре 1183°С с последующей закалкой и старением, чем достигаются очень высокие показатели прочности и устойчивости к низким температурам. Подразделяется на марки А (МНА13-3) и Б(МНА 6-1,5).

Марка А обладает двумя важными характеристиками – высокой прочностью и уникальной устойчивостью к коррозии в агрессивных средах. К примеру, в морской воде он может эксплуатироваться десятилетиями. Поэтому сплав используется для изготовления деталей специального назначения (гребные винты).

Марка Б обладает пружинящими свойствами, поэтому широко используется для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Также он очень устойчив к изломам на морозе. Из него производят конструкционные детали, работающие в условиях низких температур.

Монель

В нем содержится примерно две трети никеля и одна треть меди. Температура плавления - 1350 °С. Главное свойство этого медно-никелевого сплава – устойчивость к коррозии. Он имеет высокие показатели механических свойств – прочности и пластической деформации. Монель марки НМЖМц содержит примерно 28% меди, 3% железа, около 3% магния, небольшое количество кобальта и никель.

Такие же характеристики имеет монель-400. Он является брендом Special Metals Corporation и был запатентован в 1906 году. Поэтому другие компании-производители не могут использовать это название. Так появился еще один сплав – Nicorros. Однако эти материалы идентичны по все химическим и техническим характеристикам.Так как сплав содержит более половины никеля в процентном соотношении, его стоимость достаточно высока. Однако существует технология производства медно-никелевого сплава с использованием сырья из природных сульфидных руд с содержанием обоих элементов, без предварительного разделения на отдельные составляющие. Это позволяет значительно удешевить конечный продукт.

Монель используют для производства изделий, эксплуаьтруемых в агрессивных средах, условиях повышенной механической нагрузки. Это судостроение, химическая и нефтяная промышленность, изготовление медицинских инструментов, ответственных деталей машин и аппаратов.

Имеет белый цвет с характерным желтоватым оттеком. В состав входят: медь -59 %; никель – 39-41 %; марганец – 1-2 %. Температура плавления 1260 °С. Этот медно-никелевый сплав получил свое название благодаря основному свойству – термостабильности. Он имеет очень хорошие показатели электрического сопротивления при низком значении температурного коэффициента расширения. Сплав идет для изготовления проволоки для термопар, в производстве измерительных приборов, а также электронагревательных элементах, работающих при температурах до 400-500 градусов.

Проволока, изготовленная из константана, подвергается специальной термической обработке, в результате которой металл на поверхности образует тонкую окисную пленку. Благодаря этому изделие не нуждается в дополнительной лакировке или защитном покрытии. Константан очень пластичен. Это свойство позволяет применять его при сварке медно-никелевых сплавов.

Недостатком константана является его достаточно высокая ЭДС - около 43 мкВ. Это исключает использование проволоки и ленты из него в высокоточных измерительных приборах.

Манганин

Содержит примерно 5% никеля, 12% марганца и основу из меди. Температура плавления - 960 °С. Интересно, что манганин был изобретен американцем Эдвардом Венстоном примерно в 1888 году на основе им же изобретенного константана как специальный материал для обмоток электроизмерительных приборов. Он действительно имеет высокое удельное электрическое сопротивление, а также крайне малую ЭДС в паре с медью (не более 1 мкВ), что выгодно отличает его от константана.

Для того, чтобы снизить температурный коэффициент сопротивления, мангановую проволоку отжигают при температурах около 600 градусов в условиях вакуума, затем медленно охлаждают. Эта технология позволяет увеличить температуру, при которой материал сохраняет свои электрические свойства, до 200°С. Уже намотанную в катушки проволоку дополнительно нагревают неоднократно до 150 °С. Так достигается эффект искусственного старения, после которого изменения в кристаллической структуре металла сводятся к минимуму.

Основная область применение манганина как материала со стабильными показателями электросопротивления - изготовление разнообразных приборов высокой точности для измерения показателей электрического тока (силы тока, напряжения, мощности).

Копель

Еще один специальный сплав. Содержит медь, 43% никеля, немного железа и марганца. Температура плавления 1290 °С. Благодаря оптимальному соотношению стабильно низкого удельного сопротивления и высокой ТЭДС в паре с различными металлами сплав применяется для изготовления проволоки для термопар и электродов. Показатель ТЭДС материала возрастает пропорционально рабочей температуре:

при 100 градусах по Цельсию - 6,95В;
при 600 - до 49В.

Копель очень термостоек - без нарушения основных свойств выдерживает нагревание до 600 градусов и устойчив к коррозии.

Копель применяется в термопарах датчиков приборов для бесконтактного измерения температуры. В них используются термопары с максимальной ТЭДС – с хромом, медью или железом Эти элементы являются положительными электродами, а копель –отрицательным. Термопара копель-хромель используется в основном в пирометрии для постоянного контроля температурного режима в диапазоне от 200 до 600 градусов в промышленных и лабораторных установках.

Процесс плавки

При производстве медно-никелевых сплавов придерживаются сравнительно похожих технологий. Мельхиор, нейзильбер, куниаль, константан, манганин сначала плавят в индукционных печах под слоем прокаленного древесного угля. Добавление к шихте отходов допускается до 80%.

Процесс плавки начинается с меди и никеля. По мере их расплавления добавляются отходы крупным куском, потом мелкие. В последнюю очередь загружается цинк. После окончательного расплавления шихты производят раскисление марганцем и кремнием (нейзильбер), либо кремнием и марганцем (константан и мельхиор). После этого с поверхности расплава убирают весь шлак и добавляют еще древесного угля. Нагревают раскаленную массу до температуры около 1300 °С, при необходимости добавляют хлористый марганец для рафинирования.

Немного отличается технология приготовления куниалей, так как они содержат алюминий. Перед введением алюминия в расплав обязательно добавляют 0,1% марганца для раскисления. А после растворения алюминия поверхность расплава посыпают флюсом. Если этого не сделать, образуются пленки, от которых расплав становится негодным для заливки.

Химические, физические и конструкционные свойства определяют область назначения различных медно-никелевых сплавов. ГОСТ 492–73, ГОСТ 5063–73, ГОСТ 5187–70, ГОСТ 5220–78, ГОСТ 17217–79, ГОСТ 10155–75 являются основными стандартами при их производстве.

Чеканка монет

Примерно с конца позапрошлого века повсеместно начали чеканить монеты из медно-никелевого сплава.

Состав его сильно различался на разных монетных дворах. Но в основном он содержал до 30% никеля, незначительную железную примесь и медь как основу. Так как металл для обычных монет должен быть в первую очередь пластичным, ковким, износостойким и недорогим, практическим путем был определен состав монетного сплава. Впоследствии особенной популярностью для изготовления монет пользовался мельхиор.

Современные российские монеты выполнены из различных сплавов. В частности, полностью из мельхиора состоят монеты, выпущенные до 2009 года. Стальные монеты номиналом одна и пять копеек и медные пятирублевые покрыты тонким слоем мельхиора. Такой материал получил название «биметалл». Так все больше снижается себестоимость изготовления металлических денег.

Сплавы меди с никелем мало подвержены окислению на воздухе. Поэтому его признаки можно встретить лишь на старых монетах, либо тех, что долгое время находились в агрессивной среде. Знатоки-кладоискатели и нумизматы применяют для очистки ценных экземпляров монет различные средства – от народных рецептов до передовых технологий.

Очистка с мыльным раствором хорошо удаляет лишь зеленоватые медные окислы. Применяют также оливковое масло, уксусную кислоту, пасту "Гойя". Нужно иметь в виду, что эти средства могут не только снять налет, но и вступить в реакцию с самим сплавом, нанеся вред монете. Наиболее эффективной, щадящей и быстрой является чистка монет из медно-никелевого сплава с помощью электролиза.

Читайте также: