Цветные металлы, их свойства и сплавы

 
 

Цветные металлы, их свойства и сплавы 
 
 
 
 

К цветным  металлам* и сплавам относятся  практически все металлы и  сплавы, за исключением железа и  его сплавов, образующих группу чёрных металлов. Цветные металлы встречаются  реже, чем железо и часто их добыча стоит значительно дороже, чем добыча железа. Однако цветные металлы часто обладают такими свойствами, какие у железа не обнаруживаются, и это оправдывает их применение.     

 Выражение  «цветной металл» объясняется цветом некоторых тяжёлых металлов: так, например, медь имеет красный цвет.     

 Если металлы  соответствующим образом смешать  (в расплавленном состоянии), то  получаются сплавы. Сплавы обладают  лучшими свойствами, чем металлы,  из которых они состоят. Сплавы, в свою очередь, подразделяются  на сплавы тяжёлых металлов, сплавы лёгких металлов и т.д.     

 Цветные  металлы по ряду признаков  разделяют на следующие группы:

-   тяжёлые металлы — медь, никель, цинк, свинец, олово;

-   лёгкие металлы — алюминий, магний, титан, бериллий, кальций, стронций, барий, литий, натрий, калий, рубидий, цезий;

-   благородные металлы — золото, серебро, платина, осмий, рутений, родий, палладий;

-   малые металлы — кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть, мышьяк;

-   тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ванадий, тантал, ниобий, хром, марганец, цирконий;

-  редкоземельные металлы — лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий;

-   рассеянные металлы — индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур;

-  радиоактивные металлы — уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.      

 Чаще всего  цветные металлы применяют в  технике и промышленности в  виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические   и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, эа счёт искусственного и естественного старения и т. д.     

 Цветные  металлы подвергают всем видам  механической обработки и обработки  давлением — ковке, штамповке,  прокатке, прессованию, а также  резанию, сварке, пайке.     

 Из цветных  металлов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты  в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.   
 

• - некоторые  химические элементы Национальная  Комиссия Украины (НКУ) рекомендует  называть так: Серебро — Аргентумом, Золото — Аурумом, Углерод  — Карбоном, Медь — Купрумом  и т.д. Названия элементов в определённых случаях употребляются как имена собственные — пишутся с большой буквы в середине предложения. В школах дети (на уроках химии) называют азотную кислоту нитратной, серную — сульфурной и т.д. В остальных случаях (география, история и пр.) применяются общеупотребительные названия, т.е. золото называется золотом, медь — медью и т.д.

 
 
 

Цветные металлы и сплавы

  

 

 Сплавы  цветных металлов применяют для  изготовления деталей, работающих  в условиях агрессивной среды,  подвергающихся трению, требующих большой теплопроводности, электропроводности и уменьшенной массы. 

Медь— металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и  стойкостью против атмосферной коррозии. Прочность невысокая: ав = 180... ...240 МПа  при высокой пластичности б>50%. 

 Латунь  — сплав меди с цинком (10...40 %), хорошо поддается холодной  прокатке, штамповке, вытягиванию  <7ь = 25О...4ОО МПа, 6=35..15%. При маркировке  лату-ней (Л96, Л90, ..., Л62) цифры указывают  на содержание меди в процентах.  Кроме того, выпускают латуни многокомпонентные, т. е. с другими элементами (Мп, Sn, Pb, Al). 

Бронза  — сплав меди с оловом (до 10%), алюминием, марганцем, свинцом и другими  элементами. Обладает хорошими литейными  свойствами (вентили, краны, люстры). При  маркировке бронзы Бр.ОЦСЗ-12-5 отдельные индексы обозначают: Бр — бронза, О — олово, Ц — цинк, С —свинец, цифры 3, 12, 5-—содержание в процентах олова цинка, свинца. Свойства бронзы зависят от состава: бв=15О...21О МПа, б=4...8%, НВ60 (в среднем). 

 Алюминий  — легкий   серебристый металл, обладающий низкой прочностью при растяжении — аа = 80... ...100 МПа, твердостью — НВ20, малой плотностью — 2700 кг/м3, стоек к атмосферной коррозии. В чистом виде в строительстве применяют редко (краски, газооб-разователи, фольга). Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки (Мп, Си, Mg, Si, Fe) и используют некоторые технологические приемы. Алюминиевые сплавы делят на литейные, применяемые для отливки изделий (силумины), и деформируемые (дюралюмины), идущие для прокатки профилей, листов и т.п. 

 Силумины  — сплавы алюминия с кремнием (до 14%), они обладают высокими  литейными качествами, малой усадкой,  прочностью ои = 200 МПа, твердостью  НВ50...70 при достаточно высокой  пластичности 6== =5...10 %. Механические  свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования. При этом увеличивается степень дисперсности кристаллов, что повышает прочность и пластичность силуминов.

Дюралюмины  — сложные сплавы алюминия с медью (до 5,5 %), кремнием (менее 0,8%). марганцем (до 0,8 %), магнием (до 0,8 %) и др. Их свойства улучшают термической обработкой (закалкой при температуре 500...520°С с последующим старением). Старение осуществляют на воздухе в течение 4...5 сут при нагреве на 170°С в течение 4...5 ч. 

Термообработка  алюминиевых сплавов основана на дисперсном твердении с выделением твердых дисперсных частиц сложного химического состава. Чем мельче частицы новообразований, тем выше эффект упрочнения сплавов. Предел прочности дюралюминов после закалки и старения составляет 400...480 МПа и может быть повышен до 550...600 МПа в результате наклепа при обработке давлением. 

В последнее  время алюминий и его сплавы все  шире применяют в строительстве  для несущих и ограждающих  конструкций. Особенно эффективно применение дюралюминов для конструкций  в большепролетных сооружениях, в сборно-разборных конструкциях, при сейсмическом строительстве, в конструкциях, предназначенных для работы в агрессивной среде. Начато изготовление трехслойных навесных панелей из листов алюминиевых сплавов с заполнением пенопластовыми материалами. Путем введения газообразователей можно создать высокоэффективный материал пеноалюминий со средней плотностью 100...300 кг/м3  

Все алюминиевые  сплавы поддаются сварке, но она  осуществляется более трудно, чем  сварка стали, из-за образования тугоплавких оксидов АЬОз. 

Особенностями дюралюмина как конструкционного сплава являются: низкое значение модуля упругости, примерно в 3 раза меньше, чем у стали, влияние температуры (уменьшение прочности  при повышении температуры более 400°С и увеличение прочности и пластичности при отрицательных температурах); повышенный примерно в 2 раза по сравнению со сталью коэффициент линейного расширения; пониженная свариваемость. 

 Титан  за последнее время начал применяться  в разных отраслях техники  благодаря ценным свойствам: высокой коррозионной стойкости, меньшей плотности (4500 кг/м3) по сравнению со сталью, высоким прочностным свойствам, повышенной теплостойкости. На основе титана создаются легкие и прочные конструкции с уменьшенными габаритами, способные работать при повышенных температурах. 

Технологии  подготовки поверхности металла 
 

Надёжная  антикоррозионная защита металла возможна только при высоком уровне подготовки поверхности. 

Перед нанесением антикоррозионного лакокрасочного материала необходимо, прежде всего, выбрать технологию и метод подготовки поверхности металла перед окраской. 

Существуют  механические и химические методы подготовки поверхности. Механические методы имеют  ряд ограничений в применении и не способны обеспечить хорошие  защитные свойства лакокрасочных покрытий, особенно при их эксплуатации в жёстких условиях. В настоящее время широкое распространение получили химические методы подготовки поверхности. Данные методы позволяют обрабатывать изделия любой формы и сложности, легко поддаются автоматизации и обеспечивают высокое качество поверхности окрашиваемых изделий. 

Как выбрать  технологический процесс подготовки поверхности?

Какую схему подготовки поверхности следует  выбрать для разных металлов, различных  лакокрасочных покрытий и условий эксплуатации? Давайте обо всём по порядку. 

Выбор технологии подготовки поверхности  зависит от трёх основных факторов: условий эксплуатации окрашенных изделий, типа металла и применяемого лакокрасочного покрытия. 

С точки  зрения подготовки поверхности металлы можно разделить на две категории: 

• чёрные металлы — сталь, чугун и др.; 

• цветные  металлы — алюминий, сплавы цинка, титана, меди, оцинкованная сталь и  др. 

Для подготовки поверхности чёрных металлов применяют  фосфатирование, для обработки цветных  металлов — фосфатирование или хроматирование. При одновременной обработке цинка и алюминия с чёрными металлами предпочтение отдают фосфатированию. Пассивирование применяют на заключительной стадии после операций фосфатирования, хроматирования и обезжиривания. 

Технологические процессы подготовки поверхности изделий, эксплуатирующихся внутри помещений, могут состоять из 3-5 стадий. 

Практически во всех случаях после проведения химической подготовки поверхности  изделия сушат от влаги в специальных  камерах. 

Полный  цикл химической подготовки поверхности  выглядит так: 

• обезжиривание; 

• промывка питьевой водой; 

• нанесение  конверсионного слоя; 

• промывка питьевой водой; 

• промывка деминерализованной водой; 

• пассивация. 

Технологический процесс кристаллического фосфатирования предусматривает стадию активации непосредственно перед нанесением конверсионного слоя. При применении хроматирования могут быть введены стадии осветления (при использовании сильнощелочного обезжиривания) или кислотной активации. 

Выбор технологии, обеспечивающей высокое качество подготовки поверхности перед окраской, обычно ограничен размерами производственных площадей и финансовыми возможностями. Если таких ограничений нет, то следует выбирать многостадийный технологический процесс, гарантирующий необходимое качество получаемых лакокрасочных покрытий.