+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

Примеры черных металлов и сплавов


Черные металлы список, Виды и классификация чёрных металлов

Чёрные металлы — железо (Fe) и его сплавы (стали, ферросплавы, чугуны), в отличие от остальных металлов, называемых цветными. К чёрным металлам также относят марганец (Mg) и иногда — хром (Cr). Эти металлы используются главным образом при производстве чугунов и сталей. Чёрные металлы составляют более 90 % всего объёма, используемых в экономике металлов, из них основную часть составляют различные стали.

Чугуны — сплавы железа с углеродом, при содержании углерода более 2,14 % (в некоторых чугунах до 6 %). Чугуны делятся на белые, серые и ковкие.

Стали — сплавы железа с углеродом (C) при содержании углерода менее 2,14 %.

  • Низкоуглеродистые (меньше 0,25 %)
  • Углеродистые (0,25 — 0,6 %)
  • Высокоуглеродистые (более 0,6 %)

Кроме углерода в чугунах и сталях содержатся другие компоненты, такие как кремний, марганец, сера, фосфор.

Для получения чугунов и сталей с требуемыми свойствами (устойчивость к коррозии, упругость, ковкость и др.) к ним добавляют легирующие вещества: алюминий, марганец, молибден, медь, никель, хром.


Металлобаза «Аксвил» продает оптом и в розницу:

• ЧЕРНЫЙ МЕТАЛЛОПРОКАТ

Первый поставщик листового металла. Низкие оптовые и розничные цены. Консультация по выбору. Оформление заказа на сайте и в офисе. Нарезка в размер. Доставка по Беларуси, в том числе, и в выходные дни.

 

По физическим свойствам, к чёрным относят металлы, обладающие магнитными свойствами:

  • Железо (Fe).
  • Кобальт (Co).
  • Никель  (Ni).
  • Гадолиний (Gd).

По технической классификации, к черным металлам относятся углеродистые стали и нелегированные чугуны.

 

Смотрите также:

Урок 13. сплавы металлов - Химия - 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 13. Сплавы металлов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.

Глоссарий

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав - материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Цементит – карбид железа Fe3C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Сплавы металлов и их классификация

Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

Сталь

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2↑.

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

Ответ: 20,5

2. Расчёт массы легирующей добавки

Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:

Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:

100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).

Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.

Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:

500 : 85,3 = 5,9 (кг).

Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:

5,9*12 = 70,8 (кг).

Ответ: 70,8

Различия между черными металлами и цветными металлами (Химия)

Черные металлы против цветных металлов

Качество каждого построенного материала зависит от его основы. По мере развития современных технологий мы часто видим, как строятся новые вещи, такие как высокие здания и длинные мосты. В прошлом эти структуры были построены из хрупкого дерева. Но поскольку люди весьма недовольны, они исследуют и разрабатывают новые и более прочные материалы, такие как металлы. Хотя металлы являются химическими элементами, встречающимися в природе, люди продолжают совершенствовать свои формы, чтобы максимально использовать их. Металлы можно подразделить на две группы, которые называются черными металлами и цветными металлами..

Все мы знаем, что металлы податливы, но крепки. Эти блестящие металлы являются очень хорошими проводниками тепла и электричества, которые делают их очень важными в современной жизни. Но чем именно отличаются черные и цветные металлы??

Черные металлы содержат железо. Слово «железо» происходит от латинского слова «железо», что означает «все, что содержит железо». Конкретными примерами черных металлов являются кованое железо, нержавеющая сталь и углеродистая сталь. Поскольку черные металлы содержат железо, они являются магнитными. Это свойство является основным отличием черных металлов от цветных металлов. Черные металлы предпочтительны в строительстве прочных, прочных железных заборов и стен, ворот и других материалов, изготовленных из сплавов черных металлов..

Если черные металлы обладают магнитными свойствами, цветные металлы известны своим меньшим весом и высокой прочностью. Конкретными примерами цветных металлов являются: латунь, алюминий и медь. Поскольку цветные металлы также являются немагнитными по своей природе, они имеют более высокую устойчивость к коррозии с повышенными температурами плавления. Они более предпочтительны в электронных приложениях. Если вы поближе познакомитесь с большинством электропроводки, она сделана в основном из меди, которая является цветным металлом..

Ранее мы говорили, что черные металлы являются магнитными, но это зависит от количества железа, содержащегося в этих металлах. Лучший пример этого - нержавеющая сталь. Этот тип черного металла не является магнитным по своей природе, потому что он подвергается другому процессу. Чтобы сделать его немагнитным, его пропитывают азотной кислотой, чтобы избавиться от содержания железа, поэтому остается только никель. Даже если железо из нержавеющей стали намеренно удалено, оно все равно классифицируется как черный металл.

Если цветные металлы очень устойчивы к коррозии, черные металлы - нет. Эта коррозия принимает форму ржавчины, красноватого и коричневатого вещества на поверхностях черных металлов. Это происходит из-за наличия влаги в воздухе, вызывающей ржавление черных металлов.

Резюме:

  1. Существуют две основные категории металлов: черные металлы и цветные металлы. Металлы, как правило, прочные, ковкие и пластичные.

  2. Слово «железо» происходит от латинского слова «железо», что означает «все, что содержит железо».

  3. Черные металлы - это типы металлов, которые содержат железо, в то время как цветные металлы не содержат железо.

  4. Черные металлы обладают такими свойствами: магнитный характер и меньшая устойчивость к коррозии.

  5. Цветные металлы обладают следующими свойствами: немагнитный характер, повышенная устойчивость к коррозии с повышением температуры плавления..

  6. Есть некоторые исключения в отношении магнитных свойств черных металлов. Нержавеющая сталь не является магнитной, так как ее железо специально удалено, чтобы сделать его «нержавеющим».

  7. Конкретными примерами черных металлов являются кованое железо, нержавеющая сталь и углеродистая сталь. Конкретные примеры цветных металлов: латунь, алюминий и медь.

  8. Черные металлы предпочтительны в строительстве прочных, прочных железных заборов и стен, ворот и других материалов, изготовленных из сплавов черных металлов. Цветные металлы наиболее предпочтительны в электротехнике и электронике.

Металлы и сплавы

Металлы и сплавы

Подробности
Категория: Металл

Металлы и сплавы 

                                                
В промышленности металлы применяются в основном в виде сплавов: черных (чугун, сталь) и цветных (бронза, латунь, дюралюминий и др.)

.
Сталь и чугун — это сплавы железа с углеродом. Но в стали содержание углерода немного меньше, чем в чугуне.


В чугуне содержится от 2 до 4% углерода. В состав чугуна входят также кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун — хрупкий твердый сплав. Поэтому его используют в тех изделиях, которые не будут подвергаться ударам. Например, из чугуна отливают радиаторы отопления, станины станков и другие изделия.

Сталь, как и чугун, имеет примеси кремния, фосфора, серы и других элементов, но в меньшем количестве.
Сталь не только прочный, но и пластичный металл. Благодаря этому она хорошо поддается механической обработке. Сталь бывает мягкой и твердой.

                      
Более твердая сталь используется для изготовления проволоки, гвоздей, шурупов, заклепок и других изделий.


Из очень твердой стали делают металлические конструкции (конструкционная сталь) и режущие инструменты (инструментальная сталь). Инструментальная сталь имеет большую, чем конструкционная, твердость и прочность.


Добавление в сталь таких элементов, как хром, никель, вольфрам, ванадий, позволяет получить сплавы с особыми физическими свойствами — кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и т. д.


Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах. Руду вместе с коксом (специально обработанным углем, который дает при горении высокую температуру) загружают в доменную печь сверху. Снизу в домну все время вдувают чистый горячий воздух, чтобы кокс лучше горел. Внутри печи образуется высокая температура, руда плавится, и полученный чугун стекает на дно печи. Расплавленный металл вытекает из отверстия домны в ковши. Из смеси чугуна со стальным ломом в мартеновских печах, конверторах и электропечах получают сталь.

                        
Из цветных сплавов наиболее широко применяются бронза, латунь и дюралюминий.


Бронза — желто-красный сплав на основе меди с добавлением олова, алюминия и других элементов. Отличается высокой прочностью, стойкостью против коррозии. Из бронзы отливают художественные изделия, делают сантехническую арматуру, трубопроводы, детали, работающие в условиях трения и повышенной влажности.


Латуньсплав меди с цинком, желтого цвета. Имеет высокую твердость, пластичность, коррозийную стойкость. Выпускается в виде листов, проволоки, шестигранного проката и применяется чаще всего для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.


Дюралюминийсплав алюминия с медью, цинком, магнием и другими металлами, серебристого цвета. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, хорошо обрабатывается. Дюралюминий широко применяют в авиастроении, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.

 

                     


Основные свойства металлов


Вы знаете, что металлы обладают различными свойствами. Одни из них мягкие, вязкие, другие твердые, упругие или хрупкие. Знать свойства металлов необходимо для того, чтобы правильно определить наиболее подходящий для того или иного изделия материал.


Физические свойства.


К этим свойствам относятся: цвет, удельный вес, теплопроводность, электропроводность, температура плавления.


Цвет металла или сплава является одним из признаков, позволяющих судить о его свойствах.
Металлы различаются по цвету. Например, стальсероватого цвета, цинксиневато-белого, медьрозовато-красного.
При нагреве по цвету поверхности металла можно примерно определить, до какой температуры он нагрет, что особо важно для сварщиков. Однако некоторые металлы (алюминий) при нагреве не меняют цвета.


Поверхность окисленного металла имеет иной цвет, чем не окисленного.


Удельный весвес одного кубического сантиметра вещества, выраженный в граммах. Например, углеродистая сталь имеет удельный вес, равный 7,8 г/см3. В авто- и авиастроении вес деталей является одной из важнейших характеристик, поскольку конструкции должны быть не только прочными, но и легкими. Чем больше удельный вес металла, тем более тяжелым (при равном объеме) получается изделие.


Теплопроводностьспособность металла проводить тепло — измеряется количеством тепла, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1 см2 за 1 мин. Чем больше теплопроводность, тем труднее нагреть кромки свариваемой детали до нужной температуры.


Температура плавлениятемпература, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. У стали, например, температура плавления гораздо более высокая, чем у олова.


Чистые металлы плавятся при одной постоянной температуре, а сплавы — в интервале температур.


Механические свойства.


К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, вязкость.
Эти свойства обычно являются решающими показателями, по которым судят о пригодности металла к различным условиям работы.


Прочность способность металла сопротивляться разрушению при действии на него нагрузки.


Твердостьспособность металла сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела. Если ударить молотком по кернеру, поставленному на стальную пластинку, образуется небольшая лунка. Если то же самое сделать с пластинкой из меди, лунка будет больше. Это свидетельствует о том, что сталь тверже меди.


Упругостьсвойство металла восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Высокой упругостью должна обладать, например, рессоры и пружины, поэтому они изготовляются из специальных сплавов. Попробуйте одновременно растянуть и отпустить пружины из стальной и медной проволоки. Вы увидите, что первая вновь сожмется, а вторая останется в том же положении. Значит, сталь более упругий материал, чем медь.


Пластичностьспособность металла изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения действия сил. Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.


Вязкостьспособность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Например, если наносить удары по чугунной плите, она разрушится. Чугун — хрупкий металл. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Свойства черных и цветных металлов

Параметры урока Содержание параметров
Программа, учебник. Образовательная система “Школа России”

Программа “Технология” (В.Д. Симоненко)

Тема урока “Свойства чёрных и цветных металлов”
Место урока в системе уроков Урок 29 в разделе “Технология обработки металлов”.
Тип урока Комбинированный
Цель и задачи урока Цель: ознакомить учащихся с основными механическими и технологическими свойствами металлов и сплавов.

Задачи:

  • Образовательная: расширение представлений учащихся о металлах и сплавах.
  • Воспитательная: привитие качеств аккуратности и собранности.
  • Развивающая: развитие у школьников умения выделять главное, анализировать, делать выводы, применять имеющие знания на практике.
Ресурсы урока - компьютер;

- экран;

- мультимедийный видеопроектор;

- презентация;

- видеоролики;

-кроссворд;

-индивидуальные таблицы: “Свойства металлов и сплавов”, “Механические и технологические свойства металлов”;

-медная и стальная пластины;

-кернер;

- молоток;

-металлическая линейка;

-2 опоры;

- груз;

- индивидуальные напильники;

- индивидуальные верстаки;

-образцы металлов для практической работы.

Структура урока I этап. Вводная часть.

1.Организационный момент.

2.Актуализация знаний.

II этап. Формирование новых знаний.

III этап. Практическая часть.

1. Представление проекта.

2 Закрепление знаний.

3. Обработка резанием.

IV этап. Рефлексия учебной деятельности.

Ход урока

Вводная часть.

1. Организационный момент.

В глубокой древности люди познакомились с железом, которое содержалось в метеоритах. Египтяне называли этот металл небесным, а греки и жители Северного Кавказа – звёздным. Метеоритное железо вначале ценилось гораздо выше золота. Железные украшения носили в то время самые знатные и богатые люди (Слайд 1).

2. Актуализация знаний.

Ребята, вспомните из курса 5 класса, в чём отличие металла от древесины?

Приведите примеры изделий из металла?

Можно ли в современной жизни обойтись без изделий из металла?

А для чего нужны металлические изделия?

Формирование новых знаний.

С развитием металлургической промышленности значительно возрос объем металлических изделий: возводят металлические каркасы промышленных и гражданских зданий, мосты, изготавливают арматуру, а также различные предметы, необходимые в домашнем хозяйстве: посуду, украшения, заклепки, болты, гайки и многое другое. Но металлы, ребята, используют не в чистом виде, а в виде сплавов, так как сплавы обладают лучшими свойствами в отличие от металлов. Сплавы получают путем смешивания в расплавленном состоянии двух или нескольких металлов в точно определенном соотношении.

Все металлы и сплавы делятся на 2 основные группы: чёрные и цветные (Слайд 2)

Ребята, как вы думаете какая тема нашего урока?

Мы будем говорить не просто о металлах и сплавах, а о свойствах чёрных и цветных металлов и сплавов.

Правильный выбор подходящего для изделия металла или сплава можно сделать, зная его свойства. Обратите внимание на таблицу №1 (См. приложение 1).

Все свойства металлов и сплавов делятся на четыре большие группы. Назовите их.

Видите как много свойств, но мы будем говорить о некоторых механических и технологических свойствах (Слайд 3).

Положите перед собой таблицу №2 (См. приложение 2).

Внимательно посмотрите и перечислите механические свойства.

А теперь, ребята, некоторые свойства мы с вами проверим.

Прочность - способность металла или сплава воспринимать действующие нагрузки, не разрушаясь.

Например, если сделанные нами санки не разрушаются, то они прочные.

Твердость

- свойства материала сопротивляться внедрению в него другого более твёрдого материала.

Для демонстрации свойства, я сделаю углубления в металлической и медной пластине одинаковым ударом, глубина углубления в медной пластине, как видите, будет больше. Это говорит о том, что сталь твёрже меди. Это свойство применяют при изготовлении инструмента. Например, сверлом сверлят металл, напильником срезают определённый слой металла.

Упругость

- свойство металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия на них внешних сил.

Если положить на две опоры металлическую линейку и в центре её поместить груз, то она прогнётся, а после снятия груза – примет первоначальное положение. Я продемонстрировал: материал, из которого сделана линейка, обладает упругостью. Это свойство металла нашло применение при изготовлении пружин, рессор.

Пластичность

– свойство металла или сплава изменять форму под действием внешних сил, не разрушаясь.

Например, если мы изогнём проволоку, и она у нас не разрушится, то выясним, что материал, из которого она сделана пластичный. Это свойство применяется при изготовлении проводов, проволоки и т.д.

Ребята, давайте вновь обратимся к таблице №2.

Какие свойства металлов и сплавов относятся к технологическим? (Слайд 3)

Ковкость - свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара. Это свойство металла использовалось с давних времён. На уроках истории вы изучаете события, происходившие в средние века. Каким был в то время основной вид транспорта?

Коней использовали и в качестве рабочей силы, и в качестве средства передвижения. Чтобы их копыта не стирались, их подковывали. Ковали оружие, орудия труда и предметы быта. Эти работы выполняли кузнецы. Свойство ковкости металла применяется и в современной жизни. Вот такие красивые и оригинальные работы выполняют современные мастера(Слайд 4)

Жидкотекучесть - это свойство металла в расплавленном состоянии хорошо заполнять литейную форму.

Свариваемость

- это свойство металла соединяться в пластичном или расплавленном состоянии. (Демонстрация видеоролика)

Обрабатываемость резанием

- это свойство металла или сплава подвергаться обработке резанием различными инструментами (Демонстрация видеоролика)

Практическая часть

1. Представление проекта

Трое учеников нашего класса работали над реализацией проекта “Совок для мусора”. Миша представит нам этот проект. Ваша задача – подумать, опираясь на таблицу№2: Какими свойствами обладает материал, из которого сделан совок. (Выступление ученика с проектом)

Итак, какими свойствами обладает изделие?

2. Закрепление знаний.

Распределитесь на 3 группы и разгадайте кроссворд (См. приложение 3). Назовите ключевое слово по вертикали.

3. Обработка резанием.

Одно из свойств металлов - Обрабатываемость резанием мы проверим на практике. Но, сначала вспомним правила техники безопасности.

Ребята, перед вами два образца: из стали и меди. Попробуйте их обработать резанием. Сначала образец №1, а затем – образец №2.

Рефлексия учебной деятельности.

1.Обобщение

Сделайте вывод об обрабатываемости каждого образца.

Какое свойство вы проверили на практике?

Какими ещё свойствами обладают чёрные и цветные металлы и сплавы?

2.Домашнее задание. О свойствах, применении металлов и сплавов вы прочитаете самостоятельно в опорных конспектах и заполните таблицу в рабочих листах (См. приложение 4, 5).

3. Оценка практической работы учащихся.


Приложение 1

Таблица № 1.СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Физические Механические Химические Технологические
блеск прочность коррозийная стойкость ковкость
плотность твёрдость окисляемость жидкотекучесть
электропроводность упругость растворимость обрабатываемость резанием
температура плавления пластичность   свариваемость
намагничиваемость      

Приложение 2

Таблица №2. СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства Технологические свойства
1. Прочность
2. Твердость
3. Упругость
4. Пластичность
1. Ковкость.
2. Жидкотекучесть.
3. Обрабатываемость резанием.
4. Свариваемость.

Приложение 3

Кроссворд

По вертикали:

1.Свойство металла или сплава получать новую форму под действием удара.

3. Свойство сопротивляться внедрению в него другого более твёрдого материала

4. Способность металла соединяться в пластичном или расплавленном состоянии.

5. Свойство металла или сплава изменять форму под действием внешних сил, не разрушаясь.

6.Свойство металла восстанавливать форму после снятия нагрузки.

По горизонтали:

2. Сплав железа с углеродом.

Приложение 4

Опорный конспект по теме “Металлы и сплавы”

Задание. Прочитайте и заполните таблицу рабочего листа.

Сталь– сплав железа с содержанием углерода менее 2 % (прочность, пластичность).

Чугун –  сплав железа с содержанием углерода от 2 % до 4% (хрупкость, жидкотекучесть). Применяется для отлива станков, радиаторов отопления и других целей. Наиболее распространёнными являются цветные металлы:

Медь – металл красного цвета. Обладает такими свойствами:

- пластичный;

- хорошо проводит электрический ток;

- легко поддаётся обработке;

- устойчив к коррозии.

Применяется медь для изготовления проводов и других электротехнических изделий.

Алюминий – лёгкий металл серебристого цвета; его свойства:- устойчив к коррозии;

- легко обрабатывается.

Изделия в конструкциях из алюминиевых сплавов при ударе не дают искр, обладают антимагнитностью, огне- и сейсмоустойчивостью. Они экономичны по профилю, имеют также хороший внешний вид и не требуют дополнительной отделки лицевой поверхности, легко обрабатывается резанием.

Алюминиевые сплавы применяют в ограждающих и несущих конструкциях для окон, дверей, солнцезащитных устройств.

Алюминий широко применяется в авиации, электротехнике, строительстве, быту и других видах деятельности человека.

Наиболее распространёнными сплавами цветных металлов являются:

Латунь – сплав меди с цинком (жёлтого цвета), отличающаяся:

- высокой пластичностью;

- твёрдостью;

- коррозийной стойкостью.

Применяется латунь для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности.

Бронза – сплав меди с различными химическими элементами, главным образом со свинцом. Алюминием. Оловом и др.. желто-красного цвета. Имеет следующие свойства:

- высокая прочность;

- твёрдость;

- коррозийная стойкость;

- хорошо обрабатывается резанием.

Применяется бронза для изготовления водопроводных кранов. В электротехнике, при отливе художественных произведений и др.

Дюралюминий – сплав алюминия с медью, магнием, цинком и др. серебристого цвета. Обладает такими способностями:

- хорошо обрабатывается;

- коррозийная стойкость.

Применяется дюралюминий в авиации, машиностроении, строительстве и др.

Приложение 5

Рабочий лист по теме “Металлы и сплавы”

Ф.И.____________________________________

Название металла или сплава Цвет Состав Свойства Применение
         
         
         
         
         
         
         

Спектрометры для анализа металлов и сплавов

Черная металлургия

Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F

Черная металлургия включает производство чугуна (доменное производство) и, на его основе, производство простых, низко- и высоколегированных сталей и ферросплавов. В доменном производстве основными анализируемыми материалами являются железный концентрат, кокс и флюсы (входной контроль). Кроме Fe в концентрате, как и во флюсах, определяются Mg, Al, Si, Ca. В коксе наиболее важна вредная примесь – сера. Как правило, анализируются порошковые пробы. На выходе доменного процесса анализируется чугун на Mn, Cr, Ni, Ti, Si, S, P и углерод, который определяют методом сжигания. С целью контроля процесса выполняется также анализ шлаков на Mg, Al, Si, Ca, Fe.

Переработка концентратов марганцевых и хромовых руд производится на ферросплавы (ферромарганец и феррохром) используемые для легирования сталей., в которых контролируется содержание основных компонент и примесей Si, Ti и S. Другие химические элементы, используемые для легирования сталей, обычно также используются в виде соответствующих ферросплавов, состав которых строго контролируется для обеспечения состава шихты, соответствующей выплавляемой марке стали.

Поскольку при выплавке легированных сталей происходит выгорание отдельных элементов и переход их в шлак, с целью корректировки состава плавки составу требуемой марки необходимо выполнять анализ по ходу плавки. Единственным методом, обеспечивающим достаточную экспрессность и точность анализа сталей по ходу плавки, является РФА. В зависимости от выплавляемой марки, определяются легирующие добавки, к которым могут относиться Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Nb, Mo и W, вводимые обычно в виде ферросплавов или вторичного сырья. Содержания этих элементов для различных марок сталей может меняться от n×10-1 до 20 – 30%. Проба расплавленного металла отбирается в охлаждаемый водой медный кокиль, после застывания разрезается, шлифуется и по пневмопочте поступает в лабораторию. Весь процесс, включая анализ, занимает менее 10 минут. Если стандартные образцы (СО) всех выплавляемых марок на производстве имеются, для расчета концентраций возможно использование любой методики (при отсутствии нужных СО можно применить способы теоретических поправок или фундаментальных параметров). После выплавки для контроля качества готовой продукции выполняется маркировочный анализ, результаты которого вместе с готовым продуктом передаются потребителю. Методы РФА сталей изложены в различных нормативных документах. Часть из них приведена ниже:

  1. ГОСТ 28033-89. Сталь. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.
  2. ASTME1085-09. Стандартный метод анализа низколегированной стали с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
  3. ASTM E572. - 02a(2006)e2. Стандартный метод анализа нержавеющей и легированной стали с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии
  4. ISO 17054:2010. Рутинный метод анализа высоколегированной стали посредством рентгеновской флуоресцентной спектрометрии c использованием методики поправок.
Многофункциональные рентгеновские дифрактометры  ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8

Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 успешно применяются для качественного и количественного анализа фазового состава цветных и черных металлов и сплавов, в том числе для определения остаточного аустенита в высокоуглеродистых сталях; для контроля отходов (шлаков) металлургического производства; для исследования текстур в металлопрокате и для анализа остаточных напряжений в металлоконструкциях.

Цветная металлургия

Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F

В цветной металлургии результатом металлургического процесса могут быть как чистые металлы, так и соответствующие ферросплавы или окислы и некоторые соединения металлов. Как правило, наиболее распространены сульфидные руды цветных металлов (Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Mo), и для выплавки металлов используются предварительно разделенные флотацией индивидуальные сульфидные концентраты. Первым этапом переработки сульфидных концентратов является окислительный обжиг с флюсами в отражательных печах, при этом сульфиды металлов переходят в соответствующие окислы. Результаты обжига контролируются анализом. Дальнейший восстановительный обжиг позволяет получить черновые металлы - Co, Ni, Cu, Zn, и Pb, которые очищаются электролизом. Этот метод позволяет отделить благородные металлы, часто присутствующие в заметных количествах в полиметаллических рудах.

Для металлов, используемых для легирования сталей, используется восстановительный обжиг с чугуном или железным концентратом и коксом, ведущий к образованию соответствующих ферросплавов.(Ni, Mo, W). Редкие металлы Mo и W перерабатываются на окислы MoO3 и WO3, используемые после очистки для получения затем чистых металлов или их соединений.

Как и при производстве черных металлов, при выплавке цветных металлов анализируются флюсы и шлаки, в которых, кроме выплавляемых металлов, дополнительно определяют Mg, Al, Si и Ca.

Сложные процессы производства цветных и редких металлов из концентратов полиметаллических руд связаны с многократными анализами начальных, промежуточных и конечных продуктов не только на основные металлы, но и на многочисленные примеси, охватывающими почти всю таблицу Менделеева, начина от Al, Si, S и P до платиновых металлов, Au и Bi.

На отдельных этапах производства легких металлов (Mg, Al, Ti), например, для контроля содержания основных компонент и примесей в рудах и концентратах этих металлов (карналлите, боксите и ильмените) так же возможно и целесообразно использование БРА-135.

Среди сплавов цветных металлов наибольшее применение имеют сплавы на основе меди (латуни и бронзы) и алюминиевые сплавы. В состав сплавов на основе меди могут входить, кроме меди, Zn, Ni, Fe, Mn, Sn, Pb, Bi, Si, P, Sb, Al, Be. Из всех этих металлов только Be.в бериллиевых бронзах не определяется методом РФА.

Методы РФА сплавов на основе меди (бронз и латуней) изложены в в различных нормативных документах. Часть из них приведена ниже:

  1. ГОСТ 30609-98 Латуни литейные. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.
  2. ГОСТ 20068.4-88. Бронзы безоловянные. Метод рентгеноспектрального флуоресцентного определения алюминия
  3. ГОСТ 30608-98. Бронзы оловянные. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.

В состав алюминиевых сплавов могут входить Mg, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Zr, Sn, Pb.

Следует отметить, однако, что в сплавах цветных металлов, часто содержащих свинец, способ фундаментальных параметров может иметь существенные погрешности из-за микроабсорбционной неоднородности (свинец плохо растворим в меди и алюминии, образуя отдельные включения). В связи с размазыванием мягкого свинца по поверхности при подготовке проб сплавов цветных металлов используется не шлифовка, а токарная обработка.

РФА является также одним из основных методов анализа сплавов редких металлов, в состав которых могут входить Al, Ti, V, Co, Ni, Zr, Nb, Mo, Nb W, Re и ряд примесей. Методы РФА сплавов редких металлов изложены в нормативных документах:

  1. ГОСТ 28817-90. Сплавы твёрдые спеченные. Рентгенофлуоресцентный метод определения металлов.
  2. ГОСТ 25278.15-87. Сплавы и лигатуры редких металлов. Рентгенофлуоресцентный метод определения циркония, молибдена, вольфрама и тантала в сплавах на основе ниобия.
  3. ASTM B890 - 07(2012). Стандартный метод определения металлических компонентов сплавов вольфрама и твёрдых сплавов вольфрама с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.
  4. ASTME539-07. Стандартный метод проведения рентгенофлуоресцентного анализа алюмованадиевых сплавов титана.
  5. ASTM E2465-06. Стандартный метод анализа сплавов на никелевой основе с помощью рентгенофлуоресцентной спектрометрии.

Как и в случае сталей, для сплавов цветных металлов выполняется РФА по ходу плавки, маркировочный анализ готового продукта и входной контроль с использованием различных аналитических методик.

Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7(М) и ДРОН-8

Рентгеновские дифрактометры ДРОН-7М и ДРОН-8 успешно применяются для качественного и количественного анализа фазового состава цветных и черных металлов и сплавов, в том числе для определения остаточного аустенита в высокоуглеродистых сталях; для контроля отходов (шлаков) металлургического производства; для исследования текстур в металлопрокате и для анализа остаточных напряжений в металлоконструкциях.

Ювелирные сплавы.

Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F

Применение РФА для анализа ювелирных сплавов и изделия из них на энергодисперсионном рентгеновском спектрометре Shimadzu, аналогичном БРА-135, описано в Application Note сайта фирмы. Определялись Co, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au. Содержания благородных металлов в исследованных изделиях составляли от 7 до 85%. Измерения выполнялись с циркониевым фильтром при коллимации первичного излучения 1 мм. Погрешность анализа составляла от 0.7 до 0.25%. В работе А.В.Фесенко и Н.Г.Миловзорова [Рос. хим. ж., 2002, т. XLVI, №4, с.81-87.] сопоставлены возможности существующих методов анализа сплавов золота, включая РФА. Общие требования к анализу благородных металлов и их сплавов изложены в стандарте [ГОСТ Р 52599-2006. Драгоценные металлы и их сплавы. Общие требования к методам анализа].

Машиностроение

Универсальный рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр БРА-135F

Первым и одним из наиболее важных этапов применения РФА является входной контроль всех поступающих на машиностроительное предприятие металлов и сплавов. К сожалению, этим этапом часто пренебрегают, полагаясь на сопроводительную документацию предприятия-поставщика. При этом изредка встречающиеся ошибки выясняются только при отказах готовых изделий, что приводит к существенным убыткам. Типичным примером этого является поставка Ленинградскому механическому заводу в 1979 г. труб из углеродистой стали, без входного контроля использованных для изготовления роликов эскалаторов, вместо труб из хромистой стали. Ошибка выяснилась только тогда, когда были проанализированы несколько треснувших роликов.

Аналогичные случаи имели место даже в аэрокосмической промышленности США и СССР.

Входной контроль сплавов может быть выполнен с помощью РФА аналогично маркировочному анализу поставщика, или, поскольку образцы всех используемых на предприятии сплавов имеются, с помощью разработанной в НПП ”Буревестник” программы ИДЕНТИФИКАЦИЯ-W. Более сложен случай, когда деталь сомнительного состава уже включена в состав готового изделия.

Иногда для контроля состава такой детали можно использовать ручные портативные РФ спектрометры на основе ППД, однако более универсальным методом является обработка детали шлифовальной шкуркой. Следы сплава, оставшиеся на шкурке, можно сопоставить со шкуркой, которой обработан образец требуемой марки сплава с помощью спектрометра БРА-135 и программы ИДЕНТИФИКАЦИЯ-W.

Другой важной задачей, решаемой энергодисперсионными рентгеновскими спектрометрами в машиностроении, является контроль толщины и состава покрытий. Некоторые нормативные документы по этой тематике приведены ниже:

  1. ASTM B568-98(2009). Стандартный метод измерения толщины покрытия рентгеновской спектрометрией.
  2. ISO 3497:2000 Покрытия металлические. Измерение толщины покрытия. Спектрометрические рентгеновские методы.
  3. JIS H 8501-1999 Методы испытания толщины металлических покрытий.

В зависимости от состава покрытия и подложки, контроль толщины покрытий может быть выполнен в пределах от десятых и сотых долей микрона до десятков микрон. Экспериментальный образец рентгеновского энергодисперсионного толщиномера золотых покрытий был изготовлен в НПП еще 1974 г. и опробован на золотых покрытиях одного из часовых заводов. Выяснилось, что в ряде случаев толщина покрытий доходила до 4 мкм вместо 10 мкм по ТУ.

Многофункциональные рентгеновские дифрактометры ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8

При производстве турбинных лопаток для авиадвигателей во всем мире широкое применение получил метод направленной кристаллизации на затравках, позволяющий получать бездефектные монокристаллические лопатки из жаропрочных сплавов. Для анализа ориентации затравок и выращенных лопаток с успехом применяется рентгенодифракционный метод, реализуемый на дифрактометрах ДРОН-7, ДРОН-7М и ДРОН-8 при работе в режиме разбраковщика.

Этот же метод можно применять для контроля ориентации монокристаллических отливок в машиностроительном производстве.

Большое распространение в машиностроении также получил рентгенодифракционный метод анализа остаточных напряжений в различных деталях машин и механизмов.

Сплавы драгоценный металлов различных цветов. Перспективы изготовления ювелирных изделий из цветных сплавов.

Введение

Золото является уникальным ювелирным драгоценным металлом. У него теплый и глубокий желтый цвет. Оно также уникально тем, что, в отличие от других драгоценных металлов, из него можно получить сплавы в диапазоне цветов от красного до розового или пурпурного, нескольких оттенков желтого и даже зеленого цвета, а также получить сплав белого цвета просто путем изменения количества и соотношения легирующих металлов.

Менее известно, но для нас гораздо интереснее то, что также возможно выпускать золотые украшения необычных цветов, таких как фиолетовый, черный, коричневый и синий. Золотые украшения с такими цветовыми эффектами становятся все более коммерчески доступными и все более популярными. Кроме того, стало возможно получать интересные цвета ювелирных изделий из платины и палладия.

Некоторые из этих экзотических цветов получаются путем сплавления золота с другими металлами с образованием специальных структур сплава - интерметаллических соединений. Остальные цвета получаются путем образования оксидов или патины на поверхности ювелирных изделий с помощью химических или термических обработок, подобных тем, которые используются для цветного тонирования бронзовых скульптур, или путем нанесения на поверхность тонкого слоя других материалов.

Все вышеуказанное можно использовать и для работы с тремя другими драгоценными металлами: серебром, палладием и платиной, но до сих пор это не нашло коммерческого интереса.

Ранее опубликованные статьи Rapson [3] и C. Cretu и E van der Lingen [4] были сосредоточены исключительно на золоте и в обзорной статье C. W. Corti [5,6]. Кроме того, некоторые из возможных методов получения золота черного цвета были рассмотрены Faccenda [7].

В этой статье основное внимание уделено золоту, но я буду делать ссылки на некоторые специальные цвета, которые могут быть получены для других драгоценных металлов, а также обозначены другие возможные подходы к расширению диапазона цветов ювелирных изделий, которые могут возникнуть в будущем.

Цветные сплавы: интерметаллические соединения

Многие металлы, в том числе золото и платина, при легировании некоторыми другими металлами в определенном соотношении могут образовывать интерметаллические соединения привлекательных цветов. Проще говоря, они аналогичны химическим соединениям, где различные химические атомы элементов соединяются в эквивалентных количествах, образуя химические соединения, например, как хлорид натрия - NaCl.

Многие металлы, в том числе золото и платина, при легировании некоторыми другими металлами в определенном соотношении могут образовывать интерметаллические соединения привлекательных цветов. Проще говоря, они аналогичны химическим соединениям, где различные химические атомы элементов соединяются в эквивалентных количествах, образуя химические соединения, например, как хлорид натрия - NaCl. В случае золота мы знакомы c образованием упорядоченных интерметаллидов, АuСu и АuСu3, придающих сплаву твердость, но они не изменяют цвет сплава. Эти соединения образуются в атомных соотношениях золото : медь 1: 1 и 1: 3, соответственно, т.е. 50 ат.% золота : 50 ат.% меди и 25 ат.% золота : 75 ат.% меди.

В некоторых бинарных системах интерметаллические соединения образуются при строго определенных соотношениях, а в других это может происходить в узком диапазоне составов. Первые обычно подчиняются закону эквивалентности, в то время как последние известны в качестве электронных соединений. В общем, интерметаллические соединения термодинамически очень стабильны. Однако, как правило, это очень твердая и хрупкая фаза. Так как они не пластичны, то из них невозможно получить сложные формы с помощью обычных производственных операций, применяемых в ювелирном деле. Поэтому их использование при изготовлении ювелирных изделий является непростым делом.

Цветные интерметаллиды золота

Есть три золотые интерметаллические фазы, которые, как известно, имеют привлекательные цвета, отвечающие формуле AuX2, где Х представляет собой легирующий металл. Из них наиболее известным является золотое соединение с алюминием, AuAl2 интенсивного пурпурного или фиолетового цвета. Оно известно как «пурпурноe золото» или «аметистовое золото». Впервые было запатентовано 1930 году Degussa [8,9].

Пурпурный интерметаллид AuAl2, (более строго описывающийся [10] как Au6Al11) образуется при содержании золота 32,9 - 33,9 ат.%, т.е. около 79 вес.% золота и 21 вес.% вес алюминия [11]. Таким образом, теоретически это 18-каратное золото. Интересно, что его можно получить соединением золотой проволоки с алюминиевом листом, используемым в электронной промышленности, под действием температуры свыше 250°С это приводит к совместному охрупчиванию и разрушению. В электронной промышленности это явление известно как «фиолетовая чума» и ее формирование нежелательно. Материал обладает высокой твердостью, до HV 334.

Два другие цветные интерметаллиды золота - это соединение золота с индием (46 вес.% золота) AuIn2, которое имеет чистый синий цвет [4,12[ и плавится при 544°С, и соединение золото-галлий (58,5 вес.% золота) AuGa2 голубоватого цвета [4,12[. Оба мягкие, твердость HV 2 также приводит к появлению синего цвета [9].

Кривые отражательной способности для этих трех пурпурных и голубых интерметаллидов показаны на рисунке 2 [12]. Для AuAl2, как и для чистого золота, существует сильная отражательная способность на красно-желтом конце спектра, но, в отличие от чистого золота, есть также сильный рост коэффициента отражения в сине-фиолетовой части спектра, что приводит к появлению красновато-фиолетового цвета. Для индиевых и галлиевых интерметаллидов падение в середине спектра менее заметно, в частности, для соединения галлия, а красный конец спектра обладает меньшей отражательной способностью, следовательно, это придает сплаву голубую окраску.

Для этих соединений также были измерены координаты цвета CIELAB [4,13] и нанесены на график на рисунке 3 [4].

Есть сведения о других цветных интерметаллидах золота: Марк Grimwade [14] отметил, что в старой немецкой литературе (до 1937) сообщается о золото-калиевой системе. Описано два окрашенных интерметаллида: Au4K (4,7% калия) оливково-зеленого цвета и Au2K (9% калия) фиолетового цвета, но они реагируют с воздухом и имеют игольчатую структуру. Кроме того, известен темно-зеленый интерматаллид золото-рубидий Au2Rb. Они вряд ли будут иметь практическое значение для ювелирной промышленности.

Использование в ювелирном производстве

Твердый сплав. Твердые кусочки пурпурного интерметаллида золота могут быть изготовлены с помощью вакуумной плавки золота и алюминия в правильном соотношении с последующим литьем. Как упоминалось ранее, этот материал является хрупким и разрушится, если ударить молотком или от падения на пол; его нельзя механически обрабатывать в традиционной манере. Минтек в Южной Африке продемонстрировали использование фиолетового золота в виде граненого псевдо драгоценного камня, изготовленного фрезерованием [4] и вставленного в обычное каратного золота ювелирное изделие.

Японский патент [15] предлагает добавлять 7-30% порошков кобальта, никеля или палладия к порошковому золоту и алюминию, их прессуют и спекают, вероятно, для получения двухфазных микроструктур. Утверждают, что получается фиолетовое золото с удовлетворительной обрабатываемостью. Аналогичный патент был выдан Сингапурскому политехническому институту в 2000 г. [16]. Фиолетовые золотые украшения, сделанные в соответствии с этим патентом компанией Aspial Corporation, Сингапур (www.purplegold.com), поступили на рынок. Новый японский патент [17] предлагает декоративные фиолетовые сплавы золота, содержащие 70-85% золота (остальное алюминий). Сплав получают вакуумной плавки и распыляют порошок. Затем порошок прессуют в форме и спекают электрическим разрядом.

Другой подход заключается в связывании покрытой алюминием золотой проволоки с покрытой золотом алюминиевой проволоки и сплющивании их вместе в композитный материал. Затем его подвергают диффузионной термической обработке в восстановительной атмосфере при 450-700°С. Таким образом получается волокнистая проволока из пурпурного золота с двухфазной структурой, упругая и гибкая [20]. В другом японском патенте [19] на золотые изделия фиолетового цвета металл содержит частицы AuAl2, встроенные в обычную золотую матрицу золото-серебряно-медного сплава.

Снижение хрупкости. Некоторые из этих патентов косвенно выражают тот факт, что можно уменьшить степень хрупкости и получить некоторую степень обрабатываемости пурпурных интерметаллических материалов золота, которые содержат вторую, ковкую фазу, т.е. нестехиометрические соединения. Другой подход [20],когда хрупкость AuAl2 может быть преодолена путем получения материала с очень мелким размером зерна - ниже 50 мкм, что может быть достигнуто путем горячей обработки или закалкой. В этом патенте [20] сделано конкретное упоминание о композиции: золото 34 ат. % - алюминий 66 ат. % и о тройном сплаве: золото 31 ат. % - медь 3 ат. % - алюминий 66 ат. %. Как влияет медь на цвет композиции не указано (но см. ниже в разделе о новых цветах интерметаллидов).

Недавно Fischer-Bühner и др . [21] исследовали характер разрушения пурпурного и синего интерметаллидов золота (с галлием) путем дополнительного легирования. Таким простым и оригинальным методом оценки поведения трещины они продемонстрировали, что улучшенное сопротивление трещинам может быть достигнуто за счет микролегирования голубых интерметаллидов золото-галлий, но природа микролегирования в работе не выявлена. Легирование палладием пурпурного золота с 2 и 4 вес. % палладия дало некоторое улучшение, но за счет снижения интенсивности цвета. Когда эти палладийсодержащие материалы были также микролегированы, то пластичность еще повысилась. Предполагается, что эти сплавы с улучшенным сопротивлением к растрескиванию содержат, по крайней мере, две фазы в микроструктуре, как при обычном микролегировании золота [22] и, следовательно, показывают улучшенное сопротивление растрескиванию. Другие недавние работы Wongpreedee [23] показали, что легирование фиолетовых золотых интерметаллидов кремнием и кобальтом приводит к измельчению зерна после быстрого охлаждения до 5 мкм по сравнению с 280 мкм у традиционного фиолетового интерметаллида золото-алюминий, в результате чего в материале проявляется улучшение сопротивления к растрескиванию.

Покрытия. Получение фиолетового золота можно осуществить путем нанесения алюминиевого слоя на золотую поверхность и далее проведением диффузионного нагревания [18]. Интерметаллические материалы золота могут быть получены путем нанесения их на подложку из обычного каратного золота способом термического напыления в газовой струе. Для получения фиолетового золота используют расплавленный порошок сплава золото-алюминий, либо порошок золота и алюминия [24]. Расплавленные частицы сплава прилипают к поверхности подложки с образованием декоративного пурпурного золотого покрытия. Вакуумное напыление (PVD) с испарением и напылением золота и алюминия также может быть использовано для получения пурпурных золотых покрытий. Ювелирные изделия с такими пурпурными покрытиями уже производятся.

В работе Klotz [25] рассмотрел нанесение пурпурных и голубых интерметаллидов на подложки из каратного золота, серебра и платины 950 с помощью различных технологий нанесения покрытий, в том числе: гальванических, лазерной обработки, плакирования, а также путем погружения в жидкий галлий. Как он отмечает, эти интерметаллиды являются хрупкими и имеют низкую стойкость к коррозии. Гальванические покрытия наносили чередующимися слоями золота и индия в правильном соотношении толщины на каратное золото и серебро с последующим диффузионным отжигом. На поверхности толщиной до 50 микрон был получен синий интерметаллический слой при условии соблюдения разумного времени отжига. Для покрытия на подложке из серебра, было рекомендовано применять подслой либо родия, либо никеля.

Предварительные испытания с использованием лазерной или газовой горелки для расплавления пурпурного или синего золото (в виде прутка и порошка), чтобы сцепить с основой из каратного золота, не были очень успешными из-за реакции с металлом подложки. Пурпурное золото имеет высокую температуру плавления, 1060°C, что приводит к сильному взаимодействию с подложкой и последующему разрушению геометрии элемента. Можно было использовать эту технику для синего золота, но только при условии тщательного контроля. Лазерное плавление голубого золота в пазы на поверхности платины 950 было достигнуто частично, поверхность получилась шероховатой и пористой. Опять же, существует взаимодействие с подложкой с образованием серых пятен в отдельных местах. Погружение каратного золота в жидкий галлий для получения голубого золота на поверхности, аналогично процессу цинкования стали, оказалось затруднительным из-за необходимости достижения высокой чистоты поверхности и небольшой смачиваемости золота галлием и поэтому оказалось нежизнеспособной методикой.

Литье. В своем исследовании Fischer-Bühner и др. [21] и их партнеры по проекту исследовали изготовление ювелирных изделий из цветного золота в виде интерметаллических соединений обычным литьем по выплавляемым моделям и литьем биметаллических ювелирных изделий.

Последний представляет собой двухстадийный процесс. Вначале делают отливку обычным способом. Затем на отливку в нужных частях наносят воск, помещают в форму, воск выжигают и заливают металл (окрашенный интерметаллид).

Эти исследования показали, что таким способом микролегирования синим галлиевым интерметаллидом, имеющим низкую температуру плавления (ликвидус - около 490°С), можно успешно отливать изделия из золота с хорошей заполняемостью форм и без образования трещин, но только некоторых изделий, определенной конструкции. Не все изделия получаются качественными при таком способе. На финишных операциях, при сильном нажиме, может возникнуть опасность образования трещин. Было отмечено, что на поверхности отливки иногда возникает темно-голубоватый оксид, но его легко можно удалить. Партнерская компания также показала, что иногда появляются шарообразные наплывы как на пурпурном, так и на синем (индиевом) интерметаллидах золота. Необходимо проводить вакуумное литье для предотвращения окисления и потери цвета.

Биметаллическое литье голубого галлиевого интерметаллида золота с 14-каратным желтым, а также с белым золотом оказалось проблематичным. Смешение золота происходит, но с окислением на границе раздела фаз. Немного больший успех был достигнут при сплавлении пурпурного палладиевого интерметаллида золота с (более высокой температурой плавления) с 14-каратным белым золотом. Литье пурпурного золотого интерметаллида (содержащего 4% Pd) и синего золота способом микролегирования с палладием 950 было успешным, с хорошей связью и стабильностью.

Интенсивность и стабильность цвета. Если пурпурный золотой сплав обогащен алюминием (свыше стехиометрического состава), то при отверждении образуются две фазы сплава: первая содержит дендриты AuAl2, вторая - твердый раствор алюминия. Пурпурный цвет разбавляется алюминием. Богатая золотом сторона, вторая фаза, состоит из бесцветного интерметаллида AuAl. Наличие второй фазы приведет к ухудшению интенсивности цвета, несмотря на снижение хрупкости. По словам Hori [26], пурпурный цвет сохраняется при содержании алюминия менее 15%. Тем не менее, работа Leach & Garner [13] показала, что пурпурный цвет быстро теряется, как только состав отклоняется от стехиометрического, что видно на рисунке 4. Fischer-Bühner отмечает, что добавление палладия свыше 4% в пурпурное золото сдвигает цвет от глубокого пурпурного в бледно пурпурный, что подтверждается количественными измерениями цвета в системе CIELAB Klotz [25]. Klotz отмечает, что добавки > 2% ряда металлов, таких как палладий, медь или серебро в пурпурное золото вызывает быстрое обесцвечивание.

Он также отмечает, что добавление платины (которая также образует цветные интерметаллиды с алюминием, галлием и индием) к синему индиевому золотому интермателлиду приводит к образованию смеси интерметаллических фаз и вызывает абрикосовый цвет (желто-розовый) за счет образования интерметаллида PtIn2. Осаждение этой фазы PtIn2 в голубом золоте AuIn2 приводит к измельчению зерна и снижению хрупкости.

Стабильность цвета интерметаллидов также имеет важное значение. Фиолетовое золото, как правило, становятся коричневым(тускнеет) из-за высокого выделения алюминия, как показали испытания, представленные в работе [25]. Добавление палладия к пурпурному золоту, как правило, снижает скорость высвобождения металлов. Синие золотые интерметаллиды также имеют тенденцию к высвобождению металла, в случае галлиевого синего золота, цвет быстро меняется на золотисто-коричневый из-за высокого содержания золота, остающегося в поверхностном слое. Тем не менее, не было отмечено никаких изменений цвета для индийсодержащего голубого золота. Klotz приходит к выводу, что прозрачные защитные покрытия, вероятно, необходимы для применения в производстве ювелирных изделий с тем, чтобы защитить их от потускнения и, следовательно, ухудшения цвета.

Как уже было отмечено ранее, производство фиолетовых ювелирных изделий из золота уже сейчас коммерчески доступно. Использование синих интерметаллических соединений золота в производстве коммерческих ювелирных изделий, представляется более ограниченным из-за их очень бледного голубого цвета и относительной мягкости (около 140 HV), поэтому они легко царапаются [25].

Интерметаллиды других драгоценных металлов

Вероятно, самым известным из интерметаллидов других драгоценных металлов является платиновое соединение алюминия, PtAl2 золотисто-желтого цвета, оно содержит 78 мас.% платины. Согласно Cahn [27], добавление некоторого количества меди смещает цвет в оранжево-розовый. Он сообщает, что обе формы были использованы для изготовления коммерческих ювелирных изделий компанией Минтек из Южной Африки. PtAl2 с медными добавками продавали как псевдо-драгоценный камень под торговой маркой «Platigem28». Изменяя соотношение платины, алюминия и меди при содержании платины в диапазону 58-80 вес.%, цвета варьируются от грязно-розового через нежно-оранжевый до богатого желтого ]29]. Лепешки могут быть получены путем плавления в инертной атмосфере, а затем их можно сформировать в виде кабошона или фасетированного псевдо-камня. Фасетирование также предполагает и некоторую полировку.

Как и золото, платина образует цветные интерметаллиды с галлием и индием: PtGa2 и PtIn2, также желтые (PtIn2 абрикосового цвета). Палладий образует окрашенное интерметаллическое соединение с индием, PdIn. Оно красное, но при избытке палладия цвет смещается в желтую область [27]. Это подтверждают Argarwal и Raykhtsaum [13], которые сообщают о том, что соединение палладий-индий, PdIn, имеет красноватый медно-желтый цвет и отклонения от стехиометрического состава приводят к быстрой потере цвета аналогично случаю для AuAl2, показанному на рисунке 4 (б). Добавление некоторого количества серебра к этому соединению ведет к проявлению более интенсивной желтой окраски (снижению красной составляющей цвета).

На сегодняшний день цветные интерметаллиды драгоценных металлов, в том числе и «Platigem», не нашли широкого коммерческого применения и нет никаких сообщений об исследованиях их технологических свойств. Несомненно то, что они будут внутренне хрупкими. Вполне возможно, что есть и другие цветные интерметаллиды драгоценных металлов, о которых пока не сообщается в литературе. Будет ли какой-либо из них иметь привлекательные яркие цвета, представляющие интерес для изготовления ювелирных изделий, пока этот вопрос остается открытым.

Окрашивание поверхности драгоценного металла: оксиды, патина и покрытия

Мы все видели бирюзовую патину меди на крышах зданий, коричнево-черную патину, покрывающую бронзовые скульптуры, потускнение серебра и медленное потемнение изделий из низкокаратного золота за счет образования сульфидов меди [30]. Все это примеры природных патин, т.е. цветных поверхностных слоев, возникающих в результате химической реакции металла с окружающей средой (коррозии). В некоторых случаях патину наносят сознательно для придания изделию определенного декоративного эффекта, в то время как потускнение серебра и золота считается вредным фактором, снижающим позитивное восприятие их внешнего вида.

Цветные патины можно создавать искусственно путем погружения объекта в различные химические вещества [31,32], литейные бронзы часто подвергаются такой обработке. Кроме того, можно искусственно генерировать слой оксида (или анодировать поверхность) на алюминиевых, титановых и ниобиевых ювелирных изделиях [33], которые либо имеют естественную окраску, либо проявляют эффект интерференции, либо могут быть окрашены путем введения красителей в анодированный слой.

Другие методы, такие как, например, гальваническое осаждение, также используются для окрашивания поверхностей ювелирных изделий из золота и других драгоценных металлов. Типичные цвета, доступные для коммерческого производства золотых украшений, включают в себя черный, серый, коричневый и синий. Существует растущий интерес к ювелирным изделиям перечисленных цветов, но следует подчеркнуть, что эти цвета возникают в тонком поверхностном слое, поэтому не стойки к царапинам и износу – под ними проявится драгоценный металл основы. Их использование допускается законами по маркировке и клеймению до тех пор, пока основной металл соответствует заявленной пробе.

Рассмотрим технологии получения цветных покрытий.

Черное - Серое золото

Как уже обсуждалось Faccenda [7], существует несколько подходов к получению черного поверхностного слоя на ювелирных изделиях из каратного золота:

  • Гальваническое осаждение «чёрных» металлов

  • Окисление сплавов с образованием устойчивых черных оксидов

  • Осаждение из паров аморфного углерода

  • К этому списку следует добавить:

  • Патинирование

Гальваника. Как правило, диапазон черных цветов на поверхности ювелирных изделий из каратного золота и других драгоценных металлов может быть достигнут путем нанесения гальванического покрытия называемым «черным родием» или «черным рутением». Это специальные ванны со специальными добавками для получения жесткого черного родия или рутения. На поверхности изделия образуется гальванический слой толщиной до 0,5 т мкм. После проведения техпроцесса нанесения покрытия необходима дополнительная обработка с тем, чтобы придать изделию цветовую стабильность и износостойкость. Цвета варьируются от серого до антрацитово- черного (глубокий черный цвет каменного угля). Значения твердости обычно варьируются от HV230 до HV310, твердость находится в обратной зависимости от количества черного в покрытии. Утверждают, что износостойкость получается хорошая. Подробная информация о процессе нанесения покрытия приведена в справочнике [7]. Можно наносить гальваническим способом покрытия черного золота, но они не остаются стабильными с течением времени. Тем не менее, запатентованная система нанесения черного золота в последнее время стала коммерчески доступна под торговым названием «Neropal34». Кроме того, черные и серые гальванические покрытия золотом из золото-никелевых ванн являются также коммерчески доступны [35].

Оксидирование. Отжиг обычного каратного золота на воздухе приведет к образованию слоя черного оксида меди, это физически нестабильный и непрочный слой. Поэтому были разработаны специальные сплавы золота для получения хороших, стабильных черных оксидных слоев. Многие из них содержат кобальт, который образует плотный черный оксид, когда золотой сплав подвергают окислительной обработке. Делается это на готовом изделии; черный оксид может быть впоследствии отшлифован и отполирован для получения качественной отделки. Утверждают, что сплавы золота с добавками никеля или железа также дают серо-черные оксиды.

Японский патент Tanaka KKK [36] предлагает использовать кобальтсодержащие сплавы, которые образуют блестящий черный слой оксида кобальта толщиной 0,1-10 мкм. Этот патент также применим к сплавам платины и серебра. В патенте США 5,139,739, Такаянаги и соавт. [37] представляет сплавы золота, которые содержат, по меньшей мере, один металл из группы: медь, железо, кобальт и титан, а также, возможно, один из платиноидов, серебро и никель. В приведенных примерах кобальт и железо являются основными дополнениями для 10,14 - 18 каратного золота, каждый из которых содержится, как правило, в пределах 5-20%. Окисление проводят на воздухе при температуре 700-950°С в течение около 20-60 минут. Некоторые коммерческие японские ювелирные изделия, сделанные по этому патенту, показаны на рисунке 5.

Повышенная износостойкость черного золота может быть получена для кобальтсодержащего 18 каратного золота, содержащего добавки хрома [38] и с последующим использованием электролитической закалки. Добавление хрома приводит к образованию более тонких слоев оксида, состоящих в основном из оксида хрома, Cr2O3, который придает слою оливково-зеленый оттенок. Оксид на 18 каратном золоте, содержащем 15% кобальта и 10% хрома имеет более высокую износостойкость, чем на 18 каратном золоте с 25% кобальта [4].

Осаждение паров аморфного углерода (CVD) плазменным способом. Этот способ обсуждается в работе Faccenda [7]. Процесс протекает при 200-400°С, в результате получается жесткое черное покрытие толщиной 1,0 - 1,5 мкм с хорошей стойкостью к износу. Далее покрытие покрывают китайским лаком. Твердость этого слоя очень высока, около HV 1800 - HV2000. Процесс может быть применен к золоту и другим ювелирным металлам. Испытания по износостойкости показали, что это покрытие более прочное, чем гальваническое покрытие черным рутением.

Патинирование. Обработка химическими веществами, содержащими соединения кислорода и серы, приводит к образованию черного или другого цвета слоя на поверхности каратного золота вследствие реакции их с медью в сплаве [31]. Самый старый метод состоит в погружении детали в неочищенный раствор соли сульфида калия, известный как «серная печень». Используются и другие жидкие сульфиды и полисульфиды, предпочтительно в разбавленном виде: в этом случае осадок образуется медленней, но он более плотный и прочный. Untracht [31] предлагает погружать золото в горячий раствор для получения черного цвета или использовать добавку аммиака (гидроксида аммония) при комнатной температуре. Погружение в сульфидные растворы бария даст голубовато-черную окраску.

Коричневое золото

В последние годы на рынке стали модными ювелирные изделия из шоколадно-коричневого золота. Как и для черного золота, эта расцветка достигается нанесением поверхностного слоя. Используемый метод не разглашается, но, вероятно, это коричневый нитрид циркония, нанесенный вакуумным напылением (PVD) [39]. Другой метод обсуждается в работе Untracht [31], это патинирование «серной печенью».

Получение оксидов требуемых цветов может быть достигнуто на специальных сплавах золота. Коричневые оксиды могут быть получены добавками металлов, таких как железо, марганец, никель и медь. Содержащие эти металлы каратные сплавы золота при окислении их в контролируемых условиях дают коричневые оксиды на поверхности изделий. Яркие коричневые цвета, полученные таким способом, как утверждается в японском патенте [40], достигаются для золото-серебряных сплавов (

Синее золото

Синие покрытия могут быть получены путем окисления золотых сплавов, содержащих специальные добавки. Изделия такого цвета были выпущены в 1988 году VA Blue Gold SA of Switzerland [41] на основе патента Muller [42]. Изделия из каратного золота (18-23 карат), содержащих железо и немного никеля окисляют при температуре 450 - 600°C в течение 10-12 минут. Для 18-каратного сплава, содержащего 24,4% железа и 0,6% никеля, получается сине-зеленый цвет оксидов, в то время как 20-каратное золото, содержащее 14,4% железа и 0,6% никеля, дает хороший синий цвет.

Kretchmer [42] также разработал синие покрытия золотых ювелирных изделий. Покрытие становится синим за счет оптического эффекта интерференции на оксидной пленке. Разработаны также золотые сплавы, содержащие 25% мышьяка или железа, для получения синего цвета. Friso и др. [43] недавно указали, что сплав из 75% золота, 23% железа и 2% меди образует синий цвет при окислении при температуре 400 - 500°C. Если к этому сплаву добавить 2% хрома, интенсивный красновато-фиолетовый цвет может быть получен при низких температурах окисления.

В последние годы ювелирная компания Jarretiere из Италии выпустила несколько коллекций ювелирных изделий с голубым, синевато-черным и черным золотом.

Применение специальных цветов для производства ювелирных изделий

Как было отмечено выше, ювелирные изделия из пурпурного золота, на основе интерметаллида алюминида золота, AuAl2, уже производятся на коммерческой основе. Тем не менее, для дизайнеров и производителей, желающих включить этот материал в их дизайн, найти поставщиков сплава пурпурного золота нелегко. Это не стандартные изделия. Есть несколько поставщиков такого сплава, которые будут производить его по первому требованию. Кроме того, изделия нелегко производить в домашней мастерской, так как для их производства требуется вакуумная плавка и литье. Характерная для этого сплава хрупкость также затрудняет процесс, как уже говорилось ранее. Как правило, это требует обработки фрезерованием / шлифованием или применения методов порошковой металлургии (но остерегайтесь нарушения патентных прав). Литье по выплавляемым моделям также не всегда применимо. Необходимо соблюдать осторожность при полировке, так как излишнее давление может привести к образованию трещин. Те же замечания справедливы и для голубых интерметаллидов золота. Низкая сопротивляемость коррозии / потускнению этих интерметаллических материалов является недостатком, что обуславливает необходимость использования тонких прозрачных защитных покрытий (аналогичных тем, которые разработаны для серебра [54].

Черные, коричневые и синие золотые ювелирные изделия также коммерчески доступны, они производятся путем оксидирования сплавов золота специального состава. Опять же, для потенциальных производителей изделий достаточно трудно найти поставщиков сплавов, их нужно делать на заказ. Вдобавок, достаточно сложно в этом случае избежать нарушения патентного законодательства. Тем не менее, эти сплавы могут быть обработаны, но обработку окислением действительно нужно проводить в контролируемых условиях, чтобы обеспечить достижение нужного цвета. Можно использовать гальванические покрытия черным, синим или красным родием / рутением на золотую основу. Обеспечить специальные цвета относительно просто для специалиста в области гальванотехники. Соответствующее оборудование имеется у многих производителей ювелирных изделий. Для тех, кто его не имеют, как вариант, можно воспользоваться платными услугами специализированных фирм.

Для ювелирных изделий из серебра, платины и палладия наблюдается отсутствие интереса к обеспечению цветовых эффектов, за исключением биметаллических ювелирных изделий из золота, хотя золочение серебра - это традиционная технология. Тем не менее, нет никаких причин, почему не могут быть использованы гальванические покрытия черным / синим / красным родием / рутением. Кроме того, можно разработать специальные сплавы для обработки оксидированием, как, например, предложено в патентеTanaka [36]. Платино-кобальтовый сплав образует голубоватую окраску на поверхности, это дает интересный цветовой эффект. Лазерная обработка поверхности также является полезным вариантом для получения новых цветов на поверхности ювелирного изделия.

Будущее: новые цвета ювелирных изделий

Как уже было сказано, совершенно новые специальные цвета золота и других драгоценных металлов вряд ли появятся. Тем не менее, есть некоторые свидетельства об обратном. Конечно, спорно нужны ли такие цвета! Некоторые считают, что такие термины, как «черное золота» и «голубое золото» совершенно ненормальны не должны использоваться, так как золото само по себе не образует эти цвета [43].

Зеленое золото

В патенте Takayanagi [35], предложена технология патинирования медьсодержащих каратных золотых сплавов с содержанием меди в диапазоне 15-67,5% для получения зеленого покрытия. Получается тонкий слой «ярь-медянки». Для получения зеленой патины предложены несколько химических реактивов, большинство с содержанием солей меди. Мне не известно производятся ли такие изделия с зеленым патинированием на коммерческой основе, однако изделия из стандартного золото-серебряного сплава «зеленого золота» давно выпускаются серийно (на самом деле сплав желтого цвета с зеленым оттенком, а не сильного зеленого цвета).

Красное золото

Как указано в разделе, посвященном голубому золоту, Friso и др. [43] показали, что можно получить интенсивный красновато-фиолетовый цвет на поверхности сплава за счет низкой температуры окисления 18-каратного золото-железо-медного сплава с 2% хрома. Вероятно, здесь проявляется окраска за счет оптического эффекта интерференции, а не за счет собственного цвета оксида.

Гальваника: синий и красный родий

В последнее время были разработаны гальванические покрытия синим и красным родием [46,47], аналогичные черному родию, хотя их применение для производства ювелирных изделий из каратного золота до сих пор не материализовалось. Предположительно, синие и красные цвета получаются за счет добавок в электролит, также как и для черного родия. Износостойкие, блестящие покрытия черным, красным или синим родием толщиной до 0,3 мкм можно получить за 30-90 секунд [37]. Их можно наносить на золото, серебро и никель.

Обработка бором

В своем докладе, представленном на конференции IPMI в 1984 г., Matsuda и сотр. [48] изучили поверхностное упрочнение сплавов золота путем обработки бором. Сплав золота погружают в порошок бора и подвергают термической обработке при 900-950°С (1650 - 1740°F) в течение около 6 часов. Было установлено, что чистое золото не реагирует на борирование, но легирующие металлы в сплавах золота реагируют. Интересно, что в дополнительных экспериментах, некоторые бинарные сплавы золота, содержащие до 15% легирующей добавки, прокатывались в лист и борировались при температуре 850°С в течение до 48 часов. Было показано, что некоторые сплавы образуют цветные слои, как указано в таблице 1.

Таблица 1

Цвета, полученные борированием золотых сплавов (с более 15% добавок) [48]

Сплав Цвет
Золото-лантан
Золото-церий
Золото-неодим
Пурпурно-синий или голубой
Золото-гольмий Глубокий зеленый
Золото-бериллий Красно - пурпурный
Золото-марганец Желтовато-коричневый
Золото- иттрий Без изменения

Для индиевой голубой фазы, AuIn2, добавки платины сдвигают цвет в абрикосовый желтый. Можно предположить, что и другие металлические добавки могут иметь различный эффект для всех трех интерметаллических соединений. В случае платины, Cahn [27] отметил, что добавление меди к PtAl2 сдвигает желтый цвет в оранжево-розовый. Эти наблюдения, по всей видимости, не были продолжены дальше, за исключением «драгоценных камней» Platigem, разработанных Mintek. Они предполагают, что тройные или более высокого порядка интерметаллические сплавы могут дать новые цвета, аналогичные меняющимся цветовым пигментам, как, например, сульфид кадмия, используемый при производстве пластмасс и керамических эмалей.

Цвета коллоидного золота

Красное рубиновое стекло окрашивается коллоидной суспензией наночастиц золота. Тот же эффект используется для пурпурно-красного и розового декоративного стекла и горячей эмали. Коллоидное золото, известное как «кассиев пурпур», - древнейшая технология [49]. Коллоидное серебро желтого цвета, а сплавы коллоидного золота и серебра используются для получения декоративных стеклянных эмалей в диапазоне цветов от фиолетового до розового. Варьируя размер наночастиц , можно изменять цвет до синего. Такие цветные наночастицы золота разрабатываются для окрашивания шерсти [50], красок и пластмасс [51].

В нашем захватывающем мире нанотехнологических исследований нанооболочки являются интересным усовершенствованием. Они состоят из металла, такого как золото, нанесенного на диэлектрик, такой как кремний. Они поглощают свет и поэтому имеют характерный цвет, который зависит от соотношения толщины металла и размера частицы. Цвет получается с помощью механизма плазменного резонанса. Когда золотые частицы сделаны тоньше, пурпурный цвет смещается в сторону зеленого и синего. Возможно, этот эффект может быть использован для создания новых стеклянных эмалей для ювелирных изделий? Использование платины и других драгоценных металлов в виде нанооболочек также может привнести некоторые интересные цветовые эффекты.

Поверхностная лазерная абляция

Недавние исследования в Университете Рочестера, США, показали, что использование лазерной абляции на металлических поверхностях может привести к образованию черного слоя [52] на металлах, таких как золото и платина за счет наноразмерной шероховатости поверхности. Возможно, это альтернативный подход к получению черного цвета на ювелирных изделиях из благородных металлов. Таким образом можно получить различные интересные декоративные узоры. И не только, путем изменения условий обработки, можно получить и другие цвета, например, золотой цвет на платине [53].

Выводы

Я попытался показать, что золотые ювелирные изделия могут быть сделаны с некоторыми специальными цветовыми эффектами, достигаемыми либо за счет цветных интерметаллических фаз, либо поверхностных слоев, образованных путем взаимодействия разных веществ с металлами лигатуры или методом осаждения покрытий. Широкий выбор цветов, таких как синий, черный, коричневый и фиолетовый может быть достигнут целым рядом используемых методов. Тем не менее, есть некоторые недостатки: интерметаллические цветные соединения драгметаллов по своей природе хрупкие, а предлагаемые покрытия при любой технологии хрупкие и не стойкие к износу, их можно сколоть, поцарапать и они стираются при долгой носке. Однако отдельные коммерческие партии ювелирных изделий некоторых из этих специальных цветов доступны на рынке.

Я также указал, что ювелирные изделия из других благородных металлов, таких как платина и серебро также могут быть окрашены теми же методами, хотя общий диапазон может быть не столь впечатляющим, как у золота.

И, наконец, я попытался изложить перспективу появления новых цветовых эффектов и возможных технических подходов к их развитию. Задача состоит в том, чтобы развивать их коммерческую реализацию.

Ссылки

1. T. K Rose and W A C Newman, “The Metallurgy of Gold”, 7th Ed., Charles Griffin & Co., 1937, Reprinted by Met-Chem Research Inc., 1986, p56-59

2. Gmelin’s Handbuch der Anorganischen Chemie,, 8th edition, System No 62, “Gold”, 1954, p.954-956

3. W. S. Rapson and T. Groenewald, “Gold Usage”, Academic Press, 1978, p30-85.

4. C. Cretu and E van der Lingen, “Coloured Gold alloys”, Gold Bulletin, 32 (4), 1999, p115-126 and Gold Technology, no 30, 2000, pp.31-40

5. C. W. Corti, “Blue, Black and Purple: The Special Colours of Gold”, Proc. Santa Fe Symposium, 2004, Met-Chem Research Inc, p121-133

6. C. W. Corti, “Blue, Black and Purple: The Unusual Colours of Gold”, Presented at the International Jewellery Symposium, St Petersburg, Russia, 3-7 July 2006. Proceedings published in Russian

7. V. Faccenda, “Advanced Technology for the Jewelry Industry”, Proc. Santa Fe Symposium, 2002, Met-Chem Research Inc. p177-188

8. L Weiss & J Spanner, “Application of coloured gold alloys to jewellery”, Degussa AG, German patent DRP 659 155, 1935

9. L Weiss & G Buchenauer, “Coloured gold aluminium alloys“, Degussa AG, German patent DRP 710 934, 1939

10. W. S. Rapson, “Intermetallic Compounds of Gold”, Gold Bulletin, 29 (4), 1996, p141-142

11. “Phase Diagrams of Binary Gold alloys”, ed. Okomoto, H. & Massalski, T.B., ASM International,,1987, p13

12. K. E. Saeger and J. Rodies, “The Colour of Gold”, Gold Bulletin, 10(1), 1977, p10-14

13. D. P. Agarwal and G Raykhtsaum, “Color Technology for Jewelry Applications”, Proc. Santa Fe Symposium, 1988, Met-Chem Research Inc. p.229-244

14. Private communication, M.F. Grimwade, May 2004. [See ‘Phase Diagrams of Binary Gold Alloys’, ed. H.Okamoto & T.B.Massalski, ASM International, 1987, p.155 for references on Au-K colours]

15. S. Fukayama, Japanese patent JP62240729, 1987 (Seiko Instruments)

16. P. C. Loh, World patent WO 00/46413, 2000 (Singapore Polytechnic)

17. S. Yamazaki, N. Ishii and K. Sawada, Japanese patent 2003183710, 2003 (Ishifuku Metal Industry)

18. M. Yukio, Japanese patent JP4176829, 1992 (the Pilot Corp)

19. Japanese patent JP2115329, 1991 (Seiko Epson Corp)

20. S. Steinemann, European patent EP 284699, 1988

21. J Fischer-Bühner, “New Opportunities for Blue and Purple Gold in Jewelry Casting”, Proc. Santa Fe Symposium, 2009, Met-Chem Research Inc, p.151-165

22. C. W/ Corti, “Metallurgy of Microalloyed 24 ct Golds”, Proc. Santa Fe Symposium, 1999, Met-Chem Research Inc, p379-402; ibid, Gold Bulletin, 32 (2), 1999, p39-47. Also: “Microalloying of High Carat Gold, Platinum and Silver”, presented at the Jewellery Technology Forum, Vicenza, Italy, 17-18th June 2005. Publ. in conference proceedings.

23. Private communication, K. Wongpreedee, Srinakharinwirot University, Bangkok, Thailand, August 2011

24. Derouwaux, P. and Hofman, C., Swiss patent 533,691, 1973

25. U. E. Klotz, “Blue and Purple Gold: Chance and Challenge”, Proc Santa Fe Symposium, 2009, Met-Chem Research Inc, p.229-245

26. S. Hori et al,”The Use of Precious Metals in Jewelry and Ornaments”, in “Precious Metals Science and Technology”, IPMI, 1991, p.421-470

27. R. W. Cahn, “A Precious Stone that Isn’t”, Nature, 396 10 December 1998, p.523-524

28. J. Hurly, US patent 5,045,280, 1991; South African patent 90/7777, 1990

29. J. Hurly and P T Wedepohl, “Optical properties of coloured platinum intermetallic compounds”, J.Mats. Sci., 28, 1993, 5648-5653

30. For example: C W Corti, “High Carat Golds do not Tarnish”, Proc. Santa Fe Symposium, 2000, Met-Chem Research Inc. p.29-56

31. Untracht, O., “Jewelry Concepts and Technology”, Robert Hale Ltd, 1982, chapter 17, p.714-730

32. R. Hughes and M. Rowe, “The Colouring, Bronzing and Patination of Metals”, Whitney Library of Design, February 1991

33. For example, B Seeley, “Niobium: A Primer in the Semi-Precious”, Proc. Santa Fe Symposium, 2003, Met-Chem Research Inc. p.357-372

34. Publicity leaflet, ‘Neuheiten/News 2010’, Wieland Dental + Technik GmbH & Co KG, Germany, on Neropal black gold, 2010. www.wieland-international.com

35. K. Nakama, European patent EP 0438 980, 1991 (Tanaka KKK, Japan)

36. Leaflet from Pino Aliprandini SA, Switzerland, 2004 (black Au-Ni baths)

37. T. Takayanagi et al, US patent USP5,139,739, 1992 (AIST & Seki Co, Japan)

38. L. Van Graan, and E van der Lingen, MSSA Proc., ed. M.McClean et al, Microscopy Soc. of S.Africa, 28, 1998, p. 19

39. V. Facenda, Private communication, 2004.

40. T. Takayanagi et al, Japanese patent JP 2185934, 1990 (AIST)

41. L. Muller, US patent USP 5,059,255, 1991 (Ludwig Muller SA, Switzerland)

42. M. Lutwak and Y York, “Kretchmer’s Blues”, Aurum, No 34, 1989, p.36-38

43. Unpublished work, A Friso, M Magrini, M Dabala, M Poliero & A Basso, University of Padua, Italy, 2004

44. P. Gainsbury, “Colour in Gold alloys”, Aurum, no 20, 1984, p.40-41

45. T. Takayanagi, Japanese patent JP 2002191421, 2002, (AIST)

46. Leaflet from Oftec GmbH, Germany 2004 (black, blue and red rhodium)

47. Leaflet from Pino Aliprandini SA, Switzerland, 2004 (black & blue rhodium)

48. F. Matsuda, K. Nakata, K. Tohmoto, and M. Morikawa, “Surface Hardening of Gold with Boronizing Technique”, in “Precious Metals”, ed. T P Mohide, IPMI, 1984, p.131-145

49. L. B. Hunt, “The True Story of Purple of Cassius”, Gold Bulletin, 9(4), 1976, p.134-139

50. J. H. Johnston, K A Lucas, “Nanogold synthesis in wool fibres: novel colourants”, Gold Bulletin, 44 (2), 2011, p.85-89

51. C. Gautier, A Cunningham, L Si-Ahmed, G Robert & T Bürgi, “Pigments based on silica-coated gold nanorods...”, Gold Bulletin, 43 (2), 2010, p.94-104

52. P. Daukantas, “Microstructure technique “blackens” metals”, Optic and Photonics News, February 2007, p.8 and

53. “Researchers create gold aluminium, black platinum, blue silver”, Nanowerk News, 1 February 2008, www.nanowerk.com/news/newsid=4350.php. Report on work by C Guo, published in Applied Physics Letters on 1 February 2008

54. N. Isomäki, “Thin film anti-tarnish method for silver”, Jewellery Technology Forum, Vicenza, 16th January 2011. Also: Proc. Santa Fe Symposium, 2010, Met-Chem Research Inc, p.243-251



Чем отличаются черные и цветные металлы?

Использование металлов очень широко. Как черные, так и цветные марки используются в широко понимаемой промышленности, строительстве, ремеслах и многих других областях. Оба различаются по своим свойствам и характеристикам. Что нужно знать о черных и цветных металлах? Какие особенности отличают их друг от друга? Найдите ответы в статье ниже.

Характеристики черных металлов

Черные металлы – это все сплавы, содержащие железо.Большинство из них магнитные. Железо является важным элементом в производстве стали, поэтому оно является одним из самых важных металлов.

Натуральное железо имеет шероховатую поверхность и серый цвет. Некоторые черные металлы являются ферромагнитными. Никель и кобальт также имеют эту особенность. Черные металлы получают из железных руд, выплавляемых на плавильных заводах. В том числе:

  • магнетит,
  • сидерит,
  • лимонит,
  • гет.

Однако наиболее популярными сплавами являются сталь и чугун. Сталь получают соединением железа с углеродом в количестве около 2%. В этом сплаве есть и другие элементы. Широко используется сталь. Он используется в производстве кузовов автомобилей, кораблей, мостов и инструментов. Чугун обладает высокой устойчивостью к коррозии. Они используются в автомобилестроении, строительстве, для производства кухонного оборудования и во многих других сферах производства.

Цветные металлы

Цветные металлы также называют цветными. Это все металлы и их сплавы, не содержащие примесей железа. Наиболее важные цветные металлы:

  • медь,
  • свинец,
  • алюминий,
  • алюминий,
  • титан,
  • золото,
  • серебро
  • .

Цветные металлы используются во многих отраслях промышленности.В промышленности и строительстве чаще всего применяют алюминий и бронзу. Это пластмассы с очень широким спектром свойств. Почти все они гибкие, имеют глянцевую поверхность и хорошо проводят тепло.

- Цветные металлы делятся на три группы: легкие, тяжелые и малоиспользуемые металлы. К легким металлам относятся алюминий, титан и магний. С другой стороны, к тяжелым относятся медь, цинк, олово, никель, свинец и кадмий. Для их обозначения вначале используется химический символ основного элемента, за которым следуют символы легирующих элементов.Они записываются в порядке убывания содержания элемента .

- сообщает представитель компании ЭКО-ВТОР.

Цветные металлы – это высококачественные материалы. Они обладают различными химическими, физическими, механическими и технологическими свойствами. Именно поэтому они используются во многих областях.

.

Черные и цветные металлы | Виды металлов

Металлы — химические элементы, содержащие свободные электроны, придающие им свойства. Они отличаются отсутствием запаха, пластичностью и ковкостью, хорошей тепло- и электропроводностью, склонностью к образованию химических соединений. Они представляют собой твердое агрегатное состояние при комнатной температуре. Также они отличаются высокой температурой плавления. Каковы их типы? Что такое цветные металлы и для чего они используются? Мы проверяем!

Что такое черные металлы? Применение и типы

Цветные металлы и, следовательно, цветные металлы – это металлы и их сплавы, не содержащие железа.У них разные свойства. Они характеризуются высоким блеском и хорошими свойствами благодаря теплопроводности. Цветные металлы проводят тепло. Типы металлов включают:

  • алюминий - его особенности: низкая плотность, серебристо-серый цвет и хорошая ковкость. Он устойчив к коррозии и плохим погодным условиям. Он прочен и электропроводен. Используется для производства листов, профилей, алюминиевых прутков и др. Часто используется в электронной и пищевой промышленности
  • Вольфрам
  • – отличается пластичностью и пластичностью.Он устойчив к королевской воде, растворяющей золото. Используется для изготовления нитей накаливания в лампах накаливания
  • . Свинец
  • - используется для изготовления кабелей, боеприпасов и красок. А также экраны, защищающие от радиации или свинцовое стекло, т.е. кристаллы. Когда-то использовался при производстве
  • водопроводных труб.
  • медь - используется для создания кабелей, кровельных или латунных и бронзовых сплавов
  • Серебро
  • – обладает самой высокой тепло- и электропроводностью.Используется при создании электронного оборудования, кинопленки или медицинского оборудования, например, хирургических инструментов. Он также используется в ювелирных изделиях и различных видах украшений
  • Золото
  • — используется в ювелирных изделиях, для создания кабелей или технических деталей
  • .

Что такое черный металл?

Черные металлы – это сплавы, содержащие железо. Следовательно, они часто являются магнитными и реагируют на электрический заряд.К черным металлам, получаемым из железной руды и выплавляющим ее в плавильнях от 1600 до 1900°С, относятся:

  • магнетит - есть в наличии в США, Украине, России, Швеции
  • гематит - найден в Канаде, США, Мексике, Венесуэле, Бразилии, Либерии, Индии, Украине, Казахстане, Австралии, Франции, Германии, Швеции, Японии
  • лимонит - встречается в Анголе, Конго, Алжире, Марокко, Венесуэле, Кубе, Германии
  • гетит - доступен в Великобритании, Германии, Чехии, Словакии, Алжире, Марокко, Канаде и России
  • сидерит - встречается в Австрии, Австралии, Германии, Великобритании, России, Испании и США

Например, кислотостойкая сталь используется в гастрономии.Используется в технологическом процессе или для оснащения складских или производственных помещений. А также элементы машин и их корпуса, охлаждающее и нагревательное оборудование, а также механообработка. Он используется в кухонных линиях, конвекционных корпусах печей или печей для пиццы. Применяется для устройств для измельчения овощей, кухонной мебели, ножей и тележек.

Как защитить металлы от коррозии?

Защита металлов от коррозии состоит из:

  • Выбор материала
  • использование металлических или неметаллических защитных слоев, например хромирование, цинкование или никелирование
  • изменение свойств окружающей среды

Каковы цены на металлы?

Прейскурант цветных металлов зависит от цен в торговых точках, которые их покупают.Все зависит от сырья. Самой дешевой является алюминиевая фольга - она ​​стоит около 1 зл./кг, а спеченные карбиды без припоя стоят около 66 зл./кг. Медь стоит 15-19 злотых/кг. Латунь стоит от 9 до 14 злотых за килограмм. Магнитная бронза стоит около 15 злотых за килограмм, а немагнитная бронза стоит около 16 злотых за килограмм. Стоимость лома анодного цинка составляет около 4 злотых за килограмм, а металлических листов - 3,60 злотых за килограмм.

.

Металлоконструкции. Цветные металлы и их сплавы

Автор: д-р инж. Ян Кржос

Цветные металлы широко используются в промышленности, ремеслах и любительской практике. Основным преимуществом популярных цветных металлов и их сплавов является коррозионная стойкость, высокая пластичность, хорошая обрабатываемость, а также эстетичный внешний вид.

Наиболее распространенными цветными металлами являются медь и алюминий и их сплавы. Реже встречаются магний, цинк, олово и свинец.Чистые цветные металлы имеют ограниченное применение, поэтому чаще применяют технические сплавы. В целом цветные сплавы можно разделить на литейные и пластические.


Медь и ее сплавы

Медь — ковкий металл красно-золотого цвета.

легко поддается ковке и прокатке. Благодаря своим свойствам он нашел широкое применение в электротехнической и химической промышленности. Среди технических сплавов наиболее распространены латунь и бронза.
Латунь представляет собой сплав меди с цинком, в котором содержание меди может составлять от 55 до 85%. Бюстгальтеров, содержащих более 45% олова, не бывает, потому что такой сплав очень хрупок и непригоден для технического применения. Изделия художественной промышленности и дешевые украшения изготавливаются из латуни, содержащей 20% цинка; в прошлом такой сплав назывался томпак. Латунь устойчива к коррозии и пластична. Он хорошо поддается литью и легко режется. Помимо меди и олова, латунь также может содержать алюминий, никель, свинец, кремний и марганец.Литейные латуни являются многокомпонентными сплавами, а формовочные сплавы содержат меньшее количество легирующих элементов. Большее количество некоторых добавок ухудшает пластические свойства сплава. Добавка свинца и кремния улучшает литейные свойства, а алюминия, марганца и железа повышают его прочность. Увеличение содержания цинка повышает механическую прочность латуни и ее пластичность. Наиболее пластичной является латунь, содержащая 30 % цинка, а сплав с 45 % этого компонента обладает наибольшей прочностью.Латунные элементы легко соединяются как мягкими, так и твердыми припоями, а также ацетиленовой сваркой.

Латунные литейные сплавы применяются для изготовления деталей машин для средств связи и судостроения, а также деталей машин, которые должны быть износостойкими. Латунь для обработки пластмасс используется в виде поковок, прутков, труб и профилей, и они изготавливаются, в том числе, из элементы гидравлической и котельной арматуры.

Бронза, сплав меди и олова, устойчива к погодным условиям и слабым кислотам.Он легко обрабатывается и легко отливается. Бронза содержит до 11% олова и металлов, таких как алюминий, железо, марганец и свинец. В зависимости от наименования основного, дополнительного компонента сплава получают оловянные, алюминиевые, кремниевые, марганцевые и другие бронзы. Тип и количество легирующего компонента оказывают решающее влияние на использование сплава. Как и в латуни, добавка свинца улучшает литейные свойства сплава, а алюминий, железо, марганец и никель улучшают механические свойства. Многокомпонентные литейные бронзы изготавливаются из:в втулки и втулки подшипников скольжения (свинцовистая бронза), арматура для химической и судостроительной промышленности, а также детали машин и приспособления, работающие в агрессивных средах. Алюминиевые бронзы используются для пружин, седел клапанов и деталей, подверженных истиранию. Изготовлены из фосфористой бронзы втулки распредвалов и шатунов. Бронзы с добавлением цинка, кремния и марганца используются, в том числе, для производства втулки выдвижных колес коробки передач.


Алюминий и его сплавы

Алюминий – металл серебристо-белого цвета, стойкий к погодным условиям и действию слабых кислот.Обладает хорошей электро- и теплопроводностью. Он деформируемый, пластичный и легко отливается. Чистый алюминий имеет ограниченное применение, главным образом потому, что он не очень долговечен. Используется для электрических проводов, для производства фольги, как компонент красок. Гораздо большее значение имеют алюминиевые сплавы, которые из-за малой плотности относятся к легким сплавам. В алюминиевых сплавах наиболее часто используемыми добавками являются медь, кремний, магний, марганец, никель и цинк.Добавки сплава

повышают прочность, коррозионную стойкость и улучшают обрабатываемость. Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые.

Основными компонентами алюминиевых литейных сплавов являются: кремний, медь, магний, иногда добавляют также марганец, никель и титан. Сплав, содержащий 20–23 % кремния и небольшое количество других ингредиентов, называется силусилом, который используется для высоконагруженных поршней двигателей внутреннего сгорания, отлитых под давлением.Если алюминиевый сплав содержит 10–13 % кремния, его называют силумином. Это самый распространенный из всех алюминиевых сплавов. Детали машин сложной формы, умеренно нагруженные, работающие при повышенных температурах и устойчивые к коррозии даже в морской воде, представляют собой отливки из силумина. Он характеризуется хорошими прочностными характеристиками и свариваемостью. Алюминиево-медные сплавы обладают хорошими литейными свойствами и значительной коррозионной стойкостью; их недостаток в том, что они имеют тенденцию трескаться в горячем состоянии.Алюминиевый сплав с добавлением 4-5% меди применяют для изготовления настольных принадлежностей и отливок, требующих хорошей текучести и пластичности. Литые детали машин, которые должны обладать высокой коррозионной стойкостью, изготавливают из алюминиево-магниевого сплава.

Алюминиевые сплавы, предназначенные для обработки пластмасс, содержат меньшее процентное содержание легирующих добавок по сравнению с литейными сплавами. Это связано с тем, что большее количество легирующих добавок ухудшает пластические свойства сплава.Основными компонентами рабочих сплавов являются: магний, медь, марганец и кремний. Алюминиевый сплав, содержащий до 1,2 % Mg, используется для холодной и горячей штамповки и хорошо подходит для сварки. Он устойчив к коррозии и морской воде. Из этого сплава изготавливают штампованные и штампованные детали, элементы приборов, применяемых в химической и пищевой промышленности. Алюминиевые сплавы, содержащие до 5 % магния, называются гидроналиевыми. Многокомпонентные сплавы, называемые дюралями, нашли широкое промышленное применение.Они используются для изготовления нагруженных строительных элементов в авиационной и автомобильной промышленности. Это легкий сплав, который легко поддается литью, ковке, прокатке и волочению. Обладает высокой коррозионной стойкостью, низким тепловым расширением и хорошей прочностью после закалки в процессе термической обработки. Обычно считается, что алюминий
легко поддается механической обработке. При обработке возникающие силы резания примерно в 3 раза ниже по сравнению с обработкой стали той же прочности.

Сплавы цветных металлов просто маркируются химическими символами компонентов сплава и их процентным содержанием в целых числах.Сначала идет символ основного ингредиента, за которым следуют другие ингредиенты в порядке от самого высокого содержания к самому низкому. Процентное содержание основного ингредиента и количество ингредиентов менее 1% не указываются. Например, обозначение CuZn25Al16Mn3Fe означает латунь с 25 % цинка, 16 % алюминия, 3 % марганца и не более 1 % железа, а остальное — медь (около 55 %).

Справочная литература
1.Фигурски Ю., Попис С., Изготовление элементов машин, устройств и инструментов, WSiP, Варшава, 2015.
2. Гурецкий А., Общая технология. Основы механических технологий, WSiP, Варшава 1884.
3. Mac S., Металлообработка с материаловедением, WSiP, Варшава 1999.
4. Руководство ГАРАНТ. Обработка. Хоффман Групп 2011.

.

Металлические сплавы - определение, виды, применение

Металлические сплавы - определение

Сплав представляет собой смесь или твердый раствор двух или более металлических элементов. Сплав может представлять собой однородный твердый раствор, смесь отдельных металлических фаз или интерметаллическое соединение без четких межфазных границ, а также может содержать более одной из указанных форм одновременно. Металлические сплавы характеризуются лучшими физико-химическими и механическими свойствами, чем чистые элементы, важной особенностью сплавов является сохранение металлического характера.

Металлические сплавы - подготовка

Металлические сплавы получают путем смешивания компонентов сплава в соответствующим образом подобранных пропорциях и их плавления с образованием однородной жидкости, представляющей собой смесь компонентов, обычно в жидкую смесь основных компонентов добавляют дополнительно легирующие добавки, которые растворяются в жидкости. Эти добавки могут быть как металлическими, так и неметаллическими элементами, такими как, например, углерод или кремний. По мере охлаждения жидкий сплав затвердевает (кристаллизуется).Затвердевший сплав может иметь свойства, существенно отличающиеся от исходных металлов, обычно после затвердевания он подвергается дальнейшей механической, термической или химической обработке.

Металлические сплавы – типы, применение

Наиболее важные сплавы, используемые в технологии, включают сталь, бронзу, латунь, алюминиевые сплавы и сплавы драгоценных металлов. Состав сплавов обычно дается в процентах по массе. Наименования, примеры составов и области применения выбранных сплавов приведены в таблице 1.

Название сплава

отряд

Примеры применения

Углеродистая сталь

Fe 97,5-99,5%, Mn до 1,65%, C 0,14-1,04%

Основной материал конструкции, относительно восприимчивый к коррозии

Хромомолибденовая сталь

С 0,18-0,64%, Cr 0,40-1.10%, Mo 0,08-0,30%, Mn 0,70-1,10%

Сталь с хорошими механическими свойствами и немного более высокой коррозионной стойкостью

чугун

Fe 93-97%, C 2,1-4%, Si 1-3%

Производство радиаторов, печей, корпусов автомобильных коробок передач

Бронза

88% Cu, 12% Sn (примерный состав)

Производство музыкальных инструментов, скульптуры и других видов искусства, литье металлов

Латунь

Cu 60-95%, Zn 5-40%, Sn 0-40%, Pb 0-5% и другие металлы

Коррозионностойкая промышленная арматура, фитинги и принадлежности для судов, подвергающихся воздействию морской воды

Дюралюминий

Al 84-97,5%, Cu 2-5%, Mn 0,3-1%, Mg 0,15-1,8%, Fe, Si и другие элементы (суммарно до 8%)

Легкий коррозионно-стойкий конструкционный сплав, применяемый в:в в аэрокосмической и автомобильной промышленности

.90 000 Черные металлы, принимаемые в пунктах скупки лома - Скупка лома и цветных металлов

Магазины по скупке металлолома закупают различные виды черных и цветных металлов. Благодаря продаже металлов в специально отведенных точках мы можем не только немного заработать, но и внести свой вклад в заботу об окружающей среде. Эти материалы перерабатываются и используются повторно, что, в свою очередь, сокращает производственные процессы, загрязняющие нашу планету. Итак, давайте познакомимся с видами черных металлов, которые могут получить «вторую жизнь».

Черные и цветные металлы

Можно заметить, что скупщики лома принимают как черные, так и цветные металлы, также известные как цветные металлы. Это металлы, которые, как следует из названия, не содержат железа и встречаются в большинстве электронных устройств, инструментов и даже машин.

Черные металлы, с другой стороны, представляют собой сплавы, содержащие железо. Это металлы, которые в основном являются магнитными, поэтому они реагируют на электрический заряд.Высокое содержание железа может привести к образованию ржавчины на поверхности металла, поэтому изделия из черных металлов часто сдают на свалки.

У нас можно купить металлолом, в том числе сталь , которая является одним из самых популярных черных металлов. Скупка металлолома может вмещать в себя различные типы металлоконструкций, которые частично или полностью являются строительными конструкциями, такими как, например, производственные цеха или склады.

Черные металлы также включают чугун и литейную сталь.Чугун обычно используется для изготовления отливок и может быть разделен на серый, белый, половинчатый и легированный чугун. Особенно часто его используют в производстве радиаторов, печей, а также в автомобилестроении и сантехнике. Литая сталь также используется для изготовления различных видов отливок, которые используются, например, в производстве автомобилей.

Принимаем также стальную и чугунную стружку, оставшуюся от производственных процессов, осуществляемых на различных типах предприятий, а также трубы и лом легированной стали.

.

Отличие железа от цветного металла - Цветной металл - Новости

К черным металлам относятся низкоуглеродистая сталь, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун и кованое железо. Эти металлы используются в основном из-за их прочности на растяжение и прочности, особенно из мягкой стали, которая помогает поддерживать самые высокие небоскребы и самые длинные мосты в мире. Вы также можете найти черные металлы в жилых домах, промышленных контейнерах, крупномасштабных трубопроводах, автомобилях, рельсах для железнодорожного и железнодорожного транспорта, большинстве инструментов и оборудования, используемых в быту, и ножах, которыми вы готовите дома.

Из-за большого количества углерода, используемого при их образовании, большинство черных металлов и сплавов подвержены ржавчине от внешних воздействий. Хотя это не относится к кованому железу, которое так же чисто, как железо, которое сопротивляется окислению, или к нержавеющей стали, защищенной высоким содержанием хрома, это хорошее эмпирическое правило: если вы видите ржавчину, это черный металл.

Большинство черных металлов также обладают магнитными свойствами, что делает их очень полезными при создании больших двигателей и электрических устройств.Почему можно приклеить детскую работу на холодильник магнитом с номером телефона местной пиццерии? Железный металл.

Что наиболее важно, черные металлы составляют большую часть перерабатываемых материалов в мире. Только в 2008 году было произведено 1,3 млрд тонн стали, а из металлолома — 500 млн тонн. Но почему это важно, мы узнаем чуть позже.

Характеристики цветных металлов

Цветные металлы включают алюминий, латунь, медь, никель, олово, свинец и цинк, а также драгоценные металлы, такие как золото и серебро.Хотя цветные металлы могут обеспечить прочность, они в основном используются там, где их отличие от черных металлов может дать преимущество.

Например, цветные металлы гораздо более пластичны, чем черные металлы. Цветные металлы также намного легче по весу, что делает их подходящими для применений, где требуется сила, но вес является важным фактором, например, в аэрокосмической или консервной промышленности. Так как они не содержат железа, цветные металлы обладают более высокой устойчивостью к ржавчине и коррозии, поэтому эти материалы используются для водосточных желобов, водопроводных труб, кровли и дорожных знаков.Наконец, они также немагнитны, что делает их идеальными для использования в небольших электронных устройствах и электропроводке.

Что касается вторичной переработки, то алюминий является третьим наиболее перерабатываемым материалом в мире. Однако многие другие цветные материалы, такие как медь, латунь и свинец, относительно немногочисленны, и сталелитейные заводы в значительной степени полагаются на переработку лома для производства новых.

Разница в цене

Независимо от того, являетесь ли вы индивидуальным сборщиком лома или крупной компанией, производящей лом путем строительства или сноса, велика вероятность того, что вы будете продавать этот металл.Чего ожидать от цены, которую вы получите за свои материалы?

По большей части лом черных металлов обычно находится в хорошем состоянии, поэтому цены, как правило, ниже, чем на большинство цветных металлов. Поскольку сталь и железные сплавы постоянно перерабатываются в больших количествах по всему миру, цены на эти материалы остаются постоянными из месяца в месяц, незначительно падая или повышаясь.

Цветной лом, как упоминалось ранее, немного сложнее получить и сложнее создать.Это повышает спрос, что повышает цену за фунт выше, чем на черные металлы. В то время как цены на алюминий не часто меняются из-за деятельности по переработке, другие продукты, такие как медь и латунь, могут резко измениться всего за один месяц, в зависимости от потребностей рынка.

Если вы хотите продать металлолом, всегда лучше проконсультироваться с торговцем металлоломом в вашем районе, чтобы узнать, какие цены они предлагают, прежде чем приносить свои материалы на склад.Позвоните нам, чтобы узнать последние цены.

Если вы занимаетесь промышленным, коммерческим или сносным бизнесом, свяжитесь с торговцем металлоломом и узнайте, выйдет ли он и оценит вашу конкретную ситуацию со металлоломом. Они не только помогут вам определить, что у вас есть, но и сделают смету на поступление и продажу вашего черного или цветного сырья.

Но хватит о различиях

Ведь наибольшее сходство черных и цветных металлов заключается в их важности для перерабатывающей промышленности.Работая с местным торговцем металлоломом над созданием плана утилизации, который помогает поддерживать постоянный поток инертных материалов, мы можем продолжать создавать новые материалы, которые помогают нам на протяжении всей нашей жизни. Это выбор, который действительно имеет значение.

.

Что такое коррозия и почему она возникает? -

В следующей статье вы узнаете, что такое коррозия, почему она возникает и какие способы борьбы с ней можно использовать.

Коррозия – это ухудшение свойств металла в результате электрохимической реакции с окружающей средой. Это естественный процесс, поэтому коррозия металла неизбежна.

Есть два распространенных типа металлов: черные и цветные.

Черные металлы - Характеристики

Черные металлы – это металлы и сплавы, содержащие железо.

Примеры черных металлов:

  • Чугун
  • Углеродистая сталь
  • Нержавеющая сталь
  • Прочие легированные стали

Черные металлы обычно подвергаются коррозии с образованием красноватого или коричневого покрытия из оксида железа, известного как «ржавчина». Но разные сплавы железа и стали имеют разную степень риска коррозии исключительно из-за своего состава.Например, чугунный стержень и стержень из нержавеющей стали покажут очень разные уровни ржавчины, если оставить их в соленой воде на ночь.

коррозия стали

Цветные металлы – характеристики

С другой стороны, цветные металлы – это металлы и сплавы, которые содержат менее 1% железа в своем химическом составе.

Примеры цветных металлов включают:

  • Алюминий
  • Медь
  • Цинк
  • Никель
  • Серебро
  • Латунь

Когда на черных металлах возникает электрохимическая коррозия, они разлагаются с образованием оксидов металлов, широко известных как потускнение или белая коррозия, в зависимости от типа металла.

Важно помнить, что все металлы могут подвергаться коррозии, если они достаточно долго находятся в агрессивных условиях окружающей среды.

Треугольник ржавчины

Теперь, когда мы знаем, что такое электрохимическая коррозия, давайте посмотрим, как это происходит. Есть три основных фактора, которые должны присутствовать для возникновения коррозии, образуя так называемый «треугольник ржавчины».

  • Во-первых, это сама металлическая поверхность.
  • Второй фактор – кислород.Коррозия – это образование оксидов металлов, а без кислорода они не могут образовываться. К сожалению, кислород составляет более 20% окружающего нас воздуха, поэтому отделить кислород от металла довольно сложно.
  • Последний ингредиент — электролит, чаще всего вода. Подобно кислороду, вода присутствует в воздухе в виде влаги, и даже относительно низкая относительная влажность может смачивать металлическую поверхность в достаточной степени, чтобы вызвать коррозионные реакции.

При наличии этих трех факторов может возникнуть коррозия.

В дополнение к этим трем условиям коррозии существуют и другие факторы, влияющие на риск коррозии. Например: механические воздействия на металлическую поверхность обнажают свежий незащищенный металл. Точно так же химическое взаимодействие кислот и других агрессивных загрязнителей способствует и ускоряет коррозионные реакции. Наконец, температура, влажность и тип упаковки также играют важную роль с точки зрения риска коррозии и, следовательно, того, как долго детали могут оставаться свободными от коррозии.

Теперь давайте посмотрим, почему возникает коррозия. Когда мы производим металлы, мы сначала добываем руду, а затем используем огромное количество энергии, чтобы превратить руду в железо, сталь или другие металлы. К несчастью для нас, химическая структура большинства металлов по своей природе нестабильна. Таким образом, точно так же, как гравитация постоянно работает над тем, чтобы катить валун вниз, природа постоянно работает над превращением металлов в коррозионные продукты, которые подобны, если не идентичны их естественному рудному состоянию.Поэтому, когда мы боремся с ржавчиной и коррозией, мы боремся с Матерью-Природой.

К счастью, у металлов есть естественная защита от коррозии, называемая «поверхностным оксидным слоем», который самопроизвольно образуется на поверхности металла при контакте с воздухом. Поверхностный оксидный слой очень тонкий и хрупкий, но защищает металл под ним от коррозии. Конкретные свойства зависят от типа металла. Например, поверхностный оксидный слой, образованный хромом, намного прочнее, чем слой железа, поэтому сплавы, содержащие хром, называются «нержавеющими».Если вспомнить предыдущую аналогию с валуном, поверхностный оксидный слой подобен небольшому уступу, на который валун может опираться, а не сразу скатываться вниз. Было бы легко столкнуть валун со ступени и позволить ему катиться оставшуюся часть пути вниз по склону. Точно так же поверхностный оксидный слой легко повреждается, и, когда он недоступен, на нижележащем металле может возникнуть коррозия.

Повреждение поверхностного оксидного слоя может быть как преднамеренным, так и непреднамеренным.Например, он удаляется механически при механической обработке, такой как токарная обработка, фрезерование, сверление и пескоструйная обработка, или путем непреднамеренного царапания при грубом обращении или транспортировке. Все это может обнажить свежий, незащищенный металл, который может легко начать подвергаться коррозии.

Другие виды коррозии

Химическая коррозия

Существует также много химических опасностей, которые способствуют электрохимическим реакциям, и они повреждают или растворяют поверхностный оксидный слой, что приводит к коррозии металла под ним.Соль можно найти практически где угодно, и любой, кто живет в снежном климате, знает, насколько коррозионными могут быть соли для металлов, из которых изготовлен ваш автомобиль! Агрессивные анионы в соли, такие как хлориды и сульфаты, способствуют коррозионным реакциям посредством самокаталитических электрохимических процессов, а это означает, что, начавшись, их очень трудно остановить.

Прочие опасности для поверхностного оксидного слоя.

Другая значительная опасность коррозии содержится в некоторых наиболее часто используемых упаковочных материалах.Бумажные, картонные и деревянные поддоны содержат натуральные органические кислоты, а также множество коррозионно-активных загрязнителей, оставшихся после волокнообразования и других производственных процессов. Эти кислоты и загрязняющие вещества могут быстро повредить поверхностный оксидный слой на близлежащих металлических компонентах. Изделия из дерева также могут удерживать много влаги внутри. Как мы видели ранее, загрязненная вода на металлических поверхностях может быстро и легко привести к коррозии!

Значение электролита

Как мы видели ранее в треугольнике ржавчины, одним из условий коррозии является электролит.Электролиты обеспечивают проводимость, необходимую для образования электрохимических цепей, обеспечивая поток электрических зарядов, необходимый для запуска реакции электрохимической коррозии.

Примером может служить лампочка, которая изначально выключена, потому что чистая деионизированная вода не проводит электричество. Однако, когда добавляется окрашенная соленая вода, раствор в чашке становится проводящим электролитом, который замыкает цепь и позволяет протекать электрохимическим реакциям, питая лампочку! Точно так же, как электролит позволяет зажечь лампочку, электролиты на металлических поверхностях способствуют протеканию реакции коррозии.

Коррозия на ощупь

Другим очень распространенным способом попадания воды и мусора на поверхность металлических деталей является пот и кожный жир, оставшиеся после прикосновения к деталям голыми руками. Уровни кислот и солей в поте и кожном сале варьируются от человека к человеку, но все они могут вызывать коррозию металлических поверхностей. Для сравнения, пот содержит около 1% соли, а соленая вода океана — около 3%. С другой стороны, качественная вода содержит почти в 10 000 раз меньше солей! Поэтому при работе с металлическими деталями каждый должен надевать чистые перчатки во избежание случайного попадания разъедающих остатков пота и кожного сала с кожи на металлические поверхности.

Скорость реакции коррозии

Коррозия обычно настолько медленная, что проходят часы, дни, недели и даже месяцы, прежде чем мы увидим общие признаки коррозии, такие как обесцвечивание, образование ржавчины или других продуктов коррозии. Более того, поскольку поверхностный оксидный слой невидим, не всегда известно, когда он был поврежден и был ли он поврежден. Хорошей аналогией было бы вождение автомобиля по строительной площадке и случайное задевание пропеллера, что вызвало небольшую утечку. Вы не заметите эту утечку до тех пор, пока через день или два не захотите ехать на работу, но обнаружите, что у вашей шины спустило колесо.Этот временной интервал между причиной и следствием очень затрудняет определение основной причины или причин проблемы с ржавчиной. Поэтому нас регулярно вызывают на производственные объекты по всему миру для проведения анализа первопричин коррозии.

Производственные процессы могут выйти из-под контроля, что приводит к ситуациям, когда руководитель производства внезапно видит, что детали становятся ярко-красными из-за ржавчины в течение нескольких часов или, в некоторых крайних случаях, минут после выхода с производственной линии.Это создает большое давление, чтобы выяснить, что произошло, и как это исправить как можно скорее. Аналогичным образом, в случае, если на сборочное предприятие внезапно поступают детали из-за границы, которые по прибытии настолько ржавые, что их необходимо утилизировать, первопричина и решение могут быть найдены гораздо быстрее, когда проблема решается одновременно как в стране происхождения, так и в стране происхождения. и место назначения - то, что наша глобальная команда экспертов по коррозии часто делает для наших клиентов.

.

Смотрите также