Бронза представляет собой сплав тускло-золотого цвета, который состоит в основном из меди с добавлением других элементов: олово, алюминий, фосфор, кремний, мышьяк, марганец. Такие сплавы обладают различными свойствами: пластичность и прочность, коррозийная устойчивость и долговечность, высокая электро- и теплопроводимость.

Благодаря своим свойствам бронзовые сплавы широко применяют в строительстве, промышленности, в отоплении и водоснабжении, транспортировке топлива.

Особенности применения бронзовых труб

Чаще всего бронзовые трубы не используются по прямому назначению. Они служат промежуточным звеном в длительном цикле производства. Их прессуют, штампуют, режут с целью получения конечного продукта.

Эксплуатационные характеристики труб определяются маркой бронзового сплава, используемого при изготовлении. Алюминиевые бронзы (БрАМц 9-2, БрАЖ9-4, БрАЖН 10-4-4) содержат от 6% до 12% алюминия, до 6% железа и до 6% никеля. Комбинации этих металлов обеспечивают повышенную прочность, аналогично прочности низколегированной стали, в сочетании с отличной устойчивостью к коррозии и износу. По этой причине трубы из алюминиевой бронзы используют в производстве оборудования, подшипников и клапанов, взаимодействующих с агрессивной средой (в судостроении при взаимодействии с морской водой), в авиационной промышленности. Бронзовые трубы прессованные сплавов БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖМ 10-3-1,5 используют для изготовления сепараторов (часть подшипника качения).

Оловянные бронзы содержат от 0,5% до 1,0% олова и от 0,01% до 0,35% фосфора. Они также имеют выраженные антифрикционные и антикоррозийные свойства. Отличаются жесткостью, прочностью, низким коэффициентом трения. Содержание олова повышает стойкость к коррозии и прочности на разрыв, в то время как содержание фосфора увеличивает износостойкость и жесткость. Оловянные бронзы используются при изготовлении контрольно-измерительных приборов, арматуры, отливки подшипников.

Помимо алюминиевой и оловянной бронзы существуют кремниевая бронза (используется при изготовлении в производстве насосов и компонентов клапанов). Бериллиевая бронза используется при изготовлении деталей для работы в агрессивной среде. Марганцевая бронза используется для изготовления паровой арматуры. Свинцовая – при производстве вкладышей подшипников скольжения.

Определение качества бронзовых труб

Бронзовые трубы должны иметь чистую поверхность без раковин, трещин, расслоения металла и плены. Допускаются небольшие отклонения в виде поверхностных дефектов, вмятин или царапин, если выявленные дефекты соответствуют допустимым нормам отклонения. Не допускается содержание неметаллических включений, пресс-утяжины или расслоения. Поверхность бронзовых труб может иметь цвет побежалости или быть кольцеватой.

Разновидности бронзовых труб

Трубы изготавливают из сплавов бронзы, по разным государственными стандартами, техническими условиями. Помимо того, они различаются следующими особенностями:

• Марка сплава. Алюминиевая бронза, оловянная, свинцовая и др.;
• Сечение. По сечению бронзовые трубы изготавливают овальными, круглыми и плоскоовальными;
• Метод изготовления. Трубы изготавливают методами холодной и горячей деформации;
• Длина. Длина труб бывает мерной и немерной;
• Особые характеристики. При необходимости бронзовые трубы изготавливают с повышенными показателями пластичности, отожжёнными и др.

УГМК-ОЦМ предлагает поставку бронзовых труб, изготовленных с применением нового оборудования и технологий. Поставляемые предприятием бронзовые трубы обладают европейским уровнем качества, продолжительным сроком эксплуатации, надёжностью.

Главная — Металл Сервис

черный металлопрокат

Черный металлопрокат — это продукция металлургической промышленности, получаемая на прокатных станах путем горячей, теплой или холодной прокатки черной стали различных марок.

Цветной металлопрокат

Цветной металлопрокат — это изделия, выполненные из цветных металлов с помощью метода прокатки. К цветным металлам, прежде всего, относится никель, медь, цинк, олово, алюминий, золото, титан, серебро, различные редкоземельные, радиоактивные и тугоплавкие металлы.

Нержавеющий металлопрокат

Нержавеющий металлопрокат — это прокат, содержащий в своем составе легирующие добавки в виде хрома, никеля, марганца и других металлов. Нержавеющая сталь, в отличие от черного проката, отличается высокой стойкостью к коррозии, долговечностью в эксплуатации и гигиеничностью.

основные партнеры

Технология и механизм покрытия медь-олово (белая бронза). Влияние Zn.

Содержание:

1. Что такое бронза?

2. Общие сведения о гальванических белых бронзах.

3. Осаждение бронзы из простого электролита без добавок.

4. Цианидный электролит белого бронзирования.

5. Нецианидный электролит белого двухкомпонентного бронзирования.

6. Особенности гальванических белых бронз с цинком.

Бронза является сплавом меди и олова. Металлургические бронзы кроме этого обычно содержат еще несколько легирующих добавок. Гальванические же бронзы практически всегда двух- или трехкомпонентны, причем в качестве третьего компонента часто выступает цинк.

Сегодня покрытия бронзами ограниченно применяются в промышленности, по сравнению с оловом, цинком или никелем. Во многом здесь сказался исторический фактор, т.к. ранее никель был дефицитным и его замена белой бронзой была экономически оправдана, несмотря на то, что само по себе бронзирование сложнее, чем никелирование.  Сегодня ситуация поменялась — никель и олово равнодоступны для предприятий и находятся примерно в одной ценовой категории. Но, все же, гальванические бронзы обладают рядом уникальных свойств, из-за которых они имеют право на жизнь.

Сами по себе гальванические бронзы делятся на белые (Sn 40-50%) и желтые (Sn 10-20%). В данной статье речь пойдет о процессе осаждения белой бронзы.

Гальванические белые бронзы далее разделяются на два основных подвида:
• Двухкомпонентные (медь-олово). Классическим считается состав с 40% олова, хотя эта цифра может колебаться в пределах 35-50%;

Покрытия белыми бронзами имеют ряд общих свойств:
• Любые белые бронзы устойчивы к коррозии в обычной воздушной атмосфере.
• При нагревании до 300^о С на воздухе они окисляются.

Рисунок 1 — Результат термического окисления белой бронзы на алюминиевом контакте с подслоем никель-фосфор. Нагревание выполнено путем приваривания контакта к алюминиевой шине.

• Пористость покрытий белыми бронзами меньше, чем у никеля на аналогичных толщинах.
• Белые бронзы имеют высокий коэффициент отражения света и могут применяться в рефлекторах.
• В серосодержащих промышленных атмосферах белые бронзы обладают гораздо более стабильным переходным сопротивлением, чем серебро, что определяет главную область их применения — защита электроконтактов.
• Электроосажденная белая бронза является катодом к латуни в морской воде, поэтому она не должна иметь пор и повреждений, доходящих до основы.

Существует и ряд отличий между двух- и трехкомпонентной белой бронзой:
• При отсутствии цинка белая бронза ближе по цвету к олову, с цинком — ближе к никелю. Цинкосодержащие бронзы имеют яркие блестящие поверхности даже при концентрации олова значительно ниже 20% масс.
• Цинксодержащие бронзы по совокупности параметров осаждаются на 40% быстрее, чем соответствующие двойные сплавы.
• Цинкосодержащие бронзы менее пористы, чем свободные от цинка.
• Бинарная бронза с высоким содержанием олова тверже по сравнению с тройными сплавами, что делает их предпочтительным выбором, если требуется устойчивость к царапинам, износу и эрозии.
• Цинксодержащие белые бронзы нашли применение при покрытии высокочастотных электроконтактов (рисунок 2).

Рисунок 2 — Примеры высокочастотных электроконтактов с покрытием белой бронзой.

• Потенциал двухкомпонентной бронзы более катодный по отношению к латуни, чем трехкомпонентной.
• Сопротивление анодной поляризации у двухкомпонентной бронзы выше, чем у трехкомпонентного сплава.
• У двухкомпонентной бронзы коррозия идет локально, у трехкомпонентной — равномерно и однородно.
• В морской среде коррозионная стойкость двухкомпонентной бронзы выше, чем трехкомпонентной.
    
Диаграмма теплового равновесия бронз (рисунок 3) имеет сложный характер.

Рисунок 3 — Диаграмма теплового равновесия бронз.

Имеется целый ряд возможных фаз, которые не обязательно являются равновесными, стабильными при комнатной температуре. Большое количество неравновесных и интерметаллических фаз существует вплоть до 50% олова.

Само по себе гальваническое осаждение бронзы также является неравновесным процессом, что еще более усложняет дело. Т.е в электроосажденном сплаве могут присутствовать фазы, которые обычно не стабильны при комнатной температуре.

Ранние рентгеноструктурные исследования Бехарда и позднее Рауба и Соттера подтвердили, что фазы в электроосажденных бронзах существуют в более широком диапазоне составов, чем те, которые можно найти в металлургических бронзах.

Принципиальным моментом в кинетике осаждения классической белой бронзы является высокая разность стандартных потенциалов меди и олова. Еще более трудным случаем является осаждение трехкомпонентного сплава, т.к. у всех трех металлов потенциалы сильно отличаются. Данное обстоятельство означает, что без применения лигандов и функциональных добавок соосаждение меди, олова, и, тем более, цинка, будет невозможно. Наиболее популярными лигандами являются цианиды.

Большую роль в вопросе состава получаемого сплава играет рабочая плотность тока. В целом, связь между плотностью тока и составом сплава при нерегулярном (аномальном) соосаждении является сложной и обычно непредсказуемой. При нормальном соосаждении Cu осаждается при более положительном потенциале, чем Sn, при аномальном — наоборот. Однако C.T.J.Lowetal. продемонстрировали, что как нормальное осаждение сплава, так и аномальное, может быть достигнуто в зависимости от концентрации меди и добавок в ваннах.

Рауб и Сауттер показали, что твердость гальванических бронз достигает максимума около 550 VHN при 40% Sn. Т.е первым фактором здесь выступает состав сплава. Это согласуется с исследованиями, проведенными Раманатаном, который получил максимальную твердость 520 VHN при том же составе. Мензис обнаружил, что микротвердость бронз увеличивается с повышением температуры ванны. Максимальная твердость была получена из цианидной ванны при 70°C, хотя этот осадок не имел самого высокого содержания олова. Таким образом, твердость гальванических бронз связана также с температурой ванны, а не только с составом или структурой покрытия.
  

Невозможность осаждения бронз из простых ванн без добавок подтверждается экспериментально.

На рисунке 4 показаны кривые циклической вольтамперометрии при осаждении из электролитов, содержащих медь, олово и одновременно медь с оловом. Добавки, кроме серной кислоты, и лиганды в электролит не вводились. Процесс велся на стальном вращающемся дисковом электроде при скоростях 0, 100 и 500 оборотов в минуту.

Рисунок 4 — Циклические вольтамперограммы на стальном вращающемся дисковом электроде в электролитах: а — 0,1М CuSO₄, b — 0,1М SnSO₄, c — 0,1М CuSO₄ + 0,1М SnSO₄. Во всех случаях в электролиты вводили 1,4М H₂SO₄. Добавки не применялись.

На кривых точно видны два потенциала: начала восстановления и анодного растворения указанных металлов.

Восстановление Cu²⁺ до Cu⁰ начиналось в диапазоне от -0,017 до -0,112 В, в зависимости от скорости вращения электрода (рисунок 4а). При анодной поляризации наблюдались одиночные скачки тока, появляющиеся при 0,05 В и имеющие разные площади пиков.

В случае олова (рисунок 4b) потенциал начала восстановления находился в диапазоне от -0,464 до -0,414 В, в зависимости от скорости вращения электрода. После начала процесса плотность тока скачкообразно возрастала при -0,5 В и впоследствии уменьшалась.

При совместном присутствии в электролите меди и олова без добавок (рисунок 4c) первый потенциал начала восстановления меди составлял -0,022 В при 0 об/мин, -0,134 В при 100 об/мин и -0,196 В при 500 об/мин. Предельный ток достигался при -0,48В. При дальнейшей катодной поляризации от -0,5В плотность тока снова увеличивалась, что говорило о начале восстановления олова.

Таким образом, в смешанном растворе на катодных ветвях вольтамперограммы обнаруживались два четко разделенных скачка тока, характеризующих восстановление меди и олова. Это означает, что соосаждения их не было и бронза не образовывалась.

Поскольку медь предпочтительнее восстанавливается из-за ее более положительного стандартного потенциала, в электролите без добавок и лигандов на катоде меди осаждалось гораздо больше, чем олова. Это согласуется с профилем сканирования в режиме анодной поляризации. Большие пики анодного растворения обнаруживались в диапазоне от 0,18 до 0,28В в электролите, содержащем только медь (рисунок 4а), и от -0,44 до -0,38В в электролите, содержащем только олово (рисунок 4b). В смешанном же растворе наблюдались очень маленькие пики между -0,45 и -0,42 В и большой пик при 0,167 В. Таким образом, это является еще одним доказательством того, что электрохимическое восстановление в смешанном растворе Cu/Sn в основном приводит к осаждению меди.

4. Цианидный электролит белого бронзирования.

Этот тип ванны, вероятно, наиболее широко изучен и имеет наибольшее коммерческое значение. Состав ванны включает цианидные комплексы меди с избытком свободных цианидов натрия или калия, а также гидроксиды и станнаты в различных количествах, в зависимости от состава требуемого осадка. Цианиды калия лучше натрия с точки зрения электропроводности.

Основными недостатками цианидных ванн является токсичность и склонность к карбонизации на воздухе. Последний фактор особенно обостряется, если ванна работает с сильным нагревом.

Блескообразователи играют важную роль в этих ваннах, могут влиять на кинетику процесса и физические свойства осадков. При введении соответствующих добавок из цианидных электролитов образуются гладкие, яркие и почти зеркальные бронзовые покрытия. Добавки могут быть неорганическими или органическими по своей природе, многие из них зашифрованы и запатентованы.

Установлено, что повышение температуры увеличивает выход покрытия по току, повышает содержание олова в осадке и его твердость. Однако, при нагреве цианид натрия разлагается гораздо быстрее, особенно  при температурах выше 65°С. При температурах же ниже 40°С олово почти не осаждается и образуются осадки, состоящие в основном из меди.

При увеличении плотности тока резко снижается выход по току. При осаждении белой бронзы диапазон допустимых плотностей тока уже, чем для желтой.

Установлено, что состав сплава, полученного при различных плотностях тока, изменяется, но неравномерно. Некоторые исследователи сообщали, что с ростом плотности тока содержание олова в осадке увеличивается, однако были и противоположные мнения.

 
4.3 Влияние концентраций цианидов и гидроксидов.

  
С увеличением концентрации цианидов и гидроксидов в ванне происходит заметное снижение катодного выхода по току.

Было обнаружено, что увеличение содержания свободных гидроксидов в ванне значительно снижает скорость осаждения олова, но почти не влияет на скорость осаждения меди.

Увеличение содержания свободного цианида значительно снижает скорость осаждения меди и оказывает гораздо меньшее влияние на скорость осаждения олова.

Это можно резюмировать следующим образом: увеличение содержания гидроксида уменьшает содержание олова в покрытиях, а увеличение содержания цианида увеличивает.
 

Значительное увеличение содержания олова в ванне приводит к возрастанию количества олова в покрытии всего на несколько процентов. Повышение концентрации металлов в ванне в целом увеличивает выход по току.
 

 
Карбонаты в цианидной ванне накапливаются различными способами. Они могут образовываться при взаимодействии атмосферного углекислого газа с гидроксидами или при его взаимодействии с разлагающимися цианидами в присутствии кислорода. Карбонаты могут также образовываться на аноде при разложении цианидов.

Установлено, что определенное количество карбоната оказывает благоприятное действие на процесс осаждения белой бронзы за счет увеличения электропроводности раствора и, таким образом, увеличения рассеивающей способности. Установлено, что содержание карбоната калия до 100 г/л увеличивает РС бронзовых ванн. Дальнейшее увеличение содержания карбоната калия выше этого значения приводит к снижению РС.

Увеличение содержания карбоната калия в гальванической ванне приводит также к снижению выхода по току.

 
Общепринято, что олово осаждается из раствора посредством простых ионов, которые образуются при гидролизе или диссоциации станнатного комплекса:

SnО₃^2- + 3H₂О → Sn⁴⁺ + 6OH^—

затем:

Sn⁴⁺ + 4e → Sn⁰

Возможен и прямой разряда комплекса:

SnО₃^2- + 3H₂О + 4e → Sn⁰ + 6ОH^—

Приведенная выше реакция показывает, что на каждый атом осажденного олова приходится шесть гидроксильных ионов. Это приводит к чрезмерному росту рН в диффузионном слое катода.

Диссоциация цианидного комплекса меди идет по реакции:

Cu(CN)₃^2- → Cu⁺ + 3CN^—

Cu⁺ + e → Cu 

Первая реакция диссоциации не так проста, как может показаться. Изменение концентрации свободного цианида в растворе оказывает необычное влияние на электродный потенциал. По мере разбавления раствора было бы разумно предположить, что электродный потенциал станет более отрицательным или менее благородным, как для электродов в растворах простых ионов. Однако электродный потенциал для меди становится более положительным (более благородным), поскольку раствор цианида становится более разбавленным. Одна из теорий объясняет это тем, что при изменении концентрации цианида происходят различные электродные реакции и наблюдаемый потенциал представляет собой смесь потенциалов, связанных с несколькими реакциями разряда.

Ряд комплексов, образующихся при увеличении концентрации цианида в растворе, может быть следующим:

 
Cu(CN)^2- → Cu(CN)₃^2- → Cu (CN)₄^3-

Все эти комплексы существуют в растворе и их потенциал возрастает с увеличением числа цианидных лигандов. Таким образом, потенциал становится более отрицательным по мере увеличения содержания цианида в ванне.

При введении ряда добавок в сернокислый нецианидный раствор бронзирования кинетика осаждения покрытия изменяется. Циклическая вольтамперометрия в электролите с четырьмя функциональными добавками проводилась при скорости сканирования 50 мВ/с и вращении стального дискового электрода 100 об/мин. На рисунке 5а показаны кривые, полученные в растворе, содержащем две специальных добавки.

Рисунок 5 — Поляризационная кривая осаждения сплава медь-олово в электролите, состоящем из 0,1М CuSO₄ и 0,1М SnSO₄ в 1,4 М H₂SO₄ с: а — отдельными добавками, b — с хелатирующим лигандом, c — с антипиттинговой добавкой.

При введении добавок потенциал начала восстановления меди сдвигался к более отрицательному значению, а предельная плотность тока снижалась. Теоретически вводимые в исследовании добавки не диссоциируют в ванне при pH<1,0, что намного ниже их значений pK_a. Однако с  ними могут образовываться комплексы Cu²⁺ в прикатодной области, где рН выше за счет выделения водорода.

Согласно рисункам 5b и с, в присутствии хелатирующего агента или антипиттинговой добавки потенциал начала восстановления меди смещался в сторону потенциала выделения олова. В то же время потенциал восстановления олова не менялся и равнялся -0,484 В независимо от присутствия этих компонентов. Общая предельная плотность тока снижалась.

На рисунке 6а показаны результаты измерений в диапазоне потенциалов от 0,6 до -0,6 В в электролите, содержащем две комплексные добавки, хелатирующий лиганд и антипиттинговую добавку. Видно, что восстановление начиналось примерно с -0,2 В, большой пик тока проявлялся около -0,43 В. На этом графике потенциал начала восстановления олова пересекался с потенциалом восстановления меди, что означало возможность сплавообразования.

Рисунок 6 — Циклические вольтамперограммы осаждения сплава медь-олово в электролите, состоящем из 0,1М CuSO₄ и 0,1М SnSO₄ в 1,4М H₂SO₄ со всеми добавками: а — вся кривая, b — увеличение отдельной области кривой.

При сканировании в анодную область крупные пики тока были видны при -0,5В (олово) и 0,13 В (медь) соответственно, что свидетельствовало об успешном осаждении Cu-Sn в этих условиях. В отличие от осаждения меди и олова без добавок, где площадь пика растворения меди значительно превышала площадь пика растворения олова. Кроме того, на потенциалы восстановления практически не влияла скорость вращения дискового электрода. Т.е. влияние массоопереноса при осаждении бронзы в электролите с добавками было незначительным (рисунок 4b).

На рисунке 7 показаны цвета покрытий бронзой в зависимости от плотности тока и времени нанесения гальванического покрытия.

Рисунок 7 — Влияние плотности тока и времени осаждения на цвет получаемой бронзы.

Видно, что рост плотности тока приводит к изменению цвета покрытия от белого к красному. Это означает, что с ростом плотности тока доля осаждаемой меди в сплаве увеличивается.

На рисунке 8 показаны электронномикроскопические изображения поверхности Cu-Sn после осаждения из электролита со всеми четырьмя добавками.

Рисунок  8 — СЭМ-изображения поверхности покрытий сплавом Cu-Sn, осажденных в смешанном растворе, в зависимости от плотности тока при А/дм²: а — 0,5, b — 1, c — 2, d — 3, e — 5, f — 6. В зависимости от времени при 1 А/дм²: g — 10 минут, h — 20 минут и i — 45 минут.

На них видна компактная структура и однородная морфология поверхности, причем размер зерен увеличивался одновременно с плотностью тока (рисунок 8a-f) и временем осаждения (g-i).

Изображение поперечного сечения этого покрытия приведено на рисунке 9a. Видно, что  покрытие компактное, однородное и это согласуется с предыдущими данными.

Результаты EDS-анализа данного шлифа с картированием приведены на рисунке 9 (Cu и Sn). Как медь, так и олово демонстрируют равномерное распределение по шлифу без агломераций.

Рисунок 9 — Комплексные данные: a — СЭМ-изображение поперечного сечения пленки сплава Cu-Sn, осажденной при 1 А/дм² в течение 30 минут с результатами EDS шлифа для меди и олова; b,c — график содержания меди и олова на поверхности покрытия сплавом Cu-Sn в зависимости от плотности тока и времени осаждения соответственно.

Рисунок 9b показывает, что при минимальной плотности тока осаждается сплав с 50% олова. Эта доля постоянно уменьшается, доходя до 35% по мере увеличения плотности тока, что хорошо согласуется с результатом оценки цвета покрытия (рисунок 7). Таким образом, на ярко-белый цвет поверхности влияет именно соотношение Sn/Cu, а не размер и толщина зерна, связанные с плотностью тока.

На основании рентгено-фазового анализа (рисунок 10) можно заключить, что пленки сплава Cu-Sn в основном состоят из меди и олова с включениями интерметаллидов Cu_6.26Sn₅ и Cu₆Sn₅ для всех образцов, независимо от плотности тока.

Рисунок 10 — Рентгенограммы пленок сплава Cu-Sn, осажденных при плотностях тока от 0,5 до 6 А/дм² в смешанном растворе с четырьмя функциональными добавками.

По мере увеличения плотности тока интенсивность пиков на углах 42,6^о и 78,6^о, которые соответствуют интерметаллическим соединениям Cu_6.26Sn₅ / Cu₆Sn₅ (карты JCPDS №47-1575 и №45-1488) и оксидам олова SnO/SnO₂ (карты JCPDS №06-0395 и № 41-1445), постепенно уменьшалась. Это происходило из-за увеличения количества Cu/Cu₂O и уменьшения количества металлического Sn на поверхности покрытия. Данный результат согласуется с результатами EDS-анализа.

Состав поверхности сплава Cu-Sn можно уточнить на основании РФЭС-анализа, результаты которого приведены на рисунке 11. Спектры высокого разрешения Cu 2p_3/2 в основном показывали пики Cu^0/1+ при 933,0 эВ (0,5 A/дм²) и 932,7 эВ (6 А/дм²) с очень маленьким проявлением Cu²⁺. Это означает, что в поверхностном слое сплава Cu-Sn в основном преобладает Cu₂O/Cu. При повышенных плотностях тока пик Cu  2p_3/2 немного сдвигался в сторону более низких энергий связи из-за большей доли меди в составе Cu-Sn.

Напротив, в случае Sn 3d_5/2, Sn⁴⁺ в основном обнаруживался при 486,7 эВ, что означает, что SnO₂ в основном образуется на внешнем, поверхностном слое Cu-Sn спонтанным окислением олова. Более того, пик Sn⁴⁺ практически не зависел от плотности тока. Пик же Sn⁰⁰ при интенсивности 485,3 эВ уменьшался с увеличением плотности тока.

Таким образом, можно предположить, что при плотностях тока выше 3 А/дм² самый верхний слой покрытия Cu-Sn в основном состоит из Cu₂O/SnO₂.
При плотностях тока ниже 2А/дм² внешний слой представлен чистым сплавом Cu-Sn, что соответствует рисунку 7, где ярко-белый цвет наблюдался именно при низких плотностях тока.

Рисунок 11 — Спектры РФЭС высокого разрешения для покрытий Cu-Sn, осажденных при плотностях тока от 0,5 до 6 А/дм² в смешанном растворе.

Коррозионная стойкость покрытия Cu-Sn на стали оценивалась поляризационными испытаниями в 0,1М растворе NaCl. Рисунок 12 демонстрирует, что на ток коррозии явно влияет плотность тока, на которой проводилось осаждение сплава.

Рисунок 12 — Коррозионные кривые покрытия Cu-Sn, осажденного на сталь при разных плотностях тока. Коррозионная среда — 0,1М раствор NaCl.

Сплав Cu-Sn, осажденный при плотности тока 1 А/дм² показал лучшую коррозионную стойкость. Возможно, этому способствовала компактная и однородная поверхность. Также немаловажно, что более высокие плотности тока приводят к дефициту олова в покрытии или к образованию окисленных форм олова, таких как SnO и SnO₂, что также способствует ухудшению коррозионной стойкости покрытия.

Более подробно о коррозионной стойкости белой бронзы рассказано в статье.

Как уже упоминалось ранее, состав, структура и свойства белых бронз с цинком и без него отличаются. Для удобства данные, относящиеся к цинксодержащей бронзе приведены в сравнении с безцинковой.

На рисунке 13 представлены электронномикроскоопические изображения тонких покрытий белой бронзой с введением цинка и без него. На изображениях, не содержащих цинка, видны элементы размером менее 50 нм. Такие наноструктуры являются результатом введения добавок, которые ингибируют рост кристаллов и способствует измельчению зерна. В результате шероховатость поверхности становится намного меньше, чем длина волны света.

Пленки бронзы, содержащие цинк, напротив, имеют гораздо менее заметные наноструктуры. В частности, поверхность кажется покрытой некогерентным слоем, который, если его держать под электронным лучом, быстро меняет форму, что свидетельствует о высоком углеродном загрязнении, которое невозможно удалить с поверхности. Это связано с химической природой добавок, что приводит к большему количеству поверхностных примесей в цинкосодержащих бронзах.

Рисунок  13 — СЭМ-изображения морфологии поверхности Zn-содержащей белой бронзы (a, c, e, левый столбец, соответственно толщиной 0,5, 1,0 и 1,5 мкм) и белой бронзы без Zn (b, d, f,правый столбец соответственно толщиной 0,5, 1,0 и 1,5 мкм).

Микроизображения поперечных шлифов даны на рисунке 14.

Рисунок 14 — Микроизображения покрытий толщиной 1,5 мкм: а — Zn-содержащая белая бронза, b —  белая бронза, не содержащая цинка.

На рисунке 15 приведены результаты рентгено-фазового анализа цинксодержащей белой бронзы. Видны пики подложки α-латуни (черный), β-латуни (зеленый) и интерметаллидов в покрытиях — Cu₆Sn₅ (желтый) и Cu₅Zn₈ (синий).

Рисунок 15 — Смоделированные (сплошная красная линия) и экспериментальные (пунктирная черная линия) рентгеновские дифрактограммы: а  — цинксодержащих, б — не содержащих цинка бронз.

Наличие фазы Cu₅Zn₈ в цинковой бронзе доказать труднее, так как ее пики сильно накладываются на пики Cu₆Sn₅ и латунной подложки ((110) на 42,8^о β-латуни). Полный анализ структуры дает размер кристаллитов 70 (± 5) нм для бронзы, содержащей цинк, и 50 (± 5) нм для бронзы, не содержащей цинка (изотропное приближение).

По результатам РФЭС-анализа было обнаружено, что в цинксодержащей бронзе значительная доля олова на поверхности была металлической, а цинк находился в форме оксидов (Zn⁰ при 1021,8 эВ, оксид Zn при 1022,1 эВ).

Как различать латунь и бронзу

Если идентифицировать чистую медь от ее сплавов – задача вполне посильная в домашних условиях, то уловить отличия между латунью и бронзой достаточно сложно. Основная причина тому – существование множества марок указанных соединений. Например, латунь представляет сплав меди с цинком в качестве базового легирующего компонента. Но содержание Zn в соединении изменяется в широком диапазоне величин: 4 – 45%. Естественно, что высокомедная латунь марки Л96 будет существенно отличаться от Л59-1.

Латунные шайбы марки Л96

Ситуация с бронзой даже более сложная. Это сплав на базе с оловом, а также прочих элементов, включая неметаллические (отличать от латуни сложно). Альтернативно, существует безоловянная бронза. В подобных соединениях основной легирующей добавкой выступают: алюминий, бериллий, марганец, кремний или магний. Результат – существование значительных различий в химическом составе металлических сплавов усложняет отождествление даже латуней или бронз между собой.

Втулки из безоловянной бронзы, марки БрА9Ж3

Как видно из 2-х верхних фотографий с изображениями деталей из латуни и бронзы – различить эти 2 металла (сплава) визуально практически невозможно, это по силам, пожалуй, лишь специалисту проработавшему всю жизнь с этими сплавами меди.

Единственный верный способ определить тип соединения остается спектральный анализ, с помощью анализатора, который помогает различать разные металлы и сплавы. Представленные далее методики отличия бронзы от латуни в домашних условиях следует воспринимать достаточно осторожно. Помните! Ни один из способов не дает гарантированного результата.

Смотрите схожие статьи:

Визуальный подход

Сплавы, обладающие высоким содержанием основного легирующего компонента, вполне доступно распознать по окраске. Методика, как визуально отличить латунь от бронзы состоит в следующем:

1. Латунь (brass) – сплав с высоким содержанием цинка. Это обуславливает смещение цвета соединения от розово-красного оттенка чистой меди к золотисто-желтым тонам. Можно уверенно сказать, что окрас латуни ближе к золоту. Хотя лом латуни бывает в разном виде и разном состоянии и тут “глазами” уж точно непросто определить, тоже касается и лома бронзы.
2. Бронза (bronze). Количественное содержание в составе сплава олова обуславливает цвет соединения. Бронза с максимальным вхождением Sn на уровне 33%, характеризуется серебристо-белым цветом. Сплав, содержащий от 90% меди, заимствует и ее окрас – ближе к коричнево-красным тонам.

Поскольку на практике, соединения с высоким вхождением олова встречаются редко, то можно доверять следующему правилу. Латунь – золотисто-желтый оттенок, бронза – красноватый.

Чистая физика

Плотности медных сплавов – следующий критерий как отличить латунь от бронзы. Однако бытующее мнение, что весы дадут однозначный ответ, неверно. Подтверждение тому предоставляют плотности соединений:

• латунный прокат – 8.4 – 8.7;
• желтая латунь – 8.43;
• бронза – 7.4 – 8.9.

Все величины приведены в г/куб.см. Как видно, вес бронзы, аналогично цвету, сильно зависит от содержания олова. При его вхождении на уровне 8% – плотность соединения минимальна и ниже аналога у латуни. Повышение содержания олова, приводит к утяжелению сплава. Результат, такая бронза весит больше латуни. Поэтому, использовать массу, как отличительный критерий медных сплавов, на практике не рекомендуется.

В данном видео изложен принцип расчета и определения металла исходя из веса и плотности:

Как отличить латунь от бронзы магнитом

Пределу человеческих заблуждений нет лимита. Большинство обывателей уверено, что магнит в состоянии дать однозначный ответ. Чтобы удостовериться так ли это, вернемся к химическому составу сплавов. Из основных компонентов соединений: медь, олово, цинк, алюминий, железо и никель, только последняя пара обладает магнитными свойствами. Результат, притягиваться к магниту способны исключительно марки сплавов, содержащие Fe и Ni. Это бронзы БрАЖ, например.

Наибольшей магнитной восприимчивостью обладает сплав БрАЖН -10-4-4, где общая доля железа и никеля составляет 7 – 11%. Однако, чтобы получить ощутимый эффект потребуется мощный магнит, к примеру неодимовый. Среди латуней, марки содержащие железо или никель – ЛАЖ и ЛАН, соответственно. Доля магнитных металлов в них 1 – 3%, что усложняет идентификацию даже неодимом.

Впрочем, слабые магнитные свойства некоторых марок медных сплавов и приводят к слухам, что это действенный способ отличить латунь от бронзы.

Итак, следует знать, что МАГНИТОМ отличить латунь от бронзы НЕЛЬЗЯ!

Видео – Латунь и ее магнитные свойства:

Термическая обработка

Температура 600- 650 °C – критическая для цинка. Металл окисляется при таком нагреве. Это реальный способ как визуально отличить бронзу от латуни в пламени горелки:

1. Бронза. Сплав просто нагреется. Его цвет и механические свойства останутся неизменны. Попытка согнуть бронзовый образец может привести к его разрушению.
2. Латунь. Окисление цинка вызывает налет пепельного цвета на поверхности соединения. Дополнительно, после термообработки в 600 °C, латунь обретает пластичность, и образец из сплава не ломается при сгибании.

Остается найти только мощную горелку. Тут уже газовой плиты или пламени зажигалки будет недостаточно.

Видео – Плавка бронзы и латуни:

Химическая методика

Использование реактивов – эффективный, но разрушительный способ различить медные сплавы. Проходит химический анализ в несколько этапов:

1. С латуни и бронзы снимается стружка.
2. Приготавливается раствор водный азотной кислоты с пропорцией 1:1.
3. Стружка помещается в различные емкости, заполняемые кислотным реактивом.
4. Каждый резервуар подогревается до кипения после полного растворения стружки.
5. Составы удерживаются в кипящем состоянии на медленном огне 30 мин.

Результат – емкость с латунью остается прозрачной, в бронзовом резервуаре выпадает оловянный осадок белого цвета. Естественно, для безоловянных сплавов технология не подходит.

Сварочный аппарат

Чем не средство, как отличить бронзу от латуни? Необходимо поймать дугу электродом на краю болванки. У бронзы процесс бездымный. Напротив, воздействие сварочной дугой электрода на латунную болванку приведет к выгоранию цинка. Процесс сопровождается появлением дыма белого цвета.

Спектральный анализ – единственный способ с гарантией результат

Многообразие химического состава медных сплавов, усложняет возможность точно идентифицировать тип соединения. Каждый из предложенных способов, как отличить латунь и бронзу не дает 100% гарантии. Поэтому, при необходимости получить точный ответ, лучше обратиться в пункт приема металлолома, имеющий спектральную лабораторию.

Бронзовая лента в Санкт-Петербурге, цена на ленту из бронзы оптом и в розницу

Бронзовая лента – популярная категория цветного проката,  представляющая собой прямоугольный сплошной профиль минимальной толщины. Изготавливается продукция с применением технологии холодного проката, благодаря отличной пластичности и коррозийной устойчивости, востребована в различных отраслях промышленности. Купить ленту бронзовую в Санкт-Петербурге предлагает «Металлобаза Стилпрофф». В нашем каталоге представлен широкий выбор цветного металлопроката по доступным ценам, доставка осуществляется в любой регион страны.

Виды бронзовой ленты

При производстве этой категории металлопроката используется несколько сортов бронзовых сплавов, что определяет физико-химические свойства и область применения готовой продукции.

Ленты из сплавов БрБ2 отличаются повышенными показателями упругости и износоустойчивости, часто используются в приборостроении. Толщина профиля варьируется в пределах 0.02-0.45 миллиметров, при ширине до 250 мм. Сплав многокомпонентный, на 98% состоит из меди, оставшаяся часть приходится на присадки из никеля и бериллия.

Сплавы БрКМЦ отличаются повышенной жёсткостью и удельно низкими показателями теплопроводности. Благодаря этим свойствам, сырьё подходит для изготовления плоских пружин. Толщина ленты составляет 0.05-0.55 мм при ширине профиля 10-300 миллиметров.

БрОЦ – хорошо поддаётся прессовке под давлением, обладает отличной электропроводностью и антифрикционными свойствами. Толщина профиля варьируется в пределах 0.1-2 мм, готовая продукция подходит для штамповки готовых узлов и деталей.

Сплавы БрОФ. Здесь в качестве присадок используются олово и фосфор, повышающие устойчивость к механическим истиранием и линейным натяжениям. Благодаря этим свойствам, ленты лента используется в качестве полуфабриката для изготовления пружин и подшипников.

Особенности ленты из бронзы

Производство этого цветного проката регулируется двумя нормативными документами:

• ГОСТ 18175-78 – физико-химические свойства и технология производства безоловянных бронз;
• ГОСТ 1789-70 – выпуск готовых изделий из бронзовых сплавов, содержащих в составе олово, фосфор или цинк.

Готовая продукция подразделяется на несколько категорий. Точность изготовления бывает нормальной и повышенной. По агрегатному состоянию материала, ленты из бронзы классифицируются тремя категориями:

1. М – мягкие;
2. П – полутвёрдые;
3. Т-  твёрдые;
4. О – особо твёрдые.

Изготавливается лента обычно холоднотянутым способом, к местам складского хранения и продаж поставляется изделиями мерной и немерной длины.

Независимо от исходного сплава и технологии производства, все бронзовые ленты обладают такими потребительскими свойствами:

• Высокой коррозийной устойчивостью и возможностью эксплуатации в любой среде, в том числе агрессивной;
• Отличными показателями свариваемости;
• Высокой механической прочностью;
• Неплохими значениями тепло и электропроводности.

Для повышения потребительских свойств готовые изделия могут подвергаться термообработке.

Сферы применения

Эта категория цветного металлопроката используется практически во всех отраслях промышленности. Бронзовые ленты считаются основным сырьём для изготовления комплектующих деталей плат и электронных систем. Благодаря инертности к атмосферным и агрессивным средам, используются для производства плунжерных насосов: аэрокосмическая отрасль и химическая промышленность. Учитывая тонкий прямоугольный профиль, лента идеально выполняет функцию герметизирующих прокладок.

Помимо этого, бронзовые ленты подходят для изготовления мебельной фурнитуры, декоративных элементов, табличек.

Купить бронзовую ленту на «Металлобазе Стилпрофф»

Мы предлагаем широкий выбор бронзового проката по оптовым и розничным ценам. Доставка по Санкт-Петербургу и в регионы осуществляется транспортом компании различной грузоподъёмности. Для удобства клиентов, работает 2 склада в разных районах города для самовывоза. К оплате принимается наличный и безналичный расчёт. Кроме того, вы можете заказать резку, гибку, сверловку и другие виды дополнительной обработки металлопроката.

Звоните! В нашем каталоге представлено больше 1 500 наименований продукции из цветного и чёрного металла.

Бронза и латунь: отличия | ЛомЦветмет

Бронза и латунь – распространенные медные сплавы. Ряд марок таких составов схож друг с другом внешне, но их химические и физические характеристики имеют серьезные отличия.

Бронза – двойной (многокомпонентный) сплав из меди и не менее 2,5% легирующих добавок в виде олова, марганца, свинца, хрома, фосфора, алюминия, железа, бериллия или железа. Маркируются составы буквами «Бр» и сочетанием легирующих включений. «БрА5» – бронза, состоящая на 95% из меди и на 5% из алюминия.

Латунь – двойной (многокомпонентный) медный состав с включением цинка в виде легирующего модификатора, реже – никеля, свинца, железа или марганца. Деформируемые латунные сплавы обозначаются буквой «Л» и цифрой, определяющей среднее % содержание меди (Cu), «Л70» – латунь с 70% Cu. Легируемые деформируемые составы маркируются информацией о названии и количестве дополнительных примесей, ЛАЖ60-1-1 – латунь с 60% Cu, легированная алюминием (1%) и железом (1%).

Определяющие отличия между медными сплавами:

• Внешний вид. Бронза имеет красную, красно-желтую или темно-коричневатую поверхность с крупнозернистым строением, латунь отличается желтым отливом и мелкозернистым строением. Исключением являются бронзы с включением олова в 40-45% (серебристая) и в 33% (серебристо-белая).
• Реакция на соленую воду. Предметы из бронзы не портятся при длительном взаимодействии с морской водой, а из латуни – могут пострадать.
• Химическая реакция на азотную кислоту (HNO₃). Чтобы определить сплав, из которого изготовлено изделие, необходимо: наскоблить пару грамм металлической стружки, поместить их в мензурку, добавить раствор HNO₃ с водой (1:1) и довести смесь почти до кипения. Через 30 минут оценить результат: бесцветная жидкость – предмет из латуни, наличие белого осадка – из бронзы.
• Реакция на нагрев. Если нагреть оба состава до 600-650°С (бензиновая горелка), то латунь покроется оксидной пленкой сероватого цвета (налет цинка), а бронза останется в неизменном виде.
• Гибкость. Латунь гнется при усиленном давлении, но не ломается. Бронза в месте сгиба треснет.
• Присутствие цинка. К изделию подключается положительный полюс батарейки. На его поверхность кладется кусок фильтровальной бумаги, смоченной в серной кислоте (H₂SO₄). Поверх бумаги помещается полоска меди, которую следует подключить к отрицательному полюсу на 15 секунд. Фильтровальная бумага помещается на предметное стекло, сверху добавляется пару капель аммиака (NH₃) и тиоционата ртути (Hg(SCN)₂). Если бумага станет лилово-черной, значит в составе есть цинк и изделие произведено из латуни. В противном случае никаких реакций не будет.

Цена не является критерием, по которому можно со 100% результатом определить тип используемого сплава. Стоимость составов примерно на одном уровне. Оловянные бронзы стоят дороже кремниевых. Цена латуни зависит от концентрации меди в составе – чем ее больше, тем она дороже. 

Бронза на порядок тяжелее латуни и прием лома бронзы осуществляется по более высокой цене. Если взять в руки металлические изделия равных объемов, то бронза будет ощутимо тяжелее. Другое отличие между сплавами – надежность. Бронза крепче. Она имеет низкий коэффициент трения и обладает стойкостью к образованию коррозии. Латунь мягче и сильнее подвержена износу. Это определяет сферу использования составов: бронзу применяют для создания высокохудожественных конструкций, узлов и механизмов, подвергающихся большим нагрузкам, а латунь в чистом виде подойдет для производства медалей, декоративных изделий, креплений и биметалла (сталь-латунь).

ОСТАЛИСЬ ВОПРОСЫ???

ОСТАВЬТЕ ЗАЯВКУ И МЫ ПРОКОНСУЛЬТИРУЕМ ВАС БЕСПЛАТНО!

Похожие статьи:

Стрелка на стрелку – Стиль – Коммерсантъ

Виртуальная выставка Watches & Wonders началась с видеообращений глав часовых мануфактур, в конце которых слушатели могли задать вопросы. Чаще всего звучало что-то типа: «Каковы последствия сложного 2020 года для часовой индустрии?». Ответом вполне можно считать грандиозное количество сложнейших и разнообразных новинок — швейцарские часовщики, несмотря ни на что, работают исправно.

Bvlgari

Ювелирно-часовой дом представляет очередной, уже седьмой мировой рекорд тонкости: самые тонкие часы с вечным календарем Octo Finissimo Perpetual Calendar. Новинка дебютировала в двух версиях корпуса диаметром 40 мм — из матового титана или платины. Рекордно малая толщина состоящего из 408 деталей механизма с микроротором автоподзавода составляет 2,75 мм, корпуса — 5,8 мм. Между прочим, достижение Bvlgari означает падение предыдущего рекорда, принадлежавшего мануфактуре Audemars Piguet. Ее представленный три года назад вечный календарь Royal Oak Selfwinding Perpetual Calendar Ultra-Thin имеет автоматический механизм толщиной 2,89 мм и корпус из титана и платины толщиной 6,3 мм. Таким образом, борьба идет за доли миллиметра! В специальной серии Octo Finissimo, созданной Bvlgari в сотрудничестве с японским архитектором Тадао Андо, суть времени раскрывается в форме спирали на минималистичном, лишенном меток циферблате — этаком символе черной дыры, из которой рождается время. Выполненные в единственном экземпляре часы Bvlgari Serpenti Misteriosi Cleopatra иллюстрируют другую грань мастерства римского дома — работу с драгоценными камнями: циферблат усыпан бриллиантами и скрыт под шестиугольным прозрачным рубеллитом весом свыше 5 кар. Стилизованные змеиные чешуйки украшены цветными драгоценными камнями девяти видов общим весом около 50 кар и почти 4 тыс. бриллиантов «снежной» закрепки. Стиль Bvlgari проявляется и в новых дамских моделях коктейльных часов Divissima и Allegra.

Jaeger-LeCoultre

У мануфактуры Jaeger-LeCoultre свой рекорд: самые сложные часы в легендарной коллекции Reverso, объединяющей часы с вращающимся корпусом. Модель Reverso Hybris Mechanica Calibre 185 стала результатом более шести лет исследований и разработок, по итогам которых были поданы заявки на 12 патентов. Это первые в мире наручные часы с четырьмя отдельными функциональными циферблатами: два из них расположены на разных сторонах вращающегося корпуса, два — на сторонах его основы, которую марка предпочитает называть на телефонный манер кредлом. Часы располагают 11 усложнениями, включая вечный календарь, минутный репетир, индикацию трех лунных циклов — синодического, драконического и аномалистического — и при этом отличаются вполне приемлемыми габаритами: корпус из белого золота имеет размер 51,2 x 31 мм и толщину 15,15 мм. Выпуск ограничен 10 экземплярами, цена — €1,35 млн. Другие новинки этого года также относятся к коллекции Reverso, отмечающей 90-летие. Специалисты отдела редких художественных техник Metiers Rares мануфактуры показали многообразие декоративных отделок в четырех моделях Reverso One. Над созданием часов работали художники по эмали, граверы и специалисты по закрепке драгоценных камней. Корпус часов White Lilies из белого золота украшают белые лилии — символ чистоты, благородства и преданности. Модель Pink Arums из розового золота украшена изображением розового аронника, символизирующего восхищение и признательность. Две другие модели с бриллиантами — Purple Arums из розового золота и Blue Arums из белого золота — также украшены цветками аронника.

Ulysse Nardin

В этом году мануфактура Ulysse Nardin отмечает 175-летний юбилей. Настольные часы UFO вполне можно считать инженерным чудом. Они состоят из 663 деталей и показывают время в трех часовых поясах, являясь футуристической интерпретацией классического морского хронометра, на производстве которых марка специализировалась в XVIII столетии. Наручные часы Executive Blast Hourstriker интересны сочетанием таких «больших» усложнений, как «парящий» (скрытого крепления) турбийон и механизм боя с видимыми у отметки «12 часов» молоточками. Автоматический мануфактурный механизм помещен в корпус из розового золота диаметром 45 мм и толщиной 16 мм. Комбинация дизайна моделей Diver X и Executive Skeleton позволила Ulysse Nardin создать Diver X Skeleton, скелетированную модель для подводных погружений, выпущенную лимитированной серией из 175 экземпляров. Ободок циферблата новинки покрыт композитом Carbonium, который используется в самолетостроении для крыльев и фюзеляжей.

Hublot

Марка довела концепцию «Искусство синтеза» до новых вершин. Звенья браслета и 43-миллиметровый корпус часов Big Bang Integral Tourbillon Full Sapphire полностью выполнены из сапфирового стекла — это достижение в очередной раз подтверждает мировое лидерство Hublot в работе с искусственным сапфиром. А Big Bang Integral Tourbillon High Jewellery побили рекорды по затраченному на производство времени, каратности бриллиантов и разнообразию типов закрепки. Корпус диаметром 43 мм и трехзвенный браслет (оба — из белого золота) инкрустированы 484 бриллиантами парадной багетной огранки общим весом 31 кар. Даже мосты скелетированного механизма для пущей транспарентности изготовлены из прозрачного сапфирового стекла. Еще одна новация Hublot — часы Big Bang Unico Yellow Magic в 42-миллиметровом корпусе из специально созданной керамики ярко-желтого цвета, не имеющей аналогов. Новые версии Big Bang Sang Bleu II, традиционно созданные в сотрудничестве с мастером художественной татуировки Максимом Буши, теперь будут доступны в синем, сером и белом цветах керамического корпуса диаметром 45 мм.

Panerai

Часовая марка в этом году сделала ставку на экологичность. Модель Submersible eLab ID стала доказательством, что можно делать современные и надежные часы из переработанных материалов. В Submersible eLab ID вторично использованные материалы составляют 98,6% от веса. Корпус часов, «сэндвич»-циферблат и мосты изготовлены из EcoTitanium, переработанного титанового сплава аэрокосмического класса. На циферблат и стрелки нанесено переработанное покрытие Super-LumiNova, а спусковой механизм сделан из переработанного кремния. Из матового стального сплава на основе переработанных материалов созданы и корпуса Luminor Marina eSteel, представленных в трех цветовых версиях — синей, серой и зеленой. А вот 42-миллиметровый корпус модели Submersible Bronzo Blu Abisso сделан из вполне традиционной бронзы — и это, поверьте, будет самая желанная для поклонников марки новинка, несмотря на ее несоответствие экологическому тренду.

Екатерина Зиборова

Сплавы на основе меди — Обзор

В зависимости от того, какой сплав на основе меди вы выбрали, вы можете добиться прочности стали, превосходной коррозионной стойкости и / или долговечности в областях, где требуется устойчивость к износу и истиранию. Но сначала давайте различим латунь и бронзу, потому что в некоторых отраслях промышленности эти термины используются как синонимы.

Латунь — это сплав на основе меди, который содержит цинк в качестве основного легирующего элемента. Они также могут содержать незначительные количества других элементов, таких как железо, никель, кремний или алюминий.Типичный пример — желтая латунь 60-40, обозначенная как C85500. Этот сплав содержит 59% — 63% меди, 0,8% алюминия, а остальное около 40% составляет цинк. Из-за высокого содержания цинка этот материал классифицируется как латунь.

Проще говоря, бронза — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом не является цинк или никель. Первоначально термин «бронза» описывал медные сплавы, в которых олово использовалось в качестве единственного или основного легирующего элемента. Однако эта номенклатура эволюционировала.Термин «бронза» теперь используется с предшествующим модификатором, который описывает тип бронзы, указывая на основной легирующий элемент (ы). Например, MTEK 175 / C95400 называется алюминиевой бронзой, потому что он состоит из 11% алюминия, 85% меди и 4% железа. MTEK 83-7-7-3 / C93200 — это бронза с высоким содержанием свинца и олова, поскольку она содержит 7% олова и 7% свинца в дополнение к 83% меди и 3% цинка. Эти образцы соответствуют критериям бронзы. Основным легирующим элементом не является цинк или никель, и его модифицирующие слова полностью описывают сплавы как содержащие значительные количества алюминия в случае алюминиевой бронзы и свинца и олова в бронзе с высоким содержанием свинца и олова.

После установления различий между латунью и бронзой наши обсуждения будут в основном ограничены семейством сплавов бронзы. Бронзовые сплавы уникально подходят для широкого спектра промышленных применений. Эти группы не предназначены для работы с конкретными приложениями; скорее, они предназначены для ознакомления с универсальностью применения семейства бронзовых сплавов.

Алюминиевая бронза — это семейство сплавов, содержащих алюминий в качестве основного легирующего элемента, хотя они могут также содержать железо и никель.Алюминий значительно улучшает свойства сплава до такой степени, что его прочность сравнима с прочностью среднеуглеродистой стали. Хотя алюминиевая бронза обладает многими другими ценными характеристиками, первоначальное применение было связано в основном с прочностью и устойчивостью к коррозии материала. Признание других свойств привело к использованию алюминиевых бронз для различных деталей, требующих твердости, устойчивости к износу и истиранию, низкой магнитной проницаемости, устойчивости к кавитации, эрозии, размягчению и окислению при повышенных температурах.Эти свойства вместе с простотой свариваемости значительно расширили области их применения.

В семействе алюминиевой бронзы есть несколько основных групп: алюминиевая бронза и никель-алюминиевая бронза (а также версии, в которых используется больше марганца и кремния). Алюминиевая бронза содержит примерно 9-14% алюминия и 4% железа, в то время как никель-алюминиевая бронза содержит примерно 9-11% алюминия, 4% железа и 5% никеля. Добавление никеля в последний дополнительно улучшает коррозионную стойкость материала, который уже является прочным в этой области.

Чувствительность к термической обработке позволяет сплавам этой группы с содержанием алюминия менее 10% иметь значительно повышенную коррозионную стойкость для использования в агрессивных средах. Сплавы с содержанием алюминия более 12% обладают превосходной прочностью на сжатие и отличными противозадирными свойствами. Эти свойства позволяют получать сплавы, идеально подходящие для глубокой вытяжки и формовки нержавеющих сталей. Эта группа бронз обладает высокими механическими свойствами и используется для шестерен, изнашиваемых пластин, коррозионно-стойких изделий, подшипников, сальников и конструктивных деталей.

Некоторые типичные алюминиевые бронзы включают: MTEK 125 / C95200, MTEK 175 / C95400, MTEK 275 / C95900 и MTEK 375.

Эта группа сплавов содержит никель и в первую очередь выбирается там, где требуется сочетание высокой прочности, коррозионной стойкости и устойчивости к кавитационным и эрозионным повреждениям. У них есть история надежной работы в системах с морской водой. Они особенно хорошо работают в застойных условиях, поскольку стойкость к точечной и щелевой коррозии превосходит нержавеющие стали серии 300.Сплавы прочнее нержавеющих сталей серии 300.

Сплавы как из семейства алюминиевых бронз, так и из семейства никелево-алюминиевых бронзовых обладают отличной обрабатываемостью, легко свариваются и могут успешно соединяться со многими другими разнородными сплавами. Эта универсальность позволяет использовать их в самых разных приложениях.

Типичные сплавы этой группы включают: MTEK 230 / C95500 и MTEK 230-N / C95800.

Эта группа сплавов состоит из меди, основным легирующим элементом которой является олово.Наличие олова обеспечивает высокие механические свойства за счет более высокой стоимости металла. Однако бронзы с высоким содержанием олова особенно подходят для определенных применений, для которых менее дорогие бронзы не подходят. Изменения в химическом составе, особенно добавление свинца, в первую очередь предназначены для улучшения характеристик обрабатываемости и герметичности. Сплавы этой группы особенно устойчивы к коррозии, вызываемой определенными материалами.

В целом, эти сплавы могут работать в качестве подшипников при максимальных температурах до 500 ° F / 260 ° C и нагрузках до 4000 фунтов.на квадратный дюйм. Подшипники из этих сплавов, однако, должны быть очень тщательно выровнены и хорошо смазаны, и для них требуются более твердые валы, чем у бронзы с высоким содержанием свинца.

Олово-бронзовые сплавы регулярно используются в приложениях с высокими нагрузками / низкими скоростями, поэтому они являются ведущими сплавами для зубчатых колес для длительного срока службы при больших нагрузках. Они используются для втулок поршневых пальцев, направляющих клапанов, подшипников прокатных станов, червячных подшипников, направляющих подшипников и втулок рычагов для станкостроительной промышленности.Они также используются для паровой арматуры, рабочих колес насосов и уплотнительных колец.

Некоторые популярные сплавы из группы оловянной бронзы: MTEK Tin Bronze / C, MTEK 65 / C, Navy G 1% Lead / C92300, MTEK 87-11-0-1 / C92500 и MTEK Leaded Tin Bronze / C92700.

Четыре перечисленных ниже сплава содержат свинец в количестве до 25% и представляют собой типичную группу оловянных бронз с высоким содержанием свинца, наиболее широко используемых для подшипников и втулок.Их грузоподъемность напрямую зависит от содержания в них олова, хотя на нее также влияет присутствие небольших количеств других легирующих элементов, таких как никель и фосфор. Свинец в сплаве нерастворим и механически тонко диспергирован в медно-оловянной матрице. Эта комбинация обеспечивает хорошую несущую способность и ударную вязкость благодаря содержанию меди и олова, а также обеспечивает смазывающую способность, пластичность и способность заливки за счет вмороженного в сплав свободного свинца.

Эти сплавы превосходят подшипниковые сплавы, если учесть все свойства и стоимость.Их максимальная рабочая температура составляет 450 ° F / 230 ° C, а грузоподъемность — 4000 фунтов. на квадратный дюйм для устройств с самым высоким содержанием олова, до максимальных рабочих температур 400 ° F / 200 ° C и грузоподъемности 3500 фунтов. на квадратный дюйм для наименьшего содержания олова.

Типичные бронзы для подшипников в этом семействе: MTEK 83-7-7-3 / C93200, MTEK 80-10-10 / C93700, MTEK 79-6-15 Hi Lead / C93900 и MTEK 943 / C94300.

Более 60 лет Bearium® Metals были выбраны для работы в самых тяжелых условиях эксплуатации.Это бронзовые сплавы с высоким содержанием свинца и олова, содержащие первичную медь, олово и специально обработанный свинец. Металлы Bearium® можно использовать там, где другие материалы подшипников могут выйти из строя из-за скорости, нагрузки, температуры или где смазка затруднена, невозможна или просто игнорируется.

Доступны четыре класса: B-4, B-8, B-10, B-11. B-4 имеет самое высокое содержание свинца и больше всего подходит для более мягких сопрягаемых деталей. B-11 имеет самое низкое содержание свинца и чаще используется, когда важна высокая прочность.

Сам по себе химический состав не полностью объясняет превосходные фрикционные свойства, обнаруженные в Bearium Metal. Повышенная производительность также во многом связана с обработкой используемых ингредиентов. В результате получается металлургическая структура, превосходящая структуру других материалов подшипников, даже если они могут иметь идентичный химический состав.

Существует четыре марки сплавов Bearium®. Основное различие между сортами — это количество содержащегося свинца.Bearium®B-4 содержит 26% свинца, B-8 — 22%, B-10 — 20%, а B-12 — 18% свинца.

Семейство марганцевых бронз в первую очередь известно своей чрезвычайно высокой прочностью и способностью противостоять коррозионному воздействию морской воды и рассола. Предел прочности на разрыв от 60000 до 110000 фунтов на квадратный дюйм легко достигается в зависимости от состава выбранного сплава. При использовании этих сплавов в качестве подшипников необходимо проявлять особую осторожность, поскольку марганцевая бронза и сталь плохо изнашиваются вместе.Износ происходит быстро, и при высоких нагрузках и скорости может произойти заедание. Центровка должна быть точной, и необходима положительная смазка.

И алюминиевая бронза, и марганцевая бронза требуют тщательного контроля литейного процесса. Обе группы сплавов могут подвергаться пагубному воздействию небольшого количества примесей, поэтому безупречная литейная практика и чистота в процессе плавки имеют важное значение. Там, где разливают сплавы оловянной бронзы, оловянной бронзы с высоким содержанием свинца, марганцевой бронзы и алюминиевой бронзы, необходимы строгий внутренний контроль и дисциплина.

Марганцевые бронзы используются для опорных подшипников, высоконагруженных зубчатых передач, вилок переключения передач, рабочих колес, морских гребных винтов, штоков клапанов, червячных передач и червяков. Он также используется для деталей машин, подверженных высоким нагрузкам.

Типичные марганцевые бронзы: MTEK Hi Tensile / C86300, MTEK Leaded Marganese / C86400, MTEK Low Tensile / C86500 и MTEK Med Tensile / C86200.

Зная об окружающей среде, можно выбрать сплав на основе меди, который будет обеспечивать высочайшие характеристики при минимальных затратах.

Какие они? Из чего делают обычные сплавы?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 октября 2020 г.

Практически любой материал мы могли бы когда-нибудь захотеть скрывается где-то на планете под нашим ноги. От золота, которое мы носим как украшения, до нефть, которая питает наши машины, земной кладезь удивительных материалов может поставлять практически каждая потребность. Химические элементы — это основные строительные блоки из из которых сделаны все материалы внутри Земли. Их около 90 встречающиеся в природе элементы, большинство из которых — металлы.Но, хотя металлы и полезны, иногда они не идеальны. для работы, которая нам нужна. Возьмем, к примеру, железо. Это удивительно прочный, но может быть довольно хрупким и ржавеет легко во влажном воздухе. Или как насчет алюминия. Он очень легкий, но в своем в чистом виде, он слишком мягкий и слабый, чтобы от него можно было много пользы. Вот почему большинство используемых нами «металлов» не на самом деле вообще металлы, кроме сплавов: металлы в сочетании с другими веществами, чтобы сделать их сильнее, тверже, легче или лучше как-нибудь по-другому.Сплавы повсюду вокруг нас — от пломбы в наши зубы и литые диски на наших автомобилях к космическим спутникам свист над нашими головами. Давайте подробнее разберемся, что это такое и почему они такие полезный!

Фото: Этот топливный бак от Space Shuttle был сделан из сверхлегкого алюминиево-литиевого сплава, так что это на колоссальные 3400 кг (7500 фунтов) легче, чем бак, который он заменил. Снижение веса базовой конструкции шаттла означало, что он мог нести более тяжелую полезную нагрузку (груз).Фото любезно предоставлено Космическим центром Кеннеди НАСА (NASA-KSC).

Что такое сплав?

Фото: Образец сплава титан-цирконий-никель. заставляют левитировать (парить в воздухе) с помощью электричества. Это один из многих замечательных новых материалов, которые разрабатываются для возможного использования в космосе. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла НАСА (NASA-MSFC).

Вы могли встретить слово сплав, описанное как «смесь металлов», но это немного вводит в заблуждение, потому что некоторые сплавы содержат только один металл, и он смешан с другие неметаллические вещества (например, чугун сплав из одного металла, железа, смешанного с одним неметаллом, углеродом).Лучше всего думать о сплаве как о материале, состоящем из минимум два разных химических элемента, один из которых — металл. В самый важный металлический компонент сплава (часто представляющий 90 процентов или более материала) называется основным металл, основной металл или основание металл. Остальные компоненты сплава (которые называются легирующими добавками) может быть металлы или неметаллы, и они присутствуют в гораздо меньших количествах (иногда менее 1 процента от общей суммы). Хотя сплав иногда может быть составным (элементы, из которых он сделан, химически связаны вместе), обычно это твердое решение (атомы элементов просто перемешаны, как соль, смешанная с вода).

Состав сплавов

Если вы посмотрите на металл в мощный электронный микроскоп, вы увидите атомы внутри расположены в регулярной структуре, называемой кристаллической решетка. Представьте себе небольшую картонную коробку, полную шариков, и это довольно много. что бы вы увидели. В сплаве, кроме атомов основного металла, есть также атомы легирующих добавок, разбросанных по всему состав. (Представьте, что вы уронили несколько пластиковых шарики в картон коробку, чтобы они случайным образом расположились среди шариков.)

Изображение: Замещающие сплавы и промежуточные сплавы: На этих диаграммах черные кружки представляют основной металл, а красные кружки — легирующие добавки.

Замещающие сплавы

Если атомы легирующего агента заменяют атомы основного металла, мы получаем то, что называется замещающий сплав. Такой сплав сформируется только в том случае, если атомы основного металла и легирующего агента имеют примерно такого же размера. В большинстве сплавов замещения составляющая элементы в периодической таблице находятся довольно близко друг к другу.Латунь, для Например, сплав на основе меди в какие атомы цинка заменяют 10–35 процентов атомов, которые обычно находятся в меди. Латунь работает как сплав, потому что медь и цинк близки друг к другу в периодической таблицы и имеют атомы примерно одинакового размера.

Сплавы внедрения

Сплавы также могут образовываться, если легирующий агент или агенты имеют атомы, которые намного меньше чем у основного металла. В этом случае атомы агента проскальзывают в между основными атомами металла (в зазорах или «пустотах»), давая то, что называется межузельным сплавом.Сталь — это пример сплава внедрения, в котором относительно небольшое количество атомы углерода проникают внутрь промежутки между огромными атомами в кристаллической решетке железа.

Как ведут себя сплавы?

Фото: Дело не только в основных ингредиентах (металлы и другие составляющие). влияющие на свойства сплава; как эти ингредиенты сочетаются очень важно тоже. Скорость разливки или перемешивания, температура разливки и скорость охлаждения являются некоторыми из факторов. что может повлиять на физические свойства сплавов.Фотография отливки из латунного сплава, сделанная Джет Лоу, любезно предоставлена ​​Библиотекой Конгресса США, Отделом эстампов и фотографий, Historic American Engineering Record.

Люди делают и используют сплавы, потому что металлы не имеют подходящие свойства для конкретная работа. Железо — отличное здание материал, но сталь (сплав получается путем добавления небольшого количества неметаллического углерода к железу) прочнее, тверже и устойчивее к ржавчине. Алюминий — очень легкий металл, но он также очень мягкий в чистом виде. Добавьте небольшое количество металлов магний, марганец и медь, и вы получите превосходный алюминиевый сплав называется дюралюминий, который достаточно силен, чтобы изготавливать самолеты.Сплавы всегда показывают улучшения по сравнению с основным металлом в одном или нескольких своих важные физические свойства (такие как прочность, долговечность, способность проводить электричество, способность выдерживать жару, и так на). Как правило, сплавы прочнее и тверже, чем их основные металлы, менее пластичные (труднее работать) и менее пластичные (труднее втягиваем в провода).

: Один и тот же основной металл может давать очень разные сплавы, когда он смешивается с другими элементами. Вот четыре примера медных сплавов.Хотя медь является основным металлом во всех них, каждый из них обладает совершенно разными свойствами.

Фото: Ученые NASA Ames разработали методику называется распылением газа под высоким давлением для упрощения производства магниевые сплавы. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США.

Как изготавливаются сплавы?

Представление о сплаве как о «смеси металлов» может показаться вам весьма удачным. сбивает с толку. Как можно ли смешать два куска твердого металла? Традиционный способ изготовление сплавов заключалось в нагревании и плавлении компонентов для получения жидкостей, смешайте их вместе, а затем дайте им остыть до состояния, называемого твердый раствор (твердый эквивалент раствор как соль в воде).Альтернативный способ изготовления сплава — повернуть компоненты в порошки, смешайте их вместе, а затем соедините их с сочетание высокого давления и высокой температуры. Эта техника называется порошковой металлургией. Третий метод изготовление сплавов стрелять пучками ионов (атомов со слишком малым или слишком большим количеством электронов) в поверхностный слой куска металла. Ион имплантация, как это известно, является очень точным способом изготовления сплава. Это вероятно, наиболее известен как способ изготовления полупроводников, используемых в электронные схемы и компьютерные микросхемы.(Подробнее об этом читайте в нашей статье о молекулярно-лучевой эпитаксии.)

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

Книги

Общие сведения о материаловедении и инженерии

В этих книгах объясняется основная концепция подбора материалов для работы, которую они должны выполнять.Это основная идея, лежащая в основе большинства сплавов — по сути, металлы «улучшены», чтобы выполнять определенные задачи лучше, чем в чистом естественном состоянии.

Более подробные книги

Достаточно сложно найти простые общие книги по сплавам; вместо этого ищите книги по «инженерным материалам», и вы найдете что-нибудь подходящее.

Организации

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Inconel — зарегистрированная торговая марка Huntington Alloys Corporation
Monel — зарегистрированная торговая марка International Nickel Co.
Waspaloy — зарегистрированная торговая марка United Technologies Corporation
Hastelloy — зарегистрированная торговая марка Haynes International, Inc.
Названия определенных сплавов CMSX (например, CMSX-4) являются зарегистрированными товарными знаками Cannon-Muskegon Corporation.

Выбор латуни или бронзового сплава для достижения наилучших результатов применения

Латунь и бронза используются в различных областях, таких как комплектующие для заводов, конечные продукты для коммерческих предприятий розничной торговли и создание ювелирных изделий для населения. Латунные сплавы состоят из основного металла меди с различным количеством добавленного цинка, а бронза содержит медь с алюминием, оловом, магнием и другими материалами.Но как выбрать подходящий для приложения?

Выбор правильного сплава в основном будет основываться на потребностях самого приложения. Учтите основные функции приложения, другие материалы, которые будут регулярно взаимодействовать со сплавом, и любые необходимые свойства. Затем вы можете сузить свой выбор, чтобы выбрать лучший сплав латуни и бронзы. Вот несколько соображений, на которые вы также должны обратить внимание при выборе сплава:

Сопротивляемость: Некоторые сплавы обладают коррозионной стойкостью при использовании вблизи или в воде или атмосфере, например, оловянная латунь.Другие сплавы, такие как алюминиевая бронза и кремниевая бронза, могут обеспечить большую износостойкость и коррозионную стойкость.

Прочность: Многие производители считают прочность основным фактором при использовании различных металлов. Латунь и бронза востребованы из-за увеличения прочности на разрыв, которую эти сплавы могут иметь при холодной обработке или, в случае латуни, при добавлении большего количества цинка. Латунь имеет предел прочности на разрыв 53 фунтов на квадратный дюйм (365 МПа) при отжиге и 88 фунтов на квадратный дюйм (607 МПа) при отпуске в холодном состоянии.Фосфорная бронза имеет предел прочности на разрыв 50 фунтов на квадратный дюйм (345 МПа) при отжиге и 92 фунтов на квадратный дюйм (635 МПа) при холодном отпуске.

Тепловое тепло и электрическая проводимость: При создании определенных продуктов, например, бытовой техники, может потребоваться, чтобы сплав, используемый в устройстве, обладал проводящей природой, чтобы пропускать электрический ток или тепловое тепло без разрушения. Латунь и бронза имеют значение Международного стандарта отожженной меди (IACS) на основе их проводимости.Чем выше значение IACS, тем более теплопроводным и электрическим является сплав. Для некоторых латуни, фосфористой бронзы и оловянной латуни значение IACS может составлять от 25% до 50%.

Формуемость и изготовление: Количество цинка, добавленного в латунь, может повлиять на ее формуемость и рабочие характеристики. Например, когда латунь содержит от 32% до 39% цинка, она будет иметь исключительные возможности горячей обработки, но ее будет труднее обрабатывать в холодном состоянии. Если в нем содержится более 39% цинка, он станет более пластичным при комнатной температуре.

Внешний вид: В то время как производители, которым нужны внутренние компоненты в более крупных машинах, на самом деле не беспокоятся об эстетическом виде сплава, красота металла может играть важную роль в других отраслях, таких как скульптура и изготовление ювелирных изделий. Цвет латуни может варьироваться от красного до желтого, а также может образовываться цветная патина при воздействии тепла или химикатов. Бронза может быть от золотого до коричневого, а также от белой бронзы.

Здесь, в Belmont Metals в Бруклине, штат Нью-Йорк, с нами постоянно связываются компании, которые ищут подходящие латунные и бронзовые сплавы для применения.Наши металлурги тесно сотрудничают с производителями и их спецификациями по применению, чтобы помочь им выбрать сплав или настроить сплав, который соответствует их потребностям.

Бронза сквозь века — награды Беннета

Самые ранние бронзовые артефакты в Иране датируются 5-м тысячелетием до нашей эры. Однако эта версия бронзы была сплавом меди и мышьяка (так называемая мышьяковая бронза). Однако мышьяковистая бронза постепенно заменялась бронзой из сплава олова, поскольку бронза из сплава олова была прочнее, нетоксична и ее легче было отливать.Самые старые бронзовые артефакты из оловянного сплава, найденные в Сербии, датируются примерно 4500 годом до нашей эры. Бронзу также начали использовать в том же тысячелетии в Африке, на Ближнем Востоке и в Китае. Одна интересная теория заключается в том, что бронза была первоначально «обнаружена» из богатых медью и оловом горных пород, которые использовались для создания костровых колец. Когда камни стали горячими, металлы в породе расплавились и слились, образуя бронзу.

Из-за превосходства в прочности, долговечности и легкости придания формы множеству различных форм, бронза вскоре заменила камень в качестве материала для оружия и доспехов.Это было наступлением бронзового века. С бронзовым веком связаны три периода: ранний бронзовый век (3300-2100 до н.э.), средний бронзовый век (2100-1550 до н.э.) и последний бронзовый век (1550-1200 до н.э.). Первые свидетельства того, что бронза использовалась для статуй и фигурок, относятся к раннему бронзовому веку, около 2500 г. до н.э.

Бронзовый век уступил место железному веку около 700 г. до н.э., поскольку железо было более распространенным материалом, и его было легче перерабатывать в форму пригодного для использования металла. Тем не менее, бронза продолжала использоваться для приложений, требующих ее прочности и долговечности, включая некоторые формы инструментов, оружия, кораблестроения и искусства.

Бронза, конечно, до сих пор используется для многих из этих приложений. Его свойства прочности и долговечности делают его одним из самых популярных металлов, которые мы используем для награждения наших литых скульптур (как стандартных, так и нестандартных). Удивительно, что этот материал и методика его отливки очень мало изменились за последние 6 тысячелетий, и это добавляет богатства и индивидуальности создаваемым нами бронзовым наградам.

Что такое сплав? Определение и примеры

Сплав — это вещество, полученное путем объединения двух или более элементов, где основным элементом является металл. Большинство сплавов образуются путем плавления элементов вместе. При охлаждении сплав кристаллизуется в твердое, интерметаллическое соединение или смесь, которые нельзя разделить физическим методом. Хотя сплав может содержать металлоиды или неметаллы, он проявляет свойства металла.

Первичный металл в сплаве называется его основой, растворителем или матрицей.Вторичные элементы называются растворенными веществами. Нежелательные элементы называются примесями. Если сплав состоит только из двух элементов, получается бинарный сплав. Если три элемента, то получается тройной сплав. Изменение процентного содержания элементов создает бинарные системы, тройные системы, четвертичные системы и так далее.

Примеры сплавов

Знакомые примеры сплавов включают латунь, бронзу, нержавеющую сталь, золото 585 пробы, стерлинговое серебро и чугун.

• Alnico : Alnico содержит не менее 50% железа, а также алюминия, никеля, кобальта и других металлов.Он используется в звукоснимателях электрогитары и магнитах для динамиков.
• Амальгама : Амальгама — это сплав ртути. Поскольку чистая ртуть является жидким элементом, амальгамы имеют пастообразную форму. Ртуть также имеет высокое давление пара, поэтому иногда амальгаму нагревают, чтобы удалить ртуть, оставив другие компоненты.
• Латунь : Латунь представляет собой сплав меди с цинком, а иногда и с другими элементами. Поскольку латунь твердая и прочная, она находит применение в обрабатываемых деталях и сантехнической арматуре.
• Бронза : Бронза представляет собой сплав меди и олова, иногда с другими элементами. Бронза находит применение в статуях и некоторых музыкальных инструментах.
• Чугун : Чугун является примером сплава, содержащего неметаллы. Это железо с минимум 2% углерода.
• Электрум : Электрум — это встречающийся в природе сплав серебра и золота.
• Золото 585 пробы : Золото 14к составляет 58,5% золота, обычно с серебром, медью и цинком. Легирование золота делает его прочнее и труднее.
• Золото 18 карат : золото 18 карат на 75% состоит из золота, обычно с добавлением меди, никеля или цинка. Сплав сохраняет цвет и блеск золота, но он тверже и прочнее чистого элемента.
• Метеоритное железо : Метеориты имеют переменный состав, но некоторые из них представляют собой естественные сплавы железа и никеля.
• Нитинол : Нитинол состоит на 50-55% из никеля и на 45-50% из титана. Это сплав с памятью формы, используемый в оправе для очков, медицинских изделиях и переключателях температуры.
• Олово : Олово представляет собой сплав олова. Другие элементы могут быть медью, сурьмой или свинцом. Олово прочнее, чем чистое олово, податливо и устойчиво к крошению при низких температурах.
• Стерлинговое серебро : Стерлинговое серебро на 92,5% состоит из серебра, обычно с медью, но иногда с другими элементами. Легирование серебра делает его более твердым и долговечным, но при этом склонным к потускнению.

Как производятся сплавы

Сплав могут образовываться двумя способами. Эти методы могут быть объединены для образования сплава третьего типа.

• Замещающий сплав — Замещающий сплав образуется, когда один атом обменивается с другим атомом сопоставимого размера. Латунь и бронза являются примерами сплавов замещения. Олово или цинк, соответственно, заменяют часть атомов меди в кристаллической решетке.
• Межузельный сплав — Межузельный сплав образуется, когда более мелкие атомы захватываются кристаллической решеткой более крупных атомов. Сталь является примером сплава внедрения. Атомы углерода входят в пустоты кристаллической матрицы железа.

Некоторые сплавы образуются в результате комбинации механизма обмена атомами и межузельного механизма. Например, нержавеющая сталь имеет атомы углерода в пустотах, а атомы никеля и хрома заменяют некоторые атомы углерода.

Использование сплава

По своей конструкции, сплавы обладают химическими и физическими свойствами, которые превосходят их по своим свойствам, чем чистый элемент. Таким образом, более 90% металлов, используемых в коммерческих целях, являются сплавами.Сплавы улучшаются по сравнению с чистыми элементами с точки зрения коррозионной стойкости, жаропрочности, твердости, обрабатываемости, повышенного износа или специальных электрических или магнитных свойств. Иногда улучшение просто отражает экономическую эффективность, когда сплав сохраняет ключевые свойства чистого металла, но стоит дешевле.

Ссылки

• Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Железо и сталь в древности . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN 978-87-7304-308-0.
• Каллистер, W.D. (2007) Материаловедение и инженерия: Введение (7-е изд.). ISBN компании John Wiley and Sons, Inc. 978-0-471-73696-7.
• Cretu, C .; Ван дер Линген, Э. (1999). «Цветные золотые сплавы». Золотой бюллетень . 32 (4): 115. doi: 10.1007 / BF03214796
• Эмсли, Джон (2003). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0198503407.

Сплавы: использование и свойства — стенограмма видео и урока

: бронза

Бронза — это сплав, традиционно состоящий в основном из меди (примерно 78-95%) и олова (примерно 5-22%).В зависимости от предполагаемого использования он иногда может содержать металлы, такие как марганец, алюминий, цинк, никель, и неметаллы, такие как фосфор и кремний. Исторически бронзу производили до 3000 г. до н.э., когда один фунт меди смешивали с двумя унциями олова.

Слово «бронза» происходит от итальянского слова bronzo , что означает «колокольный металл». Помимо своего звучного качества, бронза не образует искр при ударе о твердую поверхность, что делает ее отличным материалом для колоколов. в школах и церквях.Из бронзы также делают молотки и гаечные ключи.

При добавлении небольшого количества фосфора к медно-оловянной смеси бронза становится более прочной, устойчивой к усталости и износостойкостью. Фосфорная бронза находит применение в клапанах, втулках, валах, шестернях и подшипниках. Содержащая алюминий бронза, называемая «алюминиевой бронзой», придает сплаву особую коррозионную стойкость, который широко используется в трубопроводной арматуре, насосах, зубчатых колесах, гребных винтах и ​​лопатках турбин.

Золотые сплавы

Золото в чистом виде очень мягкое, что делает металл очень пластичным и пластичным.Золото обычно используется в ювелирной промышленности, так как же золото превращается в цепочки, кольца или серьги? Сплавляя его с другими металлами, такими как медь, серебро и цинк.

Золотые сплавы не только закалены, но и могут быть окрашены в различные цвета. Например, мягкое зеленое золото получается при смешивании и сплавлении 75% золота и 25% серебра.

Сплавы золота также вошли в мир электроники. Когда к золоту добавляют медь и серебро, его способность передавать тепло и электричество улучшается.

Наряду с высокой коррозионной стойкостью золотые сплавы используются в позолоченных разъемах в качестве неотъемлемых частей вилок и розеток для кабельных наконечников, разъемов для интегральных схем и печатных плат. Они используются в компьютерах, космических аппаратах, оборудовании связи и двигателях реактивных самолетов.

В медицинской промышленности также используются сплавы на основе золота, на этот раз содержащие различные количества платины, родия, никеля, титана и цинка. Чаще всего сплавы золота используются в реставрации зубов, например, в коронках и мостах.Золотые сплавы обладают высокой прочностью и наименьшей реактивностью по отношению к условиям во рту.

Сталь

Далее идет сталь , которая представляет собой сплав железа. Для производства стали мы берем чистое железо и добавляем определенное количество углерода. Это приводит к образованию низкоуглеродистой стали и высокоуглеродистой стали.

Низкоуглеродистая сталь, или низкоуглеродистая сталь, имеет небольшое количество углерода (около 0,4%), что означает, что она все еще достаточно мягкая, чтобы ее можно было профилировать, но при этом она прочнее чистого железа.Для изготовления кузовов автомобилей используются малоуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали имеют более высокое содержание углерода (около 1–1,5%), что делает сталь более твердой. Это происходит потому, что атомы углерода искажают первоначальные слои железа и препятствуют их скольжению. Из высокоуглеродистой стали делают железнодорожные пути.

Нержавеющая сталь — это сплав железа с некоторыми другими металлами, такими как хром, титан и медь, предназначенный для предотвращения коррозии. Мы используем нержавеющую сталь для изготовления хирургических инструментов и кухонных принадлежностей, таких как ножи и вилки.

Алюминиевые сплавы

Алюминий — это легкий металл, который хорошо проводит тепло и электричество, но не является прочным материалом. Алюминиевый сплав сохраняет хорошие свойства алюминия, но становится прочнее. Примеры включают следующее:

• Магний, который состоит на 95% из алюминия и 5% из магния. Твердый, ударопрочный и очень легкий магналий находит применение в создании научных инструментов и корпусов самолетов.
• Дуралюминий, состоящий на 92% из алюминия и 4% из меди, со следами других металлов, таких как марганец (2%) и магний (2%), для повышения его прочности.Прочный и устойчивый к коррозии дюралюминий используется в строительной отрасли для изготовления дверных и оконных рам, двигателей самолетов и автомобилей, а также подводных судов и кораблей.
• Alnico, сплав, содержащий железо, алюминий, никель и кобальт , обладающий магнитными свойствами. Он используется для изготовления искусственных магнитов, используемых в громкоговорителях, электродвигателях и датчиках.

Резюме урока

Хорошо, давайте ненадолго вспомним все, что мы узнали о сплавах.Как мы узнали, сплав представляет собой смесь двух или более элементов, по крайней мере, один из которых является металлом. Легирование часто улучшает свойства металлов, делая их более прочными и устойчивыми к коррозии. На этом уроке мы узнали о следующих примерах сплавов:

• Бронза , представляющая собой смесь меди и олова, используется для изготовления колоколов, молотков и гаечных ключей.
• Сплавы на основе золота находят применение в ювелирных изделиях, электронике и в медицине.
• Стали — это сплавы железа, которые используются для изготовления кузовов автомобилей и железнодорожных путей.
  • Подкатегория нержавеющей стали была разработана для предотвращения ржавления и используется при изготовлении различной кухонной утвари.
• Алюминиевые сплавы , такие как магналий, дюралюминий и альнико, легкие, но прочные. Они используются в строительной индустрии, в производстве самолетов и в производстве искусственных магнитов.

Учебное пособие по химии бинарных сплавов

Ключевые концепции

• Атомы в чистом металлическом твердом теле расположены в правильной кристаллической решетке.
• Сплав — это смесь металла с одним или несколькими другими элементами.
• Бинарный сплав состоит из двух элементов. ¹
• Однородный бинарный сплав ² представляет собой твердый раствор:

  Первичный элемент представляет собой металл и называется растворителем ³ .

  Вторичный элемент называется растворенным веществом.

• Гомогенный бинарный сплав можно классифицировать как замещающий или внедренный:

  Тип сплава	Относительный размер атомов	Описание	Пример
  Замещающий	растворенных веществ и прибл .; растворитель	Растворенные атомы заменяют атомы растворителя в решетке.	углеродистая сталь
  Межстраничное	растворенное вещество <растворитель	Атомы растворенных веществ занимают «дыры» (пустоты) в решетке металла растворителя.	бронза, латунь

• Сплав проявляет металлические свойства.
• Межузельные и замещающие сплавы тверже, чем чистый металлический растворитель.

Теория

Эти атомы способны «перекатываться» друг с другом, делая чистый металл пластичным, пластичным и довольно мягким. Такие металлы, как чистое железо, медь, олово, цинк, золото и свинец, довольно мягкие.Легирование, смешивание этих металлов с другим элементом — это способ сделать их более твердыми и, следовательно, более полезными.

Обратите внимание, что между атомами металла в решетке есть промежутки или дыры:

Один из способов образования твердого раствора, гомогенного сплава для этого металла, заключается в том, что атомы другого элемента занимают некоторые из этих отверстий (пустот):

Этот тип сплава известен как «сплав внедрения», потому что более мелкие атомы входят в «дыры» (пустоты) в существующей металлической решетке.
Промежуточные элементы часто представляют собой неметаллы, такие как водород, бор, углерод, азот, кислород и кремний.
Эффект от того, что эти маленькие атомы занимают пустоты, заключается в том, что большие атомы металла больше не могут так легко кататься друг по другу при приложении напряжения, то есть сплав будет более жестким, менее податливым и менее пластичным, чем оригинальный чистый металл.

Есть еще один способ, которым металл может образовывать гомогенный твердый раствор с другим элементом, атомы металла в решетке могут быть заменены или замещены атомами другого элемента:

Этот тип сплава известен как «сплав замещения», то есть в металлической решетке атомы другого элемента были замещены атомами аналогичного размера.
Обычно атомные радиусы двух типов атомов должны находиться в пределах примерно 15% друг от друга, чтобы они не влияли на общую кристаллическую структуру, что означает, что растворенные атомы, скорее всего, связаны с металлами. Несколько иной размер этих растворенных атомов вызывает деформацию в решетке, которая усиливает решетку, делая полученный твердый сплав более жестким, менее податливым, менее пластичным, но с плотностью, аналогичной исходной решетке чистого металла.

Углеродистая сталь: межузельный сплав

Атомы углерода меньше атомов железа, как показано в таблице ниже:

Углеродистая сталь производится путем добавления примерно 1% углерода к железу.
Другими словами, каждые 100 г углеродистой стали содержат 1 г углерода и 99 г железа.

Бронза: замещающий сплав

В таблице ниже сравниваются размеры атомов олова и меди:

Из таблицы видно, что радиус атома олова равен 1.В 15 раз больше радиуса атома меди, то есть радиус атома олова лишь немного больше радиуса атома меди.
Это означает, что объем пространства, занимаемого атомом олова, также немного больше (в 1,5 раза), чем объем пространства, занимаемого атомом меди.
Поскольку атомы олова и меди одинакового размера, атомы олова могут замещать некоторые атомы меди в металлической решетке.
На диаграмме справа атомы меди представлены черными кружками, а красные кружки представляют атомы олова, которые заменили некоторые из атомов меди.
В твердом растворе бронзы растворителем является медь, а растворенным веществом — олово.

Бронза — это сплав, состоящий из 70-90% меди и 30-10% олова.
Состав бронзы из оружейного металла представлен ниже:

Мы можем использовать эти данные для расчета отношения атомов олова к меди в бронзе из пушечного металла:

Соотношение атомов олова и меди составляет примерно 1:17.
По сравнению с исходной решеткой из чистой меди только 1 из каждых 18 атомов меди был замещен атомом олова.

Мы можем оценить влияние этого на плотность сплава.

Рассмотрим 100 г бронзы оружейного металла.Из них 10 г олова, 90 г — меди. Плотность чистого олова и чистого известна:

Теперь мы можем рассчитать объем места, занимаемый 10 г олова и 90 г меди в бронзовом сплаве ⁷ :

Затем можно рассчитать плотность сплава:

Заменяя некоторые атомы меди на олово в решетке, мы получаем сплав, бронзу, которая тверже меди и имеет более низкую плотность и температуру плавления, чем медь, что облегчает литье.
Поскольку олово и медь являются металлами, металлические связи удерживают решетку вместе, поэтому сплав продолжает проявлять типичные металлические свойства — пластичность и податливость.
Бронза обычно окисляется только поверхностно, то есть атомы меди окисляются до оксида меди, который образует защитный слой на поверхности, предотвращающий дальнейшее окисление. По этой причине, а также из-за того, что бронзу легко лить, из нее изготавливали статуи, монеты, колокольчики и тарелки.Бронза также довольно устойчива к коррозии морской водой, поэтому ее до сих пор используют для изготовления гребных винтов.
Бронза также используется для подшипников, потому что у нее очень низкое трение металла о металл, например, размещение небольших бронзовых шариков между двумя движущимися стальными деталями уменьшит трение между поверхностями, что снижает износ стальных деталей.

Латунь: замещающий сплав

Состав обычной желтой латуни представлен ниже:

Мы можем использовать эти данные для расчета отношения атомов цинка к меди в обычной желтой латуни:

Соотношение атомов цинка и меди составляет примерно 1: 2.
То есть на 1 атом цинка приходится 2 атома меди, или, другими словами, одна треть всех атомов в решетке — это атомы цинка, а другие две трети — атомы меди.

Мы можем оценить влияние этого на плотность сплава, рассчитав объем пространства, занимаемого 33 г цинка и 67 г меди в латунном сплаве:

Затем можно рассчитать плотность сплава:

Латунь более пластична, чем цинк или бронза (сплав меди и олова), что означает, что ее можно раскалывать в листы и сгибать в разные формы, что делает ее идеальной для использования в музыкальных инструментах.

Чистая медь мягкая, чистый цинк тоже мягкий, но латунный сплав тверже, чем медь или цинк.
Поскольку латунь — это привлекательный сплав с блестящим золотым внешним видом и низким трением металла о металл, она использовалась в замках, механизмах, клапанах и гильзах для боеприпасов.