Κράμα χαλκού-νικελίου: ιδιότητες, GOST. Κατασκευή κραμάτων χαλκού-νικελίου. Καθαρισμός νομισμάτων από κράμα χαλκού-νικελίου

Ο χαλκός ανήκει στην ομάδα των μη σιδηρούχων μετάλλων. Στην καθαρή του μορφή έχει υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, γι 'αυτό και χρησιμοποιείται κυρίως στην ηλεκτροτεχνία. Ο χαλκός είναι ένα πολύ εύπλαστο υλικό το οποίο μπορεί εύκολα να υποβληθεί σε επεξεργασία με πίεση στην κρύα και ζεστή κατάσταση.

Για να ενισχυθούν οι μηχανικές, σχεδιαστικές και επιδόσεις ιδιότητες του χαλκού, χρησιμοποιούνται ενώσεις του με άλλα μέταλλα. Ως αποτέλεσμα της διαδικασίας σύντηξης, αλλάζει η δομή των κρυσταλλικών πλέγματος, δημιουργούνται πρόσθετοι δεσμοί μεταξύ των ιόντων και των ατόμων. Αυτό αυξάνει την αντοχή του κράματος σε σύγκριση με το καθαρό μέταλλο.

Γιατί ο χαλκός συγχωνεύεται με νικέλιο

Κατά τη σύντηξη, το νικέλιο λειτουργεί ως το κύριο στοιχείο κράματος. Έχει αντοχή στη διάβρωση, επομένως, χρησιμοποιείται κυρίως για σκλήρυνση. Όταν το αλείφουμε με χαλκό, σχηματίζονται συνεχή στερεά διαλύματα. Το κράμα χαλκού-νικελίου αποκτά μια σειρά από νέες ιδιότητες:

• Αυξάνει την αντίσταση στη θερμότητα του υλικού.
• Ο συντελεστής θερμοκρασίας της ηλεκτρικής αντίστασης μειώνεται σημαντικά.
• Υπάρχει υψηλή αντίσταση στη διάβρωση, ειδικά στο θαλασσινό νερό.

Ταξινόμηση

Οι ιδιότητες ενός κράματος χαλκού-νικελίου εξαρτώνται από το ποσοστό νικελίου και άλλων ουσιών που περιέχονται σε αυτό. Προς το παρόν έχουν δημιουργηθεί πολλά νέα ειδικά υλικά με μοναδικά χαρακτηριστικά, ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής, χωρίζονται σε δομικά και ηλεκτροτεχνικά.

• Διαρθρωτικά - έχουν υψηλά αντιδιαβρωτικά χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά αντοχής. Τα προϊόντα από αυτά είναι ανθεκτικά σε επιθετικά περιβάλλοντα. Πρόκειται για το νικέλιο, το ασήμι νικελίου και το κουνιαλ. Ένα ξεχωριστό μέρος στον κατάλογο αυτό είναι ο Monel, του οποίου η σύνθεση και η αναλογία των στοιχείων είναι κάπως διαφορετικά.
• Ηλεκτροτεχνικά - χαρακτηρίζονται από αυξημένη ηλεκτρική αντίσταση και θερμοηλεκτρικές ιδιότητες, χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρολογία και την ηλεκτροτεχνία. Αυτό είναι constantan, manganin και copules.

Η γνώση της χημικής σύνθεσης και των φυσικών χαρακτηριστικών καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό του κράματος χαλκού-νικελίου σε μία από τις ομάδες.

Melchior

Περιέχει περίπου 80% χαλκό, περίπου 20% νικέλιο, αλλά και λίγο μαγγάνιο και σίδηρο. Ένα τέτοιο κράμα ήταν γνωστό στους ανθρώπους πίσω στον ΙΙΙ αιώνα π.Χ. Ε. Κάτω από το όνομα "λευκό χαλκό" χάρη σε ένα ελαφρύ ασημένιο χρώμα, που θυμίζει ασημί. Έχει υψηλές αντιδιαβρωτικές ιδιότητες, καθώς και μεγάλο περιθώριο αντοχής και αντοχής στη φθορά, κράμα χαλκού-νικελίου. Το σημείο τήξης είναι περίπου 1170 ° C. Η καλή πλαστικότητα σας επιτρέπει να χειρίζεστε προϊόντα από αυτήν με πίεση. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή πυκνωτών, παράγει ιατρικά εργαλεία, φθηνά κοσμήματα, μαχαιροπίρουνα, νομίσματα.

Neusilber

Αυτό το κράμα χαλκού-νικελίου με την προσθήκη ψευδαργύρου, το οποίο έχει ένα αργυρόχρωμο, πρασινωπό χρώμα. Ανάλογα με το εμπορικό σήμα, μπορεί να περιέχει έως και 35% νικέλιο και έως 45% ψευδάργυρο, το υπόλοιπο - χαλκό. Μια τέτοια στερεή περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο μειώνει σημαντικά το κόστος παραγωγής του. Ο Neusilber έχει περίπου τις ίδιες μηχανικές ιδιότητες με το ασήμι νικελίου. Είναι ανθεκτικό στη διάβρωση, ανθεκτικό, επαρκώς πλαστικό για θερμή και ψυχρή επεξεργασία με πίεση.

Μερικές φορές προστίθεται επιπλέον μόλυβδος για καλύτερη κατεργασία. Το μεγαλύτερο μέρος αποτελείται από μέρη οργάνων, ρολόγια, ιατρικά όργανα. Είναι ενδιαφέρον ότι χάρη στη φθηνότητα τώρα είναι από αυτόν ότι πιο συχνά από κοσμήματα από ασήμι, παράγουν κοσμήματα, μετάλλια και μετάλλια. Η Neusilber χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή σμάλτου.

Cunial

Αποτελείται από βάση χαλκού, νικέλιο - μέχρι 20%, μικρά πρόσθετα αλουμινίου. Συντήκεται σε θερμοκρασία 1183 ° C ακολουθούμενη από σβέση και γήρανση, η οποία επιτυγχάνει πολύ υψηλή αντοχή και αντίσταση σε χαμηλή θερμοκρασία. Υποδιαιρείται σε εμπορικά σήματα A (MNA13-3) και B (MNA 6-1,5).
Το Mark A έχει δύο σημαντικά χαρακτηριστικά - υψηλή αντοχή και μοναδική αντίσταση στη διάβρωση σε διαβρωτικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, στο θαλασσινό νερό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δεκαετίες. Ως εκ τούτου, το κράμα χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων ειδικού σκοπού (έλικες).

Το σήμα Β έχει ιδιότητες ελατηρίου, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή ελαστικών στοιχείων υπεύθυνου σκοπού. Επίσης, είναι πολύ ανθεκτικό στις κρούσεις στον παγετό. Παράγει δομικά στοιχεία που λειτουργούν υπό συνθήκες χαμηλών θερμοκρασιών.

Μόνελ

Περιέχει περίπου τα δύο τρίτα του νικελίου και το ένα τρίτο του χαλκού. Το σημείο τήξεως είναι 1350 ° C. Η κύρια ιδιότητα αυτού του κράματος χαλκού-νικελίου είναι η αντοχή του στη διάβρωση. Έχει υψηλές μηχανικές ιδιότητες - αντοχή και πλαστική παραμόρφωση. Η μάρκα Monel NΜΗΜτ περιέχει περίπου 28% χαλκό, 3% σίδηρο, περίπου 3% μαγνήσιο, μικρή ποσότητα κοβαλτίου και νικέλιο.

Το Monel-400 έχει τα ίδια χαρακτηριστικά. Είναι ένα εμπορικό σήμα της Special Metals Corporation και κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1906. Ως εκ τούτου, άλλες κατασκευαστικές εταιρείες δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτό το όνομα. Έτσι υπήρχε και άλλο κράμα - ο Νικόρρος. Ωστόσο, τα υλικά αυτά είναι πανομοιότυπα σε όλα τα χημικά και τεχνικά χαρακτηριστικά, καθώς το κράμα περιέχει περισσότερο από το μισό νικέλιο σε ποσοστό, το κόστος του είναι αρκετά υψηλό. Ωστόσο, υπάρχει μια τεχνολογία για την παραγωγή κράματος χαλκού-νικελίου χρησιμοποιώντας πρώτες ύλες από φυσικές σουλφιδικές μεταλλεύσεις με την περιεκτικότητα και των δύο στοιχείων, χωρίς προηγούμενο διαχωρισμό σε ξεχωριστά εξαρτήματα. Αυτό καθιστά δυνατή τη σημαντική μείωση του κόστους του τελικού προϊόντος.

Το Monel χρησιμοποιείται για την παραγωγή προϊόντων που χρησιμοποιούνται σε διαβρωτικά περιβάλλοντα, σε συνθήκες αυξημένης μηχανικής καταπόνησης. Αυτή η ναυπηγική βιομηχανία, η χημική βιομηχανία και η πετρελαιοβιομηχανία, η κατασκευή ιατρικών οργάνων, τα υπεύθυνα μέρη μηχανημάτων και συσκευών.

Κωνστανάν

Έχει λευκό χρώμα με χαρακτηριστική κιτρινωπή ροή. Η δομή περιλαμβάνει: χαλκό -59%; Νικέλιο - 39-41%. Μαγγάνιο - 1-2%. Σημείο τήξεως 1260 ° C. Αυτό το κράμα χαλκού-νικελίου πήρε το όνομά του λόγω της κύριας ιδιότητας - θερμική σταθερότητα. Έχει πολύ καλές τιμές ηλεκτρικής αντίστασης με χαμηλή τιμή του συντελεστή θερμικής διαστολής. Το κράμα προορίζεται για την κατασκευή συρμάτων για θερμοστοιχεία, στην παραγωγή οργάνων μέτρησης, καθώς και για ηλεκτρικά στοιχεία θέρμανσης που λειτουργούν σε θερμοκρασίες έως 400-500 μοίρες.

Ένα σύρμα που κατασκευάζεται από σταθερό κασσίτερο υποβάλλεται σε ειδική θερμική επεξεργασία, ως αποτέλεσμα του οποίου το μέταλλο στην επιφάνεια σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ οξειδίου. Χάρη σε αυτό, το προϊόν δεν χρειάζεται πρόσθετο βερνίκωμα ή προστατευτική επικάλυψη. Ο Κωνσταντάν είναι πολύ πλαστικός. Αυτή η ιδιότητα καθιστά δυνατή τη χρήση της κατά τη συγκόλληση κραμάτων χαλκού-νικελίου.

Το μειονέκτημα του σταθεροποιητή είναι το αρκετά υψηλό EMF - περίπου 43 μV. Αυτό αποκλείει τη χρήση καλωδίου και ταινίας από αυτό σε συσκευές μέτρησης υψηλής ακρίβειας.

Μαγγανίνη

Περιέχει κατά προσέγγιση 5% νικέλιο, 12% μαγγάνιο και βάση χαλκού. Το σημείο τήξης είναι 960 ° C. Είναι ενδιαφέρον ότι η μαγγανίνη εφευρέθηκε από τον Αμερικανό Edward Venston περίπου το 1888 με βάση το εφευρεθέν Constantan ως ειδικό υλικό για τις περιελίξεις των ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης. Έχει πραγματικά υψηλή ηλεκτρική αντίσταση, καθώς και ένα εξαιρετικά χαμηλό EMF σε συνδυασμό με χαλκό (όχι περισσότερο από 1 μV), το οποίο το διακρίνει από το σταθερό.

Προκειμένου να μειωθεί ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης, το σύρμα μαγγανίου ανυψώνεται σε θερμοκρασίες περίπου 600 μοίρες υπό συνθήκες κενού, στη συνέχεια ψύχεται βραδέως. Αυτή η τεχνολογία σας επιτρέπει να αυξήσετε τη θερμοκρασία στην οποία το υλικό διατηρεί τις ηλεκτρικές του ιδιότητες, μέχρι 200 ° C. Το σύρμα που έχει ήδη τυλιχθεί στο πηνίο θερμαίνεται επιπλέον επανειλημμένα στους 150 ° C. Αυτό επιτυγχάνει την επίδραση της τεχνητής γήρανσης, μετά την οποία οι αλλαγές στην κρυσταλλική δομή του μετάλλου ελαχιστοποιούνται.

Η κύρια περιοχή εφαρμογής της μαγγανίνης ως υλικού με σταθερούς δείκτες ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης είναι η παραγωγή μιας ποικιλίας οργάνων υψηλής ακρίβειας για τη μέτρηση ηλεκτρικού ρεύματος (ρεύμα, τάση, ισχύς).

Kopel

Ένα άλλο ειδικό κράμα. Περιέχει χαλκό, 43% νικέλιο, λίγο σίδηρο και μαγγάνιο. Σημείο τήξεως 1290 ° C. Λόγω της βέλτιστης σχέσης σταθερά χαμηλής ειδικής αντίστασης και υψηλού TEMP, σε συνδυασμό με διάφορα μέταλλα, το κράμα χρησιμοποιείται για την κατασκευή συρμάτων για θερμοστοιχεία και ηλεκτρόδια. Ο δείκτης της θερμικής αγωγιμότητας του υλικού αυξάνεται ανάλογα με τη θερμοκρασία λειτουργίας:

• Σε 100 βαθμούς Κελσίου - 6,95V.
• Στα 600 έως 49V.

Οι κώνοι είναι πολύ ανθεκτικοί στη θερμότητα - χωρίς να σπάσουν τις βασικές ιδιότητες, μπορούν να αντέξουν τη θέρμανση έως και 600 μοίρες και είναι ανθεκτικές στη διάβρωση.
Το Kopel χρησιμοποιείται σε θερμοστοιχεία συσκευών αισθητήρων για τη μέτρηση θερμοκρασίας χωρίς επαφή. Χρησιμοποιούν θερμοστοιχεία με μέγιστο TEPS - με χρώμιο, χαλκό ή σίδηρο. Αυτά τα στοιχεία είναι θετικά ηλεκτρόδια και αρνητικά κόπη. Το thermocouple kopel-chromel χρησιμοποιείται κυρίως στην πυρομετρική για τη συνεχή παρακολούθηση της θερμοκρασιακής κατάστασης από 200 έως 600 μοίρες σε βιομηχανικές και εργαστηριακές εγκαταστάσεις.

Η διαδικασία τήξης

Στην παραγωγή κραμάτων χαλκού-νικελίου, υπάρχουν σχετικά παρόμοιες τεχνολογίες. Οι Melchior, neisilber, kunial, constantan, manganin αρχικά τήκονται σε επαγωγικούς κλιβάνους κάτω από ένα στρώμα πυρωμένου άνθρακα. Η προσθήκη στην επιβάρυνση των αποβλήτων επιτρέπεται έως και 80%.

Η διαδικασία τήξης αρχίζει με χαλκό και νικέλιο. Καθώς λιώνουν, τα απόβλητα προστίθενται σε μεγάλα κομμάτια, τότε μικρά. Η τελευταία θέση φορτώνεται με ψευδάργυρο. Μετά την τελική τήξη του φορτίου, το μαγγάνιο και το πυρίτιο (νικέλιο αργύρου) αποξειδωμένα, ή το πυρίτιο και το μαγγάνιο (σταθερά και cupronickel). Μετά από αυτό, όλη η σκωρία αφαιρείται από την επιφάνεια του τήγματος και προστίθεται περισσότερος άνθρακας. Θερμάνετε τη μάζα πυρακτώσεως στους περίπου 1300 ° C, προσθέστε χλωριούχο μαγγάνιο για ραφινάρισμα, εάν είναι απαραίτητο.

Η τεχνολογία του μαγείρεμα kunialy διαφέρει ελαφρώς, δεδομένου ότι περιέχουν αλουμίνιο. Πριν από την εισαγωγή αλουμινίου, 0,1% του μαγγανίου για την αποξείδωση προστίθεται απαραίτητα στο τήγμα. Και μετά τη διάλυση του αλουμινίου, η επιφάνεια του τήγματος ψεκάζεται με ροή. Εάν αυτό δεν γίνει, σχηματίζονται μεμβράνες από τις οποίες το τήγμα καθίσταται ακατάλληλο για χύτευση.

Οι χημικές, φυσικές και δομικές ιδιότητες καθορίζουν το εύρος εφαρμογής των διαφόρων κραμάτων χαλκού-νικελίου. GOST 492-73, GOST 5063-73, GOST 5187-70, GOST 5220-78, GOST 17217-79, GOST 10155-75 είναι τα βασικά πρότυπα για την παραγωγή τους.

Νομίσματα νομισμάτων

Περίπου από το τέλος του προηγούμενου αιώνα, νομίσματα κράματος χαλκού-νικελίου κόπηκαν παντού. Η σύνθεσή του ήταν πολύ διαφορετική σε διάφορα νομισματοκοπεία. Αλλά ουσιαστικά περιείχε έως και 30% νικέλιο, μικρή πρόσμειξη σιδήρου και χαλκό ως βάση. Δεδομένου ότι το μέταλλο για συνήθη νομίσματα πρέπει να είναι κατά κύριο λόγο όλκιμο, εύπλαστο, ανθεκτικό στη φθορά και φθηνό, η σύνθεση του κράματος κερμάτων προσδιορίστηκε με πρακτικό τρόπο. Στη συνέχεια, το πιο δημοφιλές για την κατασκευή νομισμάτων χρησιμοποιήθηκε cupronickel.

Τα σύγχρονα ρωσικά νομίσματα είναι κατασκευασμένα από διάφορα κράματα. Συγκεκριμένα, τα κέρματα που εκδόθηκαν πριν από το 2009 είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένα από νικέλιο. Χρυσά νομίσματα ονομαστικής αξίας ενός και πέντε λεπτών και κερμάτων από χαλκό πέντε ρούβλια καλύπτονται με λεπτό στρώμα αργύρου νικελίου. Ένα τέτοιο υλικό ονομάστηκε "διμεταλλικό". Το κόστος κατασκευής μεταλλικών χρημάτων μειώνεται όλο και περισσότερο.

Τα κράματα χαλκού και νικελίου είναι ελαφρώς ευαίσθητα στην οξείδωση στον αέρα. Ως εκ τούτου, τα σημάδια του βρίσκονται μόνο σε παλιά νομίσματα, ή εκείνα που έχουν από καιρό σε επιθετικό περιβάλλον. Εμπειρογνώμονες - κυνηγοί θησαυρών και νομισματολόγοι χρησιμοποιούν διάφορα μέσα για τον καθαρισμό πολύτιμων αντιγράφων κερμάτων - από τις παραδοσιακές συνταγές έως τις προηγμένες τεχνολογίες.
Ο καθαρισμός με διάλυμα σαπουνιού απομακρύνει μόνο τα πρασινωπά οξείδια του χαλκού. Χρησιμοποιείται επίσης ελαιόλαδο, οξικό οξύ, πάστα Goya. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι αυτά τα κεφάλαια δεν μπορούν μόνο να απογειώσουν την πλάκα, αλλά και να αντιδράσουν με το ίδιο το κράμα, βλάπτοντας το νόμισμα. Ο πιο αποτελεσματικός, ευγενής και γρήγορος είναι ο καθαρισμός κερμάτων από κράμα χαλκού-νικελίου με ηλεκτρόλυση.