1.3 Кольорові метали. Сплави на основі міді, алюмінію та благородних металів.

Кольорові метали - це мідь, алюміній, цинк, олово, свинець, нікель, хром, срібло та інші. Вони мають загальну властивість утворювати на поверхні окисну плівку, яка запобігає дальшій корозії металу.

Мідь - позначається від М00 (99,99 % чистої міді) до М4 (вміщує 99,0 % чистої міді). Мідь марок МФІ, МФ2 та МФЗ має домішку фосфору, який надає їй пружних властивостей та хорошої текучості у розплавленому стані.

Латунь - це сплав міді з цинком. Вона має жовтуватий колір. Позначається звичайна латунь буквою Л з цифрою, яка вказує на процентний вміст у латуні міді, а решта - цинк. Наприклад, Л62 (62 % міді), Л90 (90 % міді).

Спеціальні латуні випускаються з домішками легуючих елементів (алюміній - А, залізо - Ж, марганець - Мц, нікель - Н, свинець - С, олово - О, кремній - К та ін.), які крім букви Л, містять букви позначень легуючих елементів, далі цифру - вміст міді і через рисочку вміст легуючих елементів. Наприклад, латунь ЛМцЖ-57-3-1 містить міді 57 °/о, марганцю 3 %, заліза 1 %, а решта цинк. Ця латунь стійка проти дії морської води.

Домішки кремнію, олова, алюмінію підвищують міцність, антифрикційні властивості та корозійну стійкість латуні на повітрі, в морській воді та атмосфері. Марганець надає жаростійкості, а залізо твердості. Свинцеві латуні добре поліруються, а домішка до алюмінієвої латуні миш'яку, нікелю та заліза підвищує її стійкість проти розведених кислот.

Бронза - це сплав міді з оловом (олов'янисті бронзи) або іншими елементами, крім цинку (хоча цинк може входити від З - 5 % і в олов'янисті бронзи). Останні називають без олов'яними або спеціальними. Позначають бронзи буквами Бр, а далі йдуть елементи, які входять до її складу і процентний вміст (крім міді). Наприклад, БрОф8,0 - 0,3 містить 8 % олова і 0,3 % фосфору, решта мідь; БрС30 - З0 % свинцю, решта мідь. Порівняно з латунню бронзи міцніші, корозієстійкі, мають антифрикційні властивості. З бронзи виготовляють крани, вентилі, втулки навантажених підшипників тощо.

Берилієві бронзи після гартування за твердістю та пружними властивостями перевищують високоякісні сталі, а кадмієві та хромисті бронзи найбільш тепло- та електропровідні.

Мідно-нікелеві сплави мають високу корозійну стійкість та особливі електричні властивості, які змінюються залежно від вмісту нікелю. Крім нікелю, до складу сплаву можуть входити й інші елементи. Позначаються ці сплави МН0,6, МН16, тобто вміщують 0,6 % нікелю або 16 % нікелю і так далі. Деякі мідно-нікелеві сплави мають власні назви:

константан (МНМц40-1,5) - вміщує марганець і характеризується високим електричним опором. Використовується для реостатів, нагрівних приладів (до 500 °С);

манганін (МНМцЗ-12) також вміщує марганець. Використовують для електротехнічних виробів та опорів;

копель (МНМц43-0,5) - для термопар;

куніаль (МНАІЗ-З) - для машин підвищеної міцності;

нейзільбер, «нове срібло» (МНЦ15-20) - для деталей електромашин, медичного інструменту, посуду;

мельхіор (МНЖМцЗО-0,8-1) - для труб термостатів, а МН19 - столового посуду.

Жароміцні сплави міді містять у невеликих кількостях кадмій - близько 1%, цирконій - до 0,5%, хром - до 1,0%, кобальт - до 2,7 %, берилій - до 0,7 %, титан - до 0,15%. Використовують ці сплави для електродів машин контактного і шовного зварювання, колекторів електродвигунів та інших деталей, які в процесі роботи нагріваються.

Алюміній (Аl) легкий та малоокислюваний метал, дуже поширений в домашньому побуті. Чистий алюміній позначається А з відповідною цифрою (А99 – А0). Проте здебільшого використовується алюміній з невеликими домішками. Так, є технічний алюміній АД1, корозієстійкі сплави з домішкою марганцю АМц та магнію АМг, конструкційні сплави (дюралюміній) ДІ - Д19, жароміцний з домішкою міді АК4, конструкційний високоміцний з домішкою цинку та міді В93 - В96ц; ливарний алюміній АЛ1 - АЛ21, ВАЛ1. З останніх двох відливають поршні, головки двигунів та інші деталі, що працюють при температурі до 350 °С. Дюралюміній широко використовують в авіації.

Цинк (Zn) у чистому вигляді - ЦВЧ, ЦО, ЦЗ використовують в основному як покриття чорних металів, щоб захистити їх від корозії. Оскільки чорні метали і цинк мають різний електричний потенціал, на поверхні виробу цинкове покриття тримається дуже міцно.

Крім сплаву цинку з міддю, що утворюють латунь, є сплави цинку з алюмінієм, міддю і магнієм - ЦАМ4-1 і з алюмінієм ЦА4, з яких відливають карбюратори автомобілів, рамки спідометрів, бензонасоси, деталі пилососів тощо. Є також антифрикційні сплави ЦАМ9-1.5, ЦАМІО-5 для виготовлення вкладишів, втулок та ін.

Магній (Мg) метал, який в чистому вигляді майже не використовують, але є магнієво-літієві сплави надлегкі ИМБ2, з високою звукопровідністю МА17, з високою демпфуючою здатністю МЦП, їх використовують у конструкціях, що піддаються вібрації.

Титан (Ті) - майже вдвічі легший за сталь, за такої ж міцності він має вищу температуру плавлення, низьку теплопровідність і погані антифрикційні властивості, але легко кується, штампується. При нагріванні до 500 °С на повітрі він не окислюється, а при вищій температурі на його поверхні утворюється міцна захисна плівка. Тому з титану та його сплавів виготовляють обшивку надзвукових літаків, компресори реактивних двигунів, в турбобудуванні - лопаті та диски турбін тощо. З листового титану можна виготовити (із застосуванням аргонового зварювання) легкі глушники для автомобілів, які не іржавіють і не прогоряють.

Олово (Sn) - важкий м'який метал сріблястого кольору з температурою плавлення 232°С. У чистому вигляді олово не окислюється, стійке проти дії харчових кислот. Раніше ним покривали кухонний посуд, молочні бідони. Тепер для цього переважно застосовують нержавіючу сталь або «харчовий алюміній».

Використовують олово для паяння у чистому вигляді або для приготування різних припоїв (переважно з свинцем). Днище та крила автомобіля, покриті оловом або його сплавом, не піддаються корозії, але цю луджену поверхню слід захистити від ударів камінців, піску тощо м'якою мастикою.

Пруток чистого олова при згинанні хрустить, бо відбувається розрив кристалів. Якщо олово зберігається при температурі нижче - 13°С, воно поволі перетворюється в сірий порошок. Таке явище називають «олов'яною чумою». Тому прутки чистого олова слід зберігати при вищій температурі.

Свинець (Рb) - м'який, важкий, синювато-сірого кольору, блискучий метал з температурою плавлення 327,4 °С. Він дуже пластичний, тому в чистому вигляді його використовують для захисту кабелів, які укладають у землю, для зачеканення з'єднань чавунних труб, де його запресовують за допомогою спеціальних оправок, для ущільнень кришок котлів, вода в яких не використовується для харчування. Свинець стійкий проти соляної та сірчаної кислот. Азотна та плавикова кислоти добре його розчиняють. В основному ж свинець використовують для приготування припоїв у сплаві з оловом та іншими легкоплавкими металами.

Хром (Сr) - блискучий метал з синюватим відтінком, за питомою вагою близький до заліза. Він досить твердий (на одиницю менше від алмаза), проте крихкий. Температура плавлення 1910 °С. Він стійкий проти окислення в атмосфері та у воді.

В чистому вигляді хром широко використовують для декоративного та антикорозійного покриття інших металів (хромування). Проте плівка хрому пориста, через неї проникає волога і чорні метали під хромом згодом іржавіють. Тому чорні метали спочатку вкривають міддю, зверху нікелем, а вже потім хромом, тобто робиться тришарове покриття. Інколи чорний метал вкривають нікелем, а вже потім хромом.

Хром досить міцний проти стирання, але на ньому погано утримується мастило, тому спочатку наносять плівку пористого хрому, яка добре утримує масло і досить добре захищає поверхню від стирання. В промисловості хром широко використовують для виготовлення легованих хромистих сталей високої міцності.

Нікель (Ni) - сріблясто-білий метал. Порівняно із хромом має жовтуватий відтінок. Температура плавлення 1455°. На повітрі та у вологому середовищі не окислюється і за цими властивостями наближається до благородних металів. Концентровані сірчана та соляна кислоти діють на нікель слабо, але азотна його розчиняє.

Використовують нікель для захисного та декоративного покриття металів (нікелювання), а також для приготування нержавіючих сталей. Сплав нікелю з хромом називають ніхромом. З нього виготовляють спіралі електронагрівальних приладів.

Для більш повного та детального розуміння цього питання прочитайте матеріали 3 (стр.95-119), 4 (стр.315-328), 5 (стр.215-249), 6 (стр.65-78), 7 (стр.135-147) література.