Меню

Ядер никеля с медью

Медно-никелевый сплав: свойства, ГОСТ. Производство медно-никелевых сплавов. Чистка монет из медно-никелевого сплава

Медь относится к группе цветных металлов. В чистом виде она обладает высокой тепло- и электропроводностью, именно поэтому используется в основном в электротехническом производстве. Медь – очень пластичный материал, который хорошо поддается обработке давлением в холодном и в горячем состоянии.

Для повышения механических, конструкторских и эксплуатационных свойств меди используют его соединения с другими металлами. В результате процесса сплавления изменяется строение кристаллических решеток, возникают дополнительные связи между ионами и атомами. Именно это повышает прочность сплава по сравнению с чистым металлом.

Для чего медь сплавляют с никелем

При сплавлении никель выступает главным легирующим элементом. Он обладает коррозионной стойкостью, поэтому, в основном, используется для упрочнения.

  • повышается жаропрочность материала;
  • существенно снижается температурный коэффициент электросопротивления;
  • появляется высокая устойчивость к коррозии, особенно в морской воде.

Классификация

Свойства медно-никелевого сплава зависят от процентного содержания в нем никеля и других веществ. В настоящее время создано много новых специальных материалов с уникальными характеристиками.В зависимости от области применения их делят на конструкционные и электротехнические.

  • Конструкционные — обладают высокими антикоррозионными и прочностными характеристиками. Изделия из них отличаются устойчивостью к агрессивным средам. Это мельхиор, нейзильбер и куниаль. Отдельное место в этом списке занимает монель, состав которого и пропорциональное соотношение элементов несколько иные.
  • Электротехнические — отличаются повышенным электрическим сопротивлением и термоэлектрическими свойствами, используют их в энергетике и электротехнике. Это константан, манганин и копель.

Знание химического состава и физических характеристик позволяет определить медно-никелевый сплав в одну из групп.

Мельхиор

Содержит примерно 80% меди, около 20% никеля, а также немного марганца и железа. Подобный сплав был известен людям еще в III веке до н. э. под названием «белая медь» благодаря светло-серебристому цвету, напоминающему серебро. Это обладающий высокими антикоррозионными свойствами, а также большим запасом прочности и износостойкости медно-никелевый сплав.

Нейзильбер

Этот медно-никелевый сплав с добавлением цинка, имеющий серебристый с зеленоватым оттенком цвет. В зависимости от марки может содержать до 35 % никеля и до 45 % цинка, остальное – медь. Такое солидное содержание цинка существенно удешевляет его производство. Нейзильбер обладает примерно такими же механическими свойствами, что и мельхиор. Он устойчив к коррозии, прочен, достаточно пластичен для обработки в горячем и холодном состоянии методом давления.

Иногда дополнительно легируется свинцом для более качественной механической обработки. В основном из него изготовляют детали приборов, часов, медицинских инструментов. Интересно, что благодаря дешевизне сейчас именно из него чаще, чем из мельхиора, производят ювелирные изделия, медали и ордена. Нейзильбер также используют при изготовлении финифти.

Куниаль

Состоит из медной основы, никеля — до 20 %, небольших добавок алюминия. Сплавляется при температуре 1183°С с последующей закалкой и старением, чем достигаются очень высокие показатели прочности и устойчивости к низким температурам. Подразделяется на марки А (МНА13-3) и Б(МНА 6-1,5).

Марка Б обладает пружинящими свойствами, поэтому широко используется для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Также он очень устойчив к изломам на морозе. Из него производят конструкционные детали, работающие в условиях низких температур.

Монель

В нем содержится примерно две трети никеля и одна треть меди. Температура плавления — 1350 °С. Главное свойство этого медно-никелевого сплава – устойчивость к коррозии. Он имеет высокие показатели механических свойств – прочности и пластической деформации. Монель марки НМЖМц содержит примерно 28% меди, 3% железа, около 3% магния, небольшое количество кобальта и никель.

Читайте также:  Клеммник ваго алюминий медь

Такие же характеристики имеет монель-400. Он является брендом Special Metals Corporation и был запатентован в 1906 году. Поэтому другие компании-производители не могут использовать это название. Так появился еще один сплав – Nicorros. Однако эти материалы идентичны по все химическим и техническим характеристикам.Так как сплав содержит более половины никеля в процентном соотношении, его стоимость достаточно высока. Однако существует технология производства медно-никелевого сплава с использованием сырья из природных сульфидных руд с содержанием обоих элементов, без предварительного разделения на отдельные составляющие. Это позволяет значительно удешевить конечный продукт.

Монель используют для производства изделий, эксплуаьтруемых в агрессивных средах, условиях повышенной механической нагрузки. Это судостроение, химическая и нефтяная промышленность, изготовление медицинских инструментов, ответственных деталей машин и аппаратов.

Константан

Имеет белый цвет с характерным желтоватым оттеком. В состав входят: медь -59 %; никель – 39-41 %; марганец – 1-2 %. Температура плавления 1260 °С. Этот медно-никелевый сплав получил свое название благодаря основному свойству – термостабильности. Он имеет очень хорошие показатели электрического сопротивления при низком значении температурного коэффициента расширения. Сплав идет для изготовления проволоки для термопар, в производстве измерительных приборов, а также электронагревательных элементах, работающих при температурах до 400-500 градусов.

Проволока, изготовленная из константана, подвергается специальной термической обработке, в результате которой металл на поверхности образует тонкую окисную пленку. Благодаря этому изделие не нуждается в дополнительной лакировке или защитном покрытии. Константан очень пластичен. Это свойство позволяет применять его при сварке медно-никелевых сплавов.

Недостатком константана является его достаточно высокая ЭДС — около 43 мкВ. Это исключает использование проволоки и ленты из него в высокоточных измерительных приборах.

Манганин

Содержит примерно 5% никеля, 12% марганца и основу из меди. Температура плавления — 960 °С. Интересно, что манганин был изобретен американцем Эдвардом Венстоном примерно в 1888 году на основе им же изобретенного константана как специальный материал для обмоток электроизмерительных приборов. Он действительно имеет высокое удельное электрическое сопротивление, а также крайне малую ЭДС в паре с медью (не более 1 мкВ), что выгодно отличает его от константана.

Для того, чтобы снизить температурный коэффициент сопротивления, мангановую проволоку отжигают при температурах около 600 градусов в условиях вакуума, затем медленно охлаждают. Эта технология позволяет увеличить температуру, при которой материал сохраняет свои электрические свойства, до 200°С. Уже намотанную в катушки проволоку дополнительно нагревают неоднократно до 150 °С. Так достигается эффект искусственного старения, после которого изменения в кристаллической структуре металла сводятся к минимуму.

Основная область применение манганина как материала со стабильными показателями электросопротивления — изготовление разнообразных приборов высокой точности для измерения показателей электрического тока (силы тока, напряжения, мощности).

Копель

Еще один специальный сплав. Содержит медь, 43% никеля, немного железа и марганца. Температура плавления 1290 °С. Благодаря оптимальному соотношению стабильно низкого удельного сопротивления и высокой ТЭДС в паре с различными металлами сплав применяется для изготовления проволоки для термопар и электродов. Показатель ТЭДС материала возрастает пропорционально рабочей температуре:

  • при 100 градусах по Цельсию — 6,95В;
  • при 600 — до 49В.

Копель очень термостоек — без нарушения основных свойств выдерживает нагревание до 600 градусов и устойчив к коррозии.

Процесс плавки

При производстве медно-никелевых сплавов придерживаются сравнительно похожих технологий. Мельхиор, нейзильбер, куниаль, константан, манганин сначала плавят в индукционных печах под слоем прокаленного древесного угля. Добавление к шихте отходов допускается до 80%.

Читайте также:  Презентация по химии медь цинк

Процесс плавки начинается с меди и никеля. По мере их расплавления добавляются отходы крупным куском, потом мелкие. В последнюю очередь загружается цинк. После окончательного расплавления шихты производят раскисление марганцем и кремнием (нейзильбер), либо кремнием и марганцем (константан и мельхиор). После этого с поверхности расплава убирают весь шлак и добавляют еще древесного угля. Нагревают раскаленную массу до температуры около 1300 °С, при необходимости добавляют хлористый марганец для рафинирования.

Немного отличается технология приготовления куниалей, так как они содержат алюминий. Перед введением алюминия в расплав обязательно добавляют 0,1% марганца для раскисления. А после растворения алюминия поверхность расплава посыпают флюсом. Если этого не сделать, образуются пленки, от которых расплав становится негодным для заливки.

Химические, физические и конструкционные свойства определяют область назначения различных медно-никелевых сплавов. ГОСТ 492–73, ГОСТ 5063–73, ГОСТ 5187–70, ГОСТ 5220–78, ГОСТ 17217–79, ГОСТ 10155–75 являются основными стандартами при их производстве.

Чеканка монет

Примерно с конца позапрошлого века повсеместно начали чеканить монеты из медно-никелевого сплава.

Современные российские монеты выполнены из различных сплавов. В частности, полностью из мельхиора состоят монеты, выпущенные до 2009 года. Стальные монеты номиналом одна и пять копеек и медные пятирублевые покрыты тонким слоем мельхиора. Такой материал получил название «биметалл». Так все больше снижается себестоимость изготовления металлических денег.

Сплавы меди с никелем мало подвержены окислению на воздухе. Поэтому его признаки можно встретить лишь на старых монетах, либо тех, что долгое время находились в агрессивной среде. Знатоки-кладоискатели и нумизматы применяют для очистки ценных экземпляров монет различные средства – от народных рецептов до передовых технологий.

Источник

Как называется сплав меди с никелем?

Медь – пластичный металл, хорошо поддается обработке, обладает электро- и теплопроводностью. Для повышения эксплуатационных свойств в ее состав вводят различные легирующие компоненты. В этой статье речь пойдет о сплаве меди с никелем, который повышает ее стойкость к коррозии, увеличивает прочность и электросопротивление.

Что дает добавка к меди никеля?

Никель вводят в сплав в качестве основного легирующего компонента. Он значительно повышает твердость меди. Металлы наделены редкой особенностью, они полностью растворяются друг в друге. При сплавлении, в зависимости от пропорции, однородные сплавы двух металлов изменяют свои свойства следующим образом:

  • Усиливается устойчивость к действию кислот и щелочей.
  • Увеличивается жаропрочность.
  • Вырабатывается стойкость к коррозии.
  • Повышается упругость и прочность.
  • Понижается температурный коэффициент сопротивления.

Классификация

Используя механические, химико-физические свойства, а также область применения, сплавы меди с никелем условно можно подразделить на две основные группы:

  • Конструкционные – характеризуются высокой антикоррозийной устойчивостью и большой прочностью. К ним относятся мельхиоры, содержащие до 30% никеля и небольшие количества других металлов, нейзильберы, обладающие отличной прочностью и особый сплав куниаль с добавками алюминия, который хорошо обрабатывается давлением.

  • Электротехнические – обладают высоким электрическим сопротивлением. К ним относится термоэлектродный сплав копель, имеющий в составе большое содержание никеля, манганин и константан. Используются в электротехнике для компенсационных проводов, термопар и реостатов.

Сплавы находят применение для изготовления деталей, используются в приборах, теплообменных аппаратах, поэтому к ним предъявляются жесткие требования по химическому составу и физическим характеристикам.

Мельхиор

Сплав меди с никелем, название которого — мельхиор, может содержать в своем составе до 22% основного легирующего компонента никеля, около 80% меди и не больше 0,6 % примесей. У него отмечают высокую прочность, пластичность, коррозийную стойкость. Сплав хорошо поддается механической обработке, его штампуют, режут, чеканят, паяют, полируют, воздействуют давлением в любом виде (в холодном и горячем). Мельхиор выпускается в виде лент, полос и труб. Металл обладает серебристым цветом. Он идет на производство конденсаторных труб, деталей кондиционеров, применяется в приборостроении.

Читайте также:  Сколько меди в газовой плите ссср

Кроме того, из сплава делают медицинские изделия, недорогие ювелирные украшения, монеты и посуду. Для улучшения внешнего вида изделия покрывают тонким слоем серебра.

Нейзильберы

Сплавы никеля, меди и цинка содержат в своем составе до 35 процентов никеля и 45 процентов цинка, а остальное – медь. У нейзильберов (в переводе с немецкого языка «нового серебра») отмечается красивый серебристый цвет, они не поддаются окислению на воздухе, проявляют стойкость в растворах органических кислот и солей. Благодаря высокой коррозийной стойкости неферромагнитные сплавы находят применение в приборостроении, используются для изготовления медицинских инструментов, часовых механизмов.

При изготовлении изделий для ювелирной промышленности в сплавы добавляют раскислители, которые позволяют понизить количество оксида меди, увеличить пластичность и прочность. При увеличении в сплаве никеля, возрастает его твердость и прочность. При введении алюминия, сплавы становятся дисперсно-твердеющими, при этом повышается и стойкость к коррозии. Присутствие свинца в нейзильберах придает металлу упругость и способствует улучшению обработки резанием.

Сплавы высокого сопротивления

Для изготовления электронагревательных приборов требуются проводники материал, которых обладает высоким удельным и низким показателем температурного коэффициента сопротивления. Точные сопротивления для приборов, как правило, изготовляют из манганинов – это сплав меди, никеля и марганца. В его состав входит 86% меди, марганца 13% и никеля около 3%. Для стабилизации в манганины вводят небольшое количество железа, серебра и алюминия. У сплавов высокая температура плавления, составляющая 960 градусов, средняя плотность чуть больше 8 г/см куб. и оранжевый цвет.

Манганины мало зависят от температуры электрического сопротивления, что очень важно для применения их в электроизмерительных устройствах с повышенной степенью точности. Еще одним достоинством сплавов является очень небольшая термо-ЭДС в паре с медью. Для стабилизации электромеханических свойств проводят искусственное старение манганина. Проволоку нагревают в вакууме до 400 градусов около двух часов, после этого продолжительное время выдерживают при комнатной температуре для получения стабильных свойств. Сплав находит применение для изготовления добавочных сопротивлений, катушек, шунтов, высокоточных измерительных приборов.

Константан

Какой сплав меди и никеля, наряду с манганином, относится к сплавам высокого электрического сопротивления? Это константан, он содержит до 65% меди, до 41% никеля и около 2% марганца. Этот сплав имеет специфический серебристый тон, среднюю плотность и температуру плавления 1270 градусов. Промышленность выпускает из константана проволоку, диаметр которой составляет 0,02-5 миллиметров. Значительная термо-ЭДС в паре с медью ограничивает использование сплава в точных электроизмерительных приборах. Зато он находит применение в термопарах для измерения температуры до 300 градусов.

Константановая проволока из сплава меди с никелем подвергается особой термической обработке путем нагрева ее до 900 градусов и последующего охлаждения. В результате на ее поверхности образуется темно-серая оксидная пленка, которая образует изоляционный слой и не требует дополнительного защитного покрытия. Сплав хорошо поддается механической обработке, поэтому имеет высокие технологические свойства. Он находит применение в измерительных приборах, электронагревательных элементах и реостатах с температурой до 400 градусов.

Заключение

Сплавы меди с никелем применяются в разных отраслях промышленности. Они пластичны и обладают антикоррозийными свойствами. Из них делают детали, имеющие ответственное назначение, применяемые в теплообменных аппаратах и приборах. Поэтому к сплавам предъявляют жесткие требования по плотности и химическому составу.

Источник

Adblock
detector