Почему сплавы лучше металлов

Обновлено: 18.05.2024

Потому что создавая сплавы, человек получает материалы со свойствами, которыми не обладают чистые металлы.

Чистые металлы очень дорогие. Со времёт бронзового века (уже 8 тыщщь лет) люди заметили, что сплавы имеют многие полезные свойства, которых нет у состовляюзих металлов.

Не всегда.
Медь, например в электротехнике, используется как можно более чистая - это уменьшает ее сопротивление. Но, например, добавление кадмия повышает ее прочность, из такой меди делали провода трамвайных и троллейбусных линий, а радиолюбители - жала для паяльников. А сплав меди с оловом - это бронза, ее прочность тоже выше, чем у меди. Хотя чистое олово - мягкий, да еще и хрупкий металл, не выдерживающий отрицательных температур (оловянная чума - разрушение пайки оловом консервных банок - погубила экспедицию Скотта к Южному полюсу) . А вот сплав почти поровну олова со свинцом - это припой, который используют для пайки в электротехнике, он более пластичен, чем олово. Добавка к ним висмута 25/25/50 позволяет получить легкоплавкий сплав Розе - припой, который плавится при температуре не 260С, как обычный припой ПОС-61, а при 94С. Чистый свинец используется в аккумуляторах, а его сплав (с медью, сурьмой, мышьяком, никелем, кадмием и т. д) - баббит - используется в подшипниках. Алюминий в чистом виде есть на кухне - это "пищевой" алюминий. А для повышения прочности и электропроводности в него добавляют кремний. Добавка кремния к сплаву железа с углеродом - стали - делает ее хорошо проницаемой для магнитного поля - такая "электротехническая" сталь используется в трансформаторах, двигателях и генераторах. Но такая сталь с кремнием - хрупкая. Любая другая сталь содержит углерод - до 2%. А больше 2% углерода - это чугун (меньше углерода - белый, больше, до 8% - серый) . В чистом виде железо - мягкий и непрочный материал. А сплавы его с углеродом и десятками других элементов образуют множество сплавов - нержавеющие, жаростойкие, быстрорежущие - тысячи их.. . Даже золото используется в ювелирном деле только в виде сплавов с серебром и медью, иначе его можно легко поцарапать - настолько оно непрочно. А добавка палладия позволяет получить белое золото. Кроме сплавов, ряд металлических материалов получают методом порошковой металлургии - так "сплавляют"металлы, которые не могут растворяться друг в друге, например - вольфрама и серебра - для мощных высоковольтных контактов. Вольфрам способен не окисляться и выдерживать высокие температуры при размыкании цепи, а серебро обеспечивает хороший контакт. Чистая платина широко используется в химической промышленности - как катализатор многих реакций. А некоторые металлы в чистом виде просто не могут существовать, только в виде добавок к сплавам. Это литий и натрий, например. Не дружат они с кислородом. Ртуть легко растворяет некоторые металлы, образуя их ртутные растворы - амальгамы. Не проверяйте на своих золотых серьгах - будет обидно. Но когда надо - олово или проволока припоя позволяет помочь собрать ртуть от разбитого градусника. А еще амальгаму применяли раньше при пломбировании зубов - ей заполняли полость зуба, ртуть удаляли, оставался твердый металл. Мне самому такие поставили лет 20 назад.
Некоторые металлы считались раньше вообще бесполезными Например, вольфрам в переводе с немецкого - "волчья пена". Присутствие его в железной руде доставляла проблемы металлургам Средневековья. А платина названа так от испанского пренебрежительного слова "серебришко". Он трудно поддавался ювелирной обработке, но был похож на серебро, поэтому испанский король (или королева, не суть) приказал вывезти всю платину в море и выбросить, чтоб из нее не начали делать поддельные монеты. Вот найти бы сейчас.. .
Ведь сейчас спрос промышленности на некоторые металлы превышает мировую их добычу. Некоторые металлы стоят значительно дороже золота. Многие редкоземельные металлы есть вокруг нас, мы даже не подозреваем. Даже кремень в зажигалках - вовсе не кремний, а сплав церия с железом - ферроцерий. В детстве мы его воровали на заводе литейного машинотроения, смешивали с магнием с кладбища самолетов, добавляли марганцовки - и взрывали. Все цвета на салютах - это цвета металлов, у каждого - свой.

Почему в быту и в промышленности чаще используют сплав, а не металлы? ууу

ПОЧЕМУ ЖЕ СПЛАВЫ, А НЕ МЕТАЛЛЫ

Человеческая цивилизация существует несколько десятков тысяч лет и за это время, открыто и изобретено немало вещей и предметов. Много из того, что изобрел древний человек, забыто или потеряно, не говоря уже об их представлениях о природе и её составных частях. Однако, сегодня, как и в древности и в средневековье символом удачи является подкова. Когда-то она была сделана вручную из первых известных металлов, наверняка – это было – золото или серебро. Сегодня же она не только делается вручную, но и легко штампуется или производится литейным способом в специальной форме из множества «древних» и «новых» металлов .

МЕТАЛЛЫ СЕГОДНЯ

Современную жизнь невозможно себе представить без применения изделий и материалов изготовленных на основе металлов. Сегодня человек использует более восьмидесяти металлов и около 5000 сплавов на их основе. Свое широкое применение во всех областях промышленности и в быту они получили благодаря своим свойствам: металлическому блеску, высокой механической прочности, твердости, ковкости и пластичности, тепло- и электрической проводимости, магнитным и др.

а) легкие и тяжелые – если металл имеет плотность до 5 г/см 3 , то металл лёгкий (самый лёгкий – литий), имея плотность больше 5 г/см 3 – металл тяжелый (самый тяжелый – осмий). Кстати, литий сегодня в виде аккумуляторных батарей – литий-ионных элементов питания используются примерно в 85 % всей персональной портативной электроники, и примерно в 97 % мобильных телефонов;

б) легкоплавкие и тугоплавкие – если металл имеет температуру плавления до 1000 ºС, то металл легкоплавкий (самый легкоплавкий – ртуть), а если температура больше 1000 ºС – тугоплавкий (самый тугоплавкий – вольфрам). Именно из вольфрама сделана нить накаливания в лампочке, а еще сегодня все больше и вольфрамовая бижутерия (рис. № 6), которая очень красивая и изящная.

в) черные и цветные – железо и его сплавы (чугун, сталь и ферросплавы) относятся к черным, все остальные к цветным. Именно железо сегодня является главным металлом современной техники, хотя в последние годы оно постепенно сдает свои позиции алюминию и титану;

г) благородные – золото, серебро, платина и металлы платиновой группы;

д) редкоземельные – скандий, иттрий, лантан и лантаноиды, а также рассеянные – галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений и другие. Эти металлы широко используются в современной радиоэлектронике и приборостроении;

е) радиоактивные – радий, технеций, прометий, уран и другие актиноиды. Из них наибольшее применение имеет уран, которые добывается из урановой руды. Урановая руда обогащается, а на её основе изготовляются стрежни, используемые на атомных электростанциях.

ПОЧЕМУ ЖЕ СПЛАВЫ, А НЕ МЕТАЛЛЫ

Однако металлы в чистом виде используются редко, больше используются сплавы на их основе. Сплавы – это особые системы, состоящие из двух и более металлов, или металлов и неактивных неметаллов (углерод, фосфор, кремний, иногда сера). Свойства сплавов отличаются от свойств каждого из металлов входящих в его состав. Дело в том, что сплавлением одних металлов с другими можно существенно улучшить свойства многих металлов, например твердость, пластичность, текучесть, электрические, магнитные и термические свойства, а также антикоррозийную устойчивость.

Например, чистое золото – очень мягкий и пластичный металл и легко оставляет след от ногтей и царапается разными поверхностями. Если ты вспомнишь восточные сказки, то в них торговцы и лавочники, чтобы проверить подлинность чистых золотых монет «пробовали их на зуб». Теперь, наверное, тебе понятно для чего они это делали. Чтобы золотые монеты, украшения и другие изделия сохраняли свою форму, золото сплавляют с серебром или медью, такие сплавы очень твердые, но в тоже время сохраняют пластичность. Кстати, содержание благородного металла в сплаве называется пробой. Сегодня самой распространенной пробой золота является 583, т.е. на 1000 частей сплава приходится 583 части золота и 417 частей меди или серебра.

ОСНОВНЫЕ СПЛАВЫ СОВРЕМЕННОСТИ

Сплавы на основе железа – чугун и сталь.

Чугун – сплав железа, содержащий более 1,7 % углерода, а также другие неметаллы. Из чугуна можно отливать самые разнообразные изделия: крышки для люков, трубопроводную и каркасную арматуру, в быту ванны и другую сантехнику, но основное количество чугуна перерабатывается в сталь.

Сталь – сплав железа, содержащий менее 1,7 % углерода. В состав некоторых сталей входят хром, ванадий, никель, что улучшает их качество. Этот процесс называется легированием. Стали производится гораздо больше, чем какого-либо другого сплава, поэтому все области её применения перечислить очень трудно. Малоуглеродистая сталь в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, в том числе на корпуса мобильных телефонов, а сталь с более высоким содержанием углерода идет на изготовление режущих инструментов, например бритвенные лезвия и сверла.

Сплавы на основе алюминия – дюралюмин, силумин, магналий. Целая группа сплавов алюминия называется «авиали», по главной области применения – авиастроение. Дюралюмин – сплав на основе алюминия с медью и магнием, а также небольшими добавками марганца и кремния. Очень прочный сплав, из которого изготавливают корпуса как гражданских, так и военных самолетов и автомобилей, а также детали турбинных двигателей. Силумин – сплав на основе алюминия с кремнием. По прочности не уступает стали, однако более лёгкий и имеет высокую коррозийную устойчивость. Широко используется в авиа-, вагоно- и автомобилестроении, а также для изготовления деталей к колесам сельскохозяйственных машин.

Из алюминия производится огромное количество алюминиевой фольги, которая идёт на обёртки для лекарств, конфет и шоколада, а также для бытовых нужд.

Сплавы на основе меди – бронзы, латунь, мельхиор, нейзильбер. Бронзы – сплавы на основе меди с оловом, кремнием, алюминием, бериллием или марганцем. Исторически первой была оловянная бронза. Именно из такой бронзы были отлиты произведения искусства древности, статуи, пушки и колокола.

Сегодня же все больше применяется алюминиевая, бериллиевая и свинцовая бронзы. Из алюминиевой бронзы изготовляют детали авиационных двигателей, из свинцовой – подшипники для паровозов, водяных турбин и судовых двигателей, а из бериллиевой – пружины. Из бронзы также изготовляют корпуса мобильных телефонов, монеты, награды (ордена и медали) и ювелирные украшения.

Латунь – сплав меди с цинком. Этот сплав дешевле бронзы, легко обрабатывается и формуется, стойкий к химическим реагентам. Из неё изготавливают радиаторные трубы, детали сантехники, гильзы для патронов. Если к латуни добавить немного алюминия, то сплав похож на золото, поэтому из него изготавливают монеты, значки, изделия антиквариата.

Мельхиор – это сплав серебристого цвета на основе меди с никелем и добавками марганца. Сплав, который отлично обрабатывается давлением, поэтому можно изготавливать изделия самых причудливых форм. Устойчив к действию морской воды и перегретого водяного пара. В старину мельхиор называли «серебро для бедных» из-за своей невысокой стоимости и большим сходством с драгоценным металлом. Он широко применяется в кораблестроении, для изготовления столовых приборов, ювелирных украшений и предметов роскоши (подсвечники, статуэтки и т.д.), а также монет.

Нейзильбер (от нем. Neusilber – «новое серебро») – сплав меди с никелем и цинком. Характеризуется коррозионной устойчивостью, повышенной прочностью и упругостью после деформации, пластичностью в горячем и холодном состоянии. Применяется в промышленности для изготовления деталей точных приборов, медицинских и музыкальных инструментов, паровой и водяной арматуры, а также монет, медалей и ювелирных изделий.

Конечно, перечислить все сплавы, которые используются в современной технике невозможно. Наука и современная металлургия развиваются с огромной скоростью. Современная обработка металла и новейшие электронные приспособления позволяют изготавливать за короткий период самые трудные и нестандартные детали. Все больше и больше в мир металлов и сплавов на их основе внедряются ещё недавно фантастические нанотехнологии. Конечно, всё это – прогресс. Но остаётся на удачу та самая подкова, созданная когда-то древним кузнецом вручную.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.008)

В чём преимущество сплавов перед металлами?

Первым делом стоит сказать, что исключительно чистые металлы, не используются при производстве, для этого есть несколько факторов, первый это стоимость и второй это большая прочность.

В данное время сплавы являются основой практически всех производств, наиболее популярным сплавом по количеству произведенного материала являются стали (различные виды), они состоят из железа, углерода и других элементов (хрома, вольфрама, марганца и практически всех возможных материалов.

Еще один из популярных и очень распространенных сплавов будет латунь (сплав меди и цинка), если говорить об легких но прочных сплавах, то таких вариантов тоже хватает, особенно их много в самолетостроении, чаще всего там встречаются сплавы алюминия и магния с рядом элементов (медью, железом, цинком)

Золото скорее всего. Еще очень инертны платина и цирконий.

Серебро все же окисляется.

Медецинская нержавейка и титан считаются достаточно устойчивыми.

Ну и всякая керамика порошковая. Но это уже не совсем металл или сплав.

Сейчас используют не дорогие сплавы и металлы, хотя в 60 е годы прошлого века некоторые страны чеканили монеты из серебра, и они были в обороте.

Сейчас используется железо покрытое никелем, или медью, так же монеты чеканят из алюминия, медно никелевого сплава, мельхиора, латуни. Медь в чистом виде для чеканки монет уже не используют.

Государства удешевляют производство монет. Но памятные и юбилейные продолжают выпускать из благородных металлов, тиражи этих монет не очень велики, и в оборот они не попадают, хотя являются законным платёжным средством.

Кроме легирования - добавки в сплавы тугоплавких металлов (никеля, хрома, вольфрама и др.), для повышения твердости многих металлов и сплавов, например, на основе железа, применяют также хорошо известный способ - закалку. Деталь нагревают до нужной высокой температуры, а потом быстро охлаждают. Закаленная сталь намного тверже не закаленной. Другой метод - науглероживание: насыщение поверхности изделия углеродом. В результате на поверхности образуются твердые карбиды. При азотировании - насыщении поверхностного слоя детали азотом - твердость увеличивается за счет образования на поверхности нитридов. Например, если деталь покрыть нитридом титана, ее поверхность станет не только твердой, но и будет блестеть, как золото.

Да, считается что такой сплав, он практически безопасен при носке. Более того, большим плюсом является и то, что он не токсичен даже тогда, когда попутно с телом, вступает в контакт и с водой, поэтому получается безопасным по всем показателям.

Всё зависит от массы металла, который нужно расплавить и от его формы. Посмотрим, какие металлы самые легкоплавкие. Ртуть расплавлять не нужно, она и так жидкая. Цезий плавится при 28°С, нор самовоспламеняется на воздухе, его плавить не нужно. Галлий плавится при температуре 30°С, его (в ампуле) можно расплавить подмышкой или (в небольшим количестве) - расплавить дыханием на ладони. Рубидий плавится при 39°С, очень активный, но можно расплавить теплой водой, если он в запаянной ампуле. Горячей водой можно расплавить (в запаянных ампулах) калий (плавится при 63°С) и натрий (98°С). Индий плавится при 156°С - никаких проблем. Литий (186°С) плавим на газу в запаянной ампуле. Олово (232°С) плавится паяльником. Висмут (плавится при 271°С), таллий (248°С - яд!), кадмий (321°С - ядовит!) и свинец (327°С) расплавляются тоже легко. Цинк (419°С) я плавил на газу в больших количествах в консервной банке. Сурьме (631°С) может плавиться в запаянной тугоплавкой ампуле, иначе загорится. Магний (651°С) тоже легко загорается, но в инертной атмосфере лента из магния расплавится. Алюминий (660°С каждый может расплавить, если взять проволоку, только капелька расплава повиснет с чехольчике из тугоплавкого оксида алюминия. Барий (660°С) и стронций (770°С) слишком активны на воздухе. Но даже серебро (961°С), золото (1063°С) и медь (1083°) можно расплавить на газу, если взять тонкую проволоку (маленький теплоотвод) и сунуть ее конец в самое горячую часть пламени (синюю) - образуется на конце проволоки маленький королек расплавленного металла. А вот марганец (1250°С) и тем более кобальт, никель и железо уже не расплавить.

Читайте также: