Мир металлов и сплавов
Отношения между Россией и США в очередной раз накалены до предела. Угрозы ввода санкций звучат практически ежедневно. Казалось бы, ничего нового. В условиях санкций Россия живет уже восемь лет. Но на этот раз ситуация более серьезная — Америка грозит прекратить поставки в Россию высокотехнологичного оборудования. Это не только смартфоны iPhone и процессоры Intel и AMD, но и прочая электроника, в которой используются чипы, выполненные по технологиям США. Следует понимать, что Америка лицензирует каждую свою разработку, в результате чего создать чип без применения американских технологий практически невозможно. Другими словами, после принятия санкций, поставки электронной продукции прекратят не только американский производители. Чем может ответить Россия в такой ситуации? Попросту обрушить производство полупроводников во всем мире. Дело в том, что Россия является основным поставщиком инертного газа неона и палладия, без которые используются для производства чипов.
Если США введут санкции против России, под угрозой может оказаться производство чипом во всем мире
Почему неон необходим для производства чипов
Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.
Неон используют не только для изготовления светящихся вывесок, но и при производстве процессоров
Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.
Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов. Кроме того, неон используется при производстве LCD-мониторов и телевизоров.
Где в России добывают неон
Неон представляет собой достаточно редкий газ, который не имеет цвета, запаха или вкуса, кроме того, он не вступает в химические реакции, то есть является инертным газом. Небольшое количество неона присутствует в воздухе, поэтому даже сейчас вы его вдыхаете.
Неон содержится в атмосфере
Надо сказать, что неон специально обычно не добывают. Он является одним из побочных продуктов, который образуется в результате сжижения и разделения воздуха в промышленности. Его получают в больших количествах на металлургических предприятиях России и Украины. Именно отсюда поставляется 90% неона для производства процессоров и микросхем. Причем большая часть газа поступает именно из России, а в Украине он только проходит очистку.
Для чего используют палладий
Палладий часто используется в транзисторах графического процессора вместе с танталом для увеличения объема памяти чипа. Кроме того, палладий и сплавы палладия применяют для покрытия контактов. Его использование обусловлено высокой износоустойчивостью, а также коррозионной стойкостью.
Палладий — драгоценный металл, который применяют для покрытия контактов
Кроме того, палладий в большом количестве используется в автомобилестроения. Он применяется в катализаторах, которые обеспечивают дожиг отработанных газов и очистку в соответствии с принятыми нормами. Поэтому даже на бюджетных автомобилях катализатор является дорогостоящей деталью.
Где в России добывают палладий
Палладий является одним из самых ценных металлов на земле. Он относится к платиновой группе, имеет серебристо-белый цвет. Крупнейшее его месторождение находится в Норильске. Палладий получают путем переработки сульфидных руд таких металлов, как никель, серебро и медь.
Россия добывает более половины от мировой добычи палладия. Правда США закупает его у разных стран — Канады, ЮАР, а также сами добывают на Аляске. Однако Россия покрывает 35% от потребностей страны. Поэтому, в случае наложения ответных санкций, это так же станет серьезной проблемой.
На нашем Яндекс.Дзен-канале вас ждет еще больше увлекательных материалов, которые небыли опубликованы на сайте.
Кроме палладия Россия также может перестать поставлять гелий, фтор и скандий. В результате это может стать серьезным ударом по производству смартфонов, автомобильных запчастей и даже ракет. С учетом того, что на рынке полупроводниковой продукции и так наблюдается дефицит, выпуск данной продукции может быть поставлен под угрозу. Таким образом без высокотехнологичной продукции может остаться не только Россия, но и весь мир.
Разумеется, если США все равно введут санкции, проблему с чипами в России остановка поставок сырья не решит. Собственные заводы должны быть построены только к 2030 году, причем на них будут производиться чипы по 16-нанометровому техпроцессу, который уже сейчас считается устаревшим. К примеру, компания Intel представила Core i9, созданный по 14-нанометровому техпроцессу еще в 2018 году. Поэтому остается надеяться лишь на то, что до введения санкция дело все же не дойдет.
Россия ограничила экспорт инертных газов до конца года
Россия прекращает экспорт инертных газов (upd: 02.06.2022)
Как мы и предполагали, Россия все же пошла на этот шаг и ограничила поставки всех инертных газов до конца 2022 года, о чем сообщают «Вести». Но, как известно, дьявол кроется в деталях. В данном случае эта деталь в слове “ограничила”. Оно означает, что Россия не исключает экспорт газов, необходимых для производства процессоров, но поставки возможны только по решению правительства, которое принимается на основании Минпромторга.
В переводе с дипломатического это означает, что поставки инертных газов возможны только в ответ на поставки необходимой для России микроэлектроники. Надо сказать, что мера стала вынужденной, ведь поставлять чипы в РФ отказался даже Тайвань по требованию США. Если быть точнее, TSMC сможет поставлять чипы с частотой не более 25 МГц.
Как мы сказали выше, с отечественными производителями микроэлектроники в России и так не сложилось. А сейчас еще и под санкции попали такие производители чипов, как “Байкал электроникс”, МЦСТ (известный как разработчик процессоров “Эльбрус”), НТЦ “Модуль” и другие.
Отсюда следует, что либо США придется пересмотреть свою санкционную политику, либо кризис на рынке микроэлектроники будет усугубляться. Какой вариант событий вам кажется наиболее реалистичным? Делитесь своими мыслями в комментариях.
Какие бывают виды металлов и сплавов?
Металлы окружают нас повсюду: их них сделаны автомобили, каркасы домов, бытовая техника, смартфоны и многие другие изобретения человечества. Но много ли мы о них знаем? Первое, что нужно знать о металлах — это то, что они делятся на черные и цветные. Из этих разновидностей металлы разделяются еще на несколько больших групп, в зависимости от их свойств. Давайте сразу же перейдем к конкретике. В этом материале мы вкратце разберемся, по каким признакам металлы разделяются по разным группам и в каких отраслях они применяются.
На сегодняшний день науке известно более 90 видов металлов и все они используются в самых разных сферах
Характеристика металлов
Металлы — это группа из более 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. В природе они редко обнаруживаются в чистом виде, поэтому их чаще всего добывают из руды. Так называют вид полезных ископаемых, которые представляют собой соединение нескольких химических компонентов, вроде минералов и тех же самых металлов. Металлам характерны несколько свойств, по которым их разделяют по группам:
- твердость — сопротивление к проникновению в материал другого, более твердого тела;
- прочность — стойкость к разрушению под воздействием внешней нагрузки;
- упругость — изменение формы материала под воздействием внешних сил и восстановление ее после того, как эти силы перестают на нее воздействовать;
- пластичность — изменение формы материала под внешним воздействием и сохранение ее после устранения этого воздействия;
- износостойкость — сохранение хорошего внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения;
- вязкость — способность материала вытягиваться под воздействием внешних сил;
- усталость — свойство материала выдерживать многократные нагрузки;
- жароустойчивость — сопротивление окислительным процессам при нагревании до высоких температур.
Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что из него можно будет изготавливать ручки дверей больниц и других общественных мест.
Черные металлы
Три главные особенности черных металлов: большая плотность, высокая температура плавления и темная окраска. Так как с черными металлами в чистом виде тяжело работать, в них добавляют легирующие компоненты — примеси для изменения физических и химических свойств основного материала.
Чтобы придать черным металлам форму, их сначала нагревают до высоких температур, а потом прессуют
Черные металлы делятся на 5 подгрупп:
Железные металлы
К ним относятся кобальт, никель и марганец. Они применяются как добавки к железу — чаще всего, из сплавов получают прочную сталь, которая используется в изготовлении различных деталей для крупной техники, ножей и других изделий.
Из стали изготавливаются прочные и красивые ножи причем не только кухонные
Тугоплавкие металлы
К этой подгруппе относятся ниобий, молибден, вольфрам и рений. Их общей чертой является то, что ох температура плавления выше, чем у железа — то есть, составляет более 1539 градусов Цельсия. Из них, как правило, изготавливают детали для техники и нити накаливания для различных лампочек.
Нити накаливания в лампочках, как правило, сделаны из вольфрама
Урановые металлы
В эту группу входят уран, калифорний и другие радиоактивные металлы. Они используются исключительно в отрасли атомной энергетики.
В древние времена уран использовался для изготовления желтой посуды
Редкоземельные металлы
В эту классификацию входят лаптан, празеодим, неодим и другие металлы. Все они серебристо-белого цвета и имеют практически полностью одинаковые химические свойства. Свое название редкоземельные материалы получили потому, что их трудно найти в земной коре. Они используются в атомной энергетике и машиностроении. Например, из редкоземельных металлов можно создавать стекла, которые не пропускают через себя ультрафиолетовые лучи.
Редкоземельный элемент скандий используется в ртутно-газовых лампах
Щелочноземельные металлы
В эту подгруппу входят бериллий, магний, кальций, радий и другие металлы. Все они окрашены природой в серый цвет и при комнатной температуре всегда остаются в твердом состоянии. В чистом виде они практически нигде не применяются, за исключением атомных реакторов.
Щелочноземельный элемент бериллий используют для изготовления рентгеновских трубок, через которые лучи выходят наружу
Цветные металлы
Цветные металлы стоят дороже черных, потому что более востребованы в мире. Они нужны при изготовлении автомобилей, строительстве домов и в области высоких технологий — именно они являются основными материалами при изготовлении смартфонов и другой электроники. В сфере строительства они нужны для изготовления всевозможных арматур, балок, уголков и так далее.
Железо и его сплавы относятся к черным металлам, а все остальное — это цветные металлы
Цветные металлы принято разделять на три группы:
Тяжелые металлы
Самыми яркими представителями этой категории цветных металлов считаются медь, латунь и бронза. Наибольшим спросом среди них пользуется медь, потому что она — отличный проводник электрического тока и широко применяется в электронике. Из латуни изготавливают различные проволоки, подшипники и другие металлические элементы. Из бронзы нередко делают памятники, потому что она не боится дождя, снега и механических повреждений.
Легкие металлы
Самые популярные легкие металлы, это алюминий, магний и титан. Их довольно легко расплавить, а также они легче черных металлов. Благодаря устойчивости к коррозии, высокой пластичности и небольшой массе, алюминий активно используется в строительстве самолетов и автомобилей. Магний широко применяется в изготовлении корпусов для различной техники, начиная с фотоаппаратов и заканчивая двигателями. Титан отличается высокой прочностью и небольшой массой, поэтому применяется при изготовлении космических ракет.
В воздухе алюминий мгновенно покрывается пленкой, которая защищает ее от возникновения ржавчины
Благородные металлы
К благородным металлам относятся золото, серебро и платина. Из-за сложности добычи и своей красоты, они считаются самыми дорогими разновидностями металлов. Их стоимость постоянно меняется и их можно купить в банках, тем самым вложив в них свои деньги. Также благородные металлы широко используются в ювелирном деле. Из них изготавливаются кольца, браслеты и прочие украшения.
Про алюминий можно почитать в материале про самые ценные металлы в мире
Виды сплавов
Сплавами называют материалы, которые состоят из двух и более металлических компонентов. Как правило, сплавы состоят из основы, в которую входят несколько металлов, и так называемых легирующих элементов — они необходимы, чтобы придать сплаву мягкость, эластичность и другие свойства. Чаще всего в промышленности применяются смеси с использованием железа и алюминия, но вообще существует более 5 тысяч разновидностей сплавов.
В большинстве своем металлы, с которыми мы взаимодействуем — это сплавы
Сплавы делятся на два вида: литые и порошковые. Литые сплавы получаются путем смешивания расплавленных компонентов. А порошковый метод получения сплавов подразумевает прессование порошков нескольких металлов и их последующее спекания при высоких температурах.
Из металлических сплавов сегодня изготавливается практически все, вплоть до скамеек
По назначению сплавы делятся на конструкционные, инструментальные и специальные. Конструкционные сплавы предназначены для изготовления деталей автомобилей. Из инструментальных сплавов, как можно понять из названия, изготавливают инструменты — например, различные молотки и ножи. А специальные сплавы используются для изготовления деталей специального назначения — например, для предотвращения трения.
Как видно, металлов очень много и они сильно друг от друга отличаются. На тему металлов также рекомендую почитать материал, в котором я рассказал о самых интересных разновидностях этого материала. Вот знаете ли вы, как называется самый редкий металл на нашей планете и как его добывают?
Самые ценные металлы на Земле
Современная таблица Менделеева включает в себя 118 химических веществ. Большую часть этой таблицы занимают различные металлы — к ним относится более 90 из всех открытых элементов. Разнообразие металлов очень велико, какие-то из них встречаются часто, с их добычей особых проблем нет и стоят они недорого. Например, самый распространенный металл, алюминий, стоит около 100 рублей за килограмм. Но в мире есть и редкие металлы, некоторые из которых вообще не существуют в чистом виде и добываются исключительно в лабораторных условиях. Они используются для изготовления украшений и для проведения научных исследований. Цена за грамм таких металлов может достигать миллионов долларов, что довольно интересно.Давайте рассмотрим цены на самые дорогие металлы на Земле и узнаем, как они добываются и где используются?
На сегодняшний день науке известно более 90 разновидностей металлов
Стоимость индия
Начнем с довольно редкого, но при этом не слишком дорогого металла — он называется индий. Он был открыт в 1863 году и входит в состав руды цинка, свинца, меди и олова. В чистом виде представляет собой белый и очень блестящий металл, который можно легко расплавить и нарезать обычным ножом. Крупнейшими поставщиками индия считаются Китай, Южная Корея и Япония — ежегодно производится несколько сотен тонн металла.
Индий настолько мягок, что его можно кусать зубами
Благодаря своим свойствам, индий активно используется в электронной технике и автомобилях. Во времена Второй мировой войны это металл входил в состав подшипников для авиационных двигателей.
Цена килограмма индия — от 20 000 рублей.
Стоимость серебра
Серебро известно человечеству с очень древних времен, поэтому точную дату его открытия назвать невозможно. В природе он встречается как в чистом виде, так и в качестве соединения в рудах других металлов. Серебро обладает серебристо-белым цветом и высокой пластичностью. Крупнейшими производителями серебра по праву считаются Китай, Канада и США — каждый год добывается около 22 тонн металла.
Серебро применяется везде, начиная с ювелирной отрасли и заканчивая стоматологией
Несмотря на свою высокую стоимость, серебро используется во многих отраслях. Из него изготавливают украшения и монеты, а также используют в электронной технике и стоматологии. Считается, что серебро предотвращает распространение бактерий и сам по себе очень безопасен. На него всегда действует высокий спрос, отсюда и большая стоимость.
Цена килограмма серебра — от 30 000 рублей.
Стоимость иридия
Металл иридий был открыт в 1803 году и, в основном, добывается из платиновых руд. Он белого цвета и обладает очень высокой температурой плавления — 2466 градусов Цельсия. Вдобавок, ему не страшна коррозия и даже кислоты, потому что это самый стойкий металл. Крупнейшим поставщиком иридия считается Южная Африка, всего в год производится около тонны металла.
Иридий считается самым стойким металлом, потому что ему не страшна даже кислота
В чистом виде иридий не используется, чаще всего его добавляют к платине. Сплав иридия и платины отлично подходит для изготовления украшений — они красиво выглядят и практически не изнашиваются. Также иридий востребован при изготовлении хирургических инструментов, аэрокосмической техники и электроники. Из этого металла также делают наконечники дорогих пишущих ручек.
Цена килограмма иридия — от 45 000 рублей.
Стоимость палладия
Открытый в 1803 году палладий окрашен исключительно в серебристо-белый цвет, легко плавится, не тускнеет и не ржавеет. В природе этот металл встречается крайне редко, в основном его добывают из руд никеля, серебра и меди. Самым крупным поставщиком считается Южная Африка, но палладий в небольшом количестве также добывается в России.
Палладий — один из самых редких металлов на Земле
Палладий активно используется в ювелирном деле — смешивая его с золотом, можно получить так называемое «белое золото». Также из палладия чеканятся редкие монеты, посвященные памятным историческим датам. Также металл пользуется спросом в медицине, потому что из него изготавливаются детали для кардиостимуляторов и зубные протезы. В автомобилях палладий нужен для превращения вредных веществ в более безвредные химические соединения.
Цена килограмма палладия — более 1 000 000 рублей.
Стоимость платины
Многие народы не знали о существовании платины вплоть до XVI века, но есть народы, которые использовали этот металл с незапамятных времен. Платина встречается только в виде сплава с другими металлами, но в чистом виде окрашена в серебристо-белый цвет. Она обрела большую популярность благодаря своему красивому внешнему виду и пластичности. Крупнейшими поставщиками платины считаются Южная Африка, Россия, США и Канада. Примечательно, что в 1800-е годы у России были огромные запасы платины — источники, например, были найдены вблизи Екатеринбурга.
Ранее Россия была лидером по добыче платины
Платина используется в ювелирной промышленности, а также из нее чеканят монеты. Также она широко используется в технике — из нее, например, изготавливают зеркала для лазерной техники. Спрос на платину тоже высок, поэтому она очень дорога.
Цена килограмма платины — около 1 500 000 рублей.
Стоимость золота
Одно из первых столкновений человека и золота произошло 9500 лет до нашей эры. Этот металл встречается исключительно в чистом виде, обладает высокой прочностью, но при этом очень пластичен. Самыми крупными поставщиками золота являются Китай, Австралия, Россия и США. Уже долгие столетия золото считается самым желанным драгоценным металлом.
Когда-то золото обнаруживалось людьми в виде больших самородков, но теперь добыча занимает много времени и сил
Всем уже известно, что из золота изготавливают многие ювелирные изделия вроде колец, цепочек и так далее. Благодаря тому, что золото отлично проводит электричество, его активно применяют в производстве электроники. Также оно очень востребовано в стоматологии — все же видели золотые зубы?
Цена килограмма золота — около 2 000 000 рублей.
Стоимость калифорния
Впервые этот металл был получен учеными в 1950 году. Его можно считать самым дорогим металлом, потому что ежегодно производится только 20-40 микрограммов калифорния. Общий мировой запас составляет всего 8 граммов. Для создания калифорния используются ядерные реакторы, которые расположены на территории США и России. Главная ценность калифорния состоит в том, что грамм этого элемента вырабатывает энергию среднего атомного реактора.
Только взгляните на эту красоту — калифорний действительно выглядит дорого
Калифорний используется в медицине для обработки злокачественных опухолей — иногда другая лучевая терапия оказывается бесполезной. Также металл используется в научных исследованиях и диагностике повреждений самолетов.
Цена одного грамма калифорния везде разная, где-то пишут о 30 миллионах долларов за грамм, а National Geographic пишет о 250 миллионах «зеленых». В пересчете на наши деньги, это более 17 миллиардов рублей.
Следует отметить, что калифорний является самым дорогим металлом в мире, но на бирже его не купить. А вот самым дорогим металлом, хранящимся в банках, по-прежнему остается золото. Также подчеркну, что я предоставил среднюю цену о металлах, взятую из открытых источников, чтобы сложилось общее впечатление. А так, стоимость драгметаллов постоянно меняется.
Вот уже несколько месяцев наши материалы можно читать через Google News, подписывайтесь!
Как видно, в мире существует огромное количество ценных металлов. О некоторых из них вы уже наверняка знаете, потому что на днях я публиковал статью о самых интересных металлах. Рекомендую ознакомиться!
Самый тугоплавкий металл
С древних времен человек научился обрабатывать и использовать в своей жизни металлы. Какие-то из них подходят для изготовления посуды и других товаров народного потребления, из других, например нержавеющая сталь, делают оружие и медицинские инструменты. А некоторые металлы и сплавы используются для строительства сложных технических механизмов, например космический корабль или самолет. Одной из характеристик, на которую обращают внимание при выборе того или иного материала, является его тугоплавкость.
Самый тугоплавкий металл вольфрам
Тугоплавкость металлов
Внимание этой характеристике уделяют все инженеры и конструкторы, работающие в машиностроении. В зависимости от величины этой характеристики, человек может рассчитать и определить в какую конструкцию можно применить те или иные тугоплавкие материалы.
Материалы, температура плавления который выше температуры плавления железа, равной 1539 °С, называются тугоплавкими. Самые тугоплавкие материалы:
- тантал;
- ниобий;
- молибден;
- рений;
- вольфрам.
Тантал Молибден
Полный список содержит больше химических элементов, но не все из них получили распространенное применение в производстве и некоторые обладают меньшими температурами плавления или радиоактивны.
Вольфрам – самый тугоплавкий металл. На вид он светло-серого цвета, твердость и вес достаточно велики. Однако, он становится хрупким при низких температурах и его легко сломать (хладноломкость). Если нагреть вольфрам больше 400 °С, он станет пластичным. С другими веществами вольфрам плохо соединяется. Добывают его из сложных и редких минералов руд, таких как:
- шеелит;
- ферберит;
- вольфрамит;
- гюбнерит.
Переработка руды очень сложный и дорогостоящий процесс. Извлеченный материал формируют в бруски или готовые детали.
Вольфрам был открыт в XVIII веке, но долгое время не существовало печей, способных нагреваться до температуры плавления этого тугоплавкого металла. Ученые провели множество исследований и подтвердили, что вольфрам самый тугоплавкий металл. Стоит отметить, что по одной из теорий, сиборгий имеет большую температуру плавления, но не удается провести достаточное количество исследований, т.к. он радиоактивен и нестабилен.
Добавление вольфрама в сталь увеличивает ее твердость, поэтому его стали применять в изготовлении режущего инструмента, что увеличило скорость резания и тем самым привело к росту производства.
Высокая стоимость и трудность обработки этого тугоплавкого металла сказываются на сферах его применения. Он используется в тех случаях, когда нет возможности применить другой. Его достоинства:
- устойчив к высоким температурам;
- повышенная твердость;
- прочный или упругий при определенных температурах;
Переработка металлической руды
Все эти характеристики помогают вольфраму найти широкое применение в различных сферах, таких как:
- металлургия, для легированных сталей;
- электротехника, для нитей накаливания, электродов и др.;
- машиностроение, в изготовлении узлов зубчатых передач и валов, редукторов и многом другом;
- авиационное производство, в изготовлении двигателей;
- космическая отрасль, применяется в соплах ракет и реактивных двигателях;
- военно-промышленный комплекс, для бронебойных снарядов и патронов, брони военной техники, в устройстве торпед и гранат;
- химическая промышленность, вольфрам обладает хорошей коррозийной стойкостью к действию кислот, поэтому из него делают сетки для фильтров. Кроме того соединения с вольфрамом используют в качестве красителей тканей, в производстве одежды для пожарных и многом другом.
Такой перечень отраслей, где используется этот тугоплавкий металл говорит о том, что его значение для человечества очень велико. Ежегодно по всему миру изготавливают десятки тысяч тон чистого вольфрама и с каждым годом потребность в нем растет.
Получение тугоплавких материалов
Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.
Установка для получения тугоплавких металлов
Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.
- Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
- Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
- Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.
Производство тугоплавких металлов
Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.
На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.
Применение тугоплавких материалов
Сферы, в которых применяются тугоплавкие металлы и сплавы:
- авиация;
- ракетостроение;
- электроника;
- космический и военный комплекс.
Объединяет все эти сферы использование новейших технологий и процессов. В основном используются в электрических приборах, лампах, электродах, катодах, предохранителях и многом другом.
Применение вольфрама в космической промышленности Электровакуумные радиолампы
Нашли они свое применение и в ядерной энергетике. Тугоплавкие металлы применяют для производства труб ядерных реакторов, оболочек и других элементов АЭС.
В химической промышленности нашли свое применение вольфрам, для окраски тканей, и тантал, антикоррозионные свойства которого применяются при изготовлении посуды и аппаратуры.
Использование тугоплавких металлов в составе прокатных сталей усиливает определенные свойства тех. Это способствует увеличению прочности, температуре плавления и многим другим свойствам.
Ежегодно выпускается миллионы тонн тугоплавких металлов по всему миру. Они используются в составе различных сплавов и сталей. Без них невозможно изготовить качественный инструмент и материал. Развитие военно-промышленного комплекса, самолетостроения, кораблестроения, создание космических кораблей, безопасность в атомной промышленности невозможна без их применения.
Сплавы металлов
Металлы используются человеком уже много тысячелетий. По именам металлов названы определяющие эпохи развития человечества: Бронзовый Век, Железный Век, Век Чугуна и т.д. Ни одно металлическое изделие из числа окружающих нас не состоит на 100% из железа, меди, золота или другого металла. В любом присутствуют сознательно введенные человеком добавки и попавшие помимо воли человека вредные примеси.
Абсолютно чистый металл можно получить только в космической лаборатории. Все остальные металлы в реальной жизни представляют собой сплавы — твердые соединения двух или более металлов (и неметаллов), полученные целенаправленно в процессе металлургического производства.
Классификация однородности сплавов
Классификация
Металлурги классифицируют сплавы металлов по нескольким критериям:
- метод изготовления:
- литые;
- порошковые;
- технология производства:
- литейные;
- деформируемые;
- порошковые;
- однородность структуры:
- гомогенные;
- гетерогенные;
Виды сплавов по их основе
- черные (железо);
- цветные (цветные металлы);
- редких металлов (радиоактивные элементы);
- двойные;
- тройные;
- и так далее;
- тугоплавкие;
- легкоплавкие;
- высокопрочные;
- жаропрочные;
- твердые;
- антифрикционные;
- коррозионностойкие и др.;
- конструкционные;
- инструментальные;
- специальные.
Металлы и сплавы на их основе имеют различные физико-химические характеристики.
Металл, имеющий наибольшую массовую долю, называют основой.
Свойства сплавов
Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:
- Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
- Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
- Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
- Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
- Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам
Для количественного выражения этих свойств вводят специальные физические величины и константы, такие, как предел упругости, модуль Гука, коэффициент вязкости и другие.
Основные виды сплавов
Самые многочисленные виды сплавов металлов изготавливаются на основе железа. Это стали, чугуны и ферриты.
Сталь — это вещество на основе железа, содержащее не более 2,4% углерода, применяется для изготовления деталей и корпусов промышленных установок и бытовой техники, водного, наземного и воздушного транспорта, инструментов и приспособлений. Стали отличаются широчайшим диапазоном свойств. Общие из них — прочность и упругость. Индивидуальные характеристики отдельных марок стали определяются составом легирующих присадок, вводимых при выплавке. В качестве присадок используется половина таблицы Менделеева, как металлы , так и неметаллы. Самые распространенные из них — хром, ванадий, никель, бор, марганец, фосфор.
Если содержание углерода более 2,4% , такое вещество называют чугуном. Чугуны более хрупкие, чем сталь. Они применяются там, где нужно выдерживать большие статические нагрузки при малых динамических. Чугуны используются при производстве станин больших станков и технологического оборудования, оснований для рабочих столов, при отливке оград, решеток и предметов декора. В XIX и в начале XX века чугун широко применялся в строительных конструкциях. До наших дней в Англии сохранились мосты из чугуна.
Вещества с большим содержанием углерода, имеющие выраженные магнитные свойства, называют ферритами. Они используются при производстве трансформаторов и катушек индуктивности.
Сплавы металлов на основе меди, содержащие от 5 до 45% цинка, принято называть латунями. Латунь мало подвержена коррозии и широко применяется как конструкционный материал в машиностроении.
Если вместо цинка к меди добавить олово, то получится бронза. Это, пожалуй, первый сплав, сознательно полученный нашими предками несколько тысячелетий назад. Бронза намного прочнее и олова, и меди и уступает по прочности только хорошо выкованной стали.
Вещества на основе свинца широко применяются для пайки проводов и труб, а также в электрохимических изделиях, прежде всего, батарейках и аккумуляторах.
Двухкомпонентные материалы на основе алюминия, в состав которых вводят кремний, магний или медь, отличаются малым удельным весом и высокой обрабатываемостью. Они используются в двигателестроении, аэрокосмической промышленности и производстве электрокомпонентов и бытовой техники.
Цинковые сплавы
Сплавы на основе цинка отличаются низкими температурами плавления, стойкостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Они применяются в машиностроении, производстве вычислительной и бытовой техники, в издательском деле. Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать цинковые сплавы для вкладышей подшипников.
Титановые сплавы
Титан не самый доступный металл, он сложен в производстве и тяжело обрабатывается. Эти недостатки искупаются его уникальными свойствами титановых сплавов: высокой прочностью, малым удельным весом, стойкостью к высоким температурам и агрессивным средам. Эти материалы плохо поддаются механической обработке, но зато их свойства можно улучшить с помощью термической обработки.
Легирование алюминием и небольшими количествами других металлов позволяет повысить прочность и жаростойкость. Для улучшения износостойкости в материал добавляют азот или цементируют его.
Область применения титановых сплавов
Металлические сплавы на основе титана используются в следующих областях:
- аэрокосмическая;
- химическая;
- атомная;
- криогенная;
- судостроительная;
- протезирование.
Алюминиевые сплавы
Если первая половина XX века была веком стали, то вторая по праву назвалась веком алюминия.
Трудно назвать отрасль человеческой жизнедеятельности, в которой бы не встречались изделия или детали из этого легкого металла.
Алюминиевые сплавы подразделяют на:
- Литейные (с кремнием). Применяются для получения обычных отливок.
- Для литья под давлением (с марганцем).
- Увеличенной прочности, обладающие способностью к самозакаливанию (с медью).
Основные преимущества соединений алюминия:
- Доступность.
- Малый удельный вес.
- Долговечность.
- Устойчивость к холоду.
- Хорошая обрабатываемость.
- Электропроводность.
Основным недостатком сплавных материалов является низкая термостойкость. При достижении 175°С происходит резкое ухудшение механических свойств.
Еще одна сфера применения — производство вооружений. Вещества на основе алюминия не искрят при сильном трении и соударениях. Их применяют для выпуска облегченной брони для колесной и летающей военной техники.
Весьма широко применяются алюминиевые сплавные материалы в электротехнике и электронике. Высокая проводимость и очень низкие показатели намагничиваемости делают их идеальными для производства корпусов различных радиотехнических устройств и средств связи, компьютеров и смартфонов.
![Слитки из алюминиевых сплавов]()
Слитки из алюминиевых сплавов
Присутствие даже небольшой доли железа существенно повышает прочность материала, но также снижает его коррозионную устойчивость и пластичность. Компромисс по содержанию железа находят в зависимости от требований к материалу. Отрицательное влияние железа скомпенсируют добавлением в состав лигатуры таких металлов, как кобальт, марганец или хром.
Конкурентом алюминиевым сплавам выступают материалы на основе магния, но ввиду более высокой цены их применяют лишь в наиболее ответственных изделиях.
Медные сплавы
Обычно под медными сплавами понимают различные марки латуни. При содержании цинка в 5-45% латунь считается красной (томпак), а при содержании в 20-35%- желтой.
Благодаря отличной обрабатываемости резанием, литьем и штамповкой латунь — идеальный материал для изготовления мелких деталей, требующих высокой точности. Шестеренки многих знаменитых швейцарских хронометров сделаны из латуни.
Латунь — смесь меди и цинка Медь и ее сплавы
Малоизвестный сплав меди и кремния называют кремнистой бронзой. Он отличается высокой прочностью. По некоторым источникам, из кремнистой бронзы ковали свои мечи легендарные спартанцы. Если вместо кремния добавить фосфор, то получится отличный материал для производства мембран и листовых пружин.
Твердые сплавы
Это устойчивые к износу и обладающие высокой твердостью материалы на основе железа, к тому же сохраняющие свои свойства при высоких температурах до 1100 о С.
В качестве основной присадки применяются карбиды хрома, титана, вольфрама, вспомогательными являются никель, кобальт, рубидий, рутений или молибден.
Читайте также:
