Никель и сплавы никеля: химический состав, свойства, применение

Отличия мельхиора от серебра

Некоторые недобросовестные продавцы активно пользуются тем. что мельхиор по внешнему виду имеет большое сходство с серебром. Поэтому специалисты рекомендуют для оценки изделия перед его продажей или покупкой обращаться к услугам экспертов-оценщиков.

При отсутствии такой возможности, можно воспользоваться следующими способами, позволяющими отличить мельхиор от серебра:

1. На изделиях из сплава медь+никель есть соответствующая маркировка, на серебряных указывается только проба.
2. Если медно-никелевый сплав поместить на 2-3 часа в воду, на его поверхности появляется налет зеленоватого оттенка. Это объясняется наличием меди в его составе.
3. Отличить серебро от мельхиора можно с помощью ляписного карандаша. Если им провести по мокрой поверхности столового прибора или любого другого изделия из сплава меди и никеля, на ней появятся красноватые пятна. На серебряной поверхности не должно возникнуть никаких следов.
4. Йод оставляет на серебряных предметах темные пятна. У мельхиора отсутствует подобный эффект при взаимодействии с йодом. Недостатком этого способа проверки является то, что темное пятно сложно оттереть.
5. Более безопасный способ — зачистить покрытие и капнуть на него небольшое количеством калия дихромата (хромпика). На серебряной поверхности появится красный след. При этом, чем выше номер пробы материала, тем более выраженным цветом будет обладать пятно.
6. Вещи из никеля и меди имеют массу аналогичных серебряных предметов. Кроме того, часто продукция из мельхиора массивнее и толще.
7. Серебро лучше проводит тепло, чем мельхиор. Т.е. из пары аналогичных вещей, которые нагреваются одинаково интенсивно, серебряная быстрее нагреется.
8. Изделия из меди и никеля обладают едва уловимым медным запахом. У серебряных вещей нет такого свойства.

Литье нейзильбера

Литье нейзильбера – сложное дело. Температура литья нейзильбера составляет 1120 °С. По статистике при самостоятельном формировании нейзильбера, используя информацию из Интернета, получается 90% брака. Эффективность литья в открытых системах под давлением находится в пределах нормы, если брак не больше 50%. Чтобы получить стопроцентный результат необходимо применять конкретную лигатуру и определенный вид литьевых машин.

На данный момент рассматриваемый сплав производится массово

При литье нейзильбера наибольшее внимание уделяется литейной машине и технологии производства

Физико-химические свойства сплава

По характеру связей нейзильбер — это твердый раствор, который образует медь с никелем.

Одно из самых важных свойств нейзильбера — это высокая устойчивость к коррозии. Медь и никель как металлы сами устойчивы к коррозии, добавление цинка эту устойчивость повышает с помощью образования защитной оксидной пленки — коррозия составляет около 0,5-30×10-4мм в год. При длительном нахождении в кислой среде проявляется селективная коррозия цинка — он подвергается окислению и уходит из сплава, защищая таким образом остальные компоненты от разрушения, хотя и они тоже постепенно корродируют.

Марки мельхиоровых сплавов

Чтобы знать, из каких металлов состоит сплав мельхиора, следует разобраться в его разновидностях. Мельхиоровая группа насчитывает около 65 видов металлических сплавов, каждый из них имеет свое обозначение. Классическая маркировка призвана информировать о составе и процентном соотношении компонентов материала.

Распространенные разновидности мельхиоровых сплавов:

• МН19. Медная основа дополнена никелем (Н) в соотношении 19% от общей массы;
• МНЖМц30-1-1. Легирующие компоненты – никель, железо и марганец – составляют соответственно 30% (Н), 1% (Ж) и 1% (Мц);
• МНЖМц10-1-1;
• МН25;
• МН16.

В зависимости от процентного соотношения никеля в составе различают следующие виды сплавов:

• константан – материал содержит никель в пределах 41%, востребован в качестве сырья для производства проволочных резисторов;
• нейзильбер – никель составляет от 15% от общей массы, в композицию также входит цинк. Из нейзильбера изготавливают государственные знаки отличия, монеты, украшения и детали для сферы точного приборостроения;
• монель – имеет в составе никель до 67%, материал востребован в сфере производства медицинского оборудования, химической и нефтяной промышленности, судостроении.

В столовых приборах из мельхиора в составе материала не содержится цинк. При этом все же рекомендуется отдать предпочтение посеребренным или позолоченным решениям.

Физикомеханические характеристики

Сплав мельхиор внешне похож на серебро, но отличается меньшим значением плотности, которая составляет 8900 кгм3. Температура плавления мельхиора зависит от марки сплава и колеблется в пределах 1190-1230 ºС.

Удельное электрическое сопротивление мельхиора – 285 нОм*м, что выше аналогичного показателя меди почти в 20 раз. Уменьшение в сплаве содержания железа и марганца способствует свойству проводить электрический ток.

Мельхиор обладает высоким значением температурного коэффициента линейного расширения 16*10-6 1С о . Сплав не реагирует на магнитное поле.

Прочностные характеристики мельхиора сравнимы с аналогичными показателями стали Ст.3. Временное сопротивление на разрыв находится в пределах 390-400 МПа. Сплав мельхиор не отличается высокой твердостью. В среднем она составляет 65-70 единиц по шкале Бринелля.

Для увеличения твердости сплав подвергают термической обработке, в которую входит нагрев до температуры 250-300 С о и медленное охлаждение в печи. Также механические свойства мельхиора повышает нагартовка его поверхности.

Мельхиор считается высокопластичным сплавом. Относительное удлинение на сжатие МН19 равно 35%. Введение марганца и железа в состав мельхиора снижает пластичность. Так, относительное удлинение на сжатие сплава МНЖМц 30-1-1 уже составляет 25%.

Читать также: Компаратор на tl431 с гистерезисом

Что такое томпак?

Томпак — это одна из многочисленных разновидностей латуни, в которой в определенной пропорции сочетаются цинк и медь. Сравнение этого металла с золотом основано лишь на внешнем сходстве, поскольку по химическому составу, характеристикам и прочим особенностям эти два металла являются совершенно разными. Хоть латунь известна человечеству давно, но о томпаке заговорили впервые лишь в восемнадцатом веке – после открытия, совершенного Кристофером Пинчбеккером. В то время подобный сплав активно использовался в Англии. И только спустя несколько пару десятков лет его популярность распространилась на другие страны.

На сходстве томпака с ювелирным минералом многие нечестные на руку люди смогли неплохо заработать, выдавая монеты и ювелирные изделия из латунного сплава за настоящие, сделанные из золота.

Для томпака характерно немало достоинств:

• хорошая устойчивость к образованию коррозийных повреждений;
• отличные показатели износостойкости;
• хорошие способности свариваемости с другими металлами;
• пластичность является достаточной для применения методов деформации и гравирования;
• возможность эмалировки и золочения;
• невосприимчивость к магнитам.

Отдельного внимания заслуживает одна из разновидностей металла, получившая название полутомпак. Его отличие от томпака заключается в процентном содержании цинка, которое может находиться в пределах 10–20%. Такая особенность объясняет изменение основных свойств металла:

• насыщенный желтый цвет;
• снижение пластичности;
• повышение тугоплавкости.

Такие характеристики позволяют использовать полутомпак для производства некоторых технических деталей. Такая разновидность металла менее распространена по сравнению с томпаком. Это объясняется наличием большого числа недостатков из-за высокого содержания цинка в нем.

Немного истории

Известен этот сплав со времен древних южноамериканских доколумбовых цивилизаций, при археологических раскопках находили латунные украшения, посуду, инструменты. Вместо цинка, секрет производства которого был утерян в Европе в X-XI веках и вновь открытого всего несколько столетий назад, при изготовлении сплава в то время использовалась богатая цинкосодержащая руда — галмей (смесь цинкового шпата ZnCO3 и кремнекислого цинка).

Заново изобретён томпак был в Англии лондонским часовщиком Кристофером Пинчбеккером (1670 – 1732 г). Именно он считается автором химического состава этого сплава. Изначально сплав использовался для изготовления цепочек и деталей для часов. Но вскоре томпак получил распространение не только в Англии, о нем узнали во всем мире. Много состояний было сделано разными мошенниками на сходстве томпака с золотом, они разбогатели, выдавая монеты и изделия из него за золотые.

Маркировка

Томпак, отлитый брусками либо изготовленный в виде катаных листов, маркируется обозначением «Л90», где «Л» — латунь, а число «90» означает процентное содержание меди. Примесей в таком сплаве менее 0,2%. «Л96» означает, что сплав на 95-97% состоит из меди, не более 0,2% примесей, остальное — цинк. Если число на маркировке «85» и меньше, то это не томпак, а полутомпак. И это означает, что количество цинка в сплаве больше 10%, его соотношение может доходить до 22%. Количество дополнительных компонентов может достигать 0,3%. За счет повышения объема цинка, меняются основные свойства сплава:

• меняется цвет, он становится более желтым;
• степень пластичности снижается;
• повышается тугоплавкость.

Такой материал чаще используется для изготовления технических деталей, из него изготавливают сильфоны, гибкие шланги, конденсационные трубки, проволочные сетки, применяемые в фильтрах-осушителях для холодильных машин.

Применение латуни

Сплав является одним из самых наиболее используемых в мире, его даже называют вечным металлом, так как он практически не подвергается износу. Двухкомпонентные сплавы, содержащие до 20% цинка, применяются для создания змеевиков, запчастей для машин, тепловой аппаратуры. Соединения, содержащие до 40% цинка, идут, например, на создание фурнитуры, штампованных изделий. Использование многокомпонентных латуней значительно шире. Они используются при создании труб, кораблей, летательных аппаратов, часов, пружин и т. д.

Из томпака изготавливают всевозможные знаки различия и художественные изделия. Различного рода арматура, сепараторы, подшипники, изделия, устойчивые к ржавчине изготавливают из литейной латуни. Применение автоматной латуни проявляется в создании крепёжных изделий (гаек, болтов, винтов, саморезов и т. д.), на которые нарезаются латунные листы, полосы, прутки.

Латунь, свойством которой является неподвластность магнитному притяжению, используется для создания компасов. За счёт высокой теплоёмкости ещё в царской России из латуни делали самовары, которые и по сей день изготавливаются из этого материала. Изготавливаются из неё и предметы церковного обихода. Несмотря на низкую себестоимость, сплав используется для создания престижных вещей, например, популярных зажигалок Zippo, корпуса которых производятся из латуни с дальнейшим напылением на них иных металлов различного цвета.

Латунь в ювелирном деле

Применение латунный сплав нашёл и в ювелирном деле. Ювелиры выделяют жёлтую (среднее содержание цинка), золотистую (низкое содержание цинка), и зелёную латунь (высокое содержание цинка). Если сплав состоит на 15% из цинка и на 5% из алюминия, то он максимально напоминает золото, а благодаря отличной податливости полировке хороший мастер сможет сделать украшение, которое неспециалист никогда не сможет отличить от золотого изделия. Этот факт известен и мошенникам, которые подделывают золото. Для очистки подобных украшений используется щавелевая кислота.

Сплавы, маркированные «Л62» и «Л68», являются материалом, на котором обучаются начинающие ювелиры, так как по своим механическим характеристикам он максимально приближен к золоту.

Виды медно-никелевых сплавов

Легированный сплав меди никелем образует большое количество твердых растворов, которые делятся на несколько групп:

• конструкционные;
• электротехнические;
• ювелирные.

Основные характеристики конструкционных медно-никелевых сплавов: высокая твердость, сопротивление стиранию, коррозионная стойкость. Вместе с никелем используют марганец, хром, алюминий, цинк и другие компоненты.

В электротехнических сплавах содержание марганца может превосходить никель. Сплавы обладают стабильным сопротивлением, высокой токопроводностью.

К декоративным относятся соединения меди и никеля, хорошо поддающиеся разным видам обработки: резанию, деформации. Они обладают высокой жидкотекучестью.

Константан

Сплав маркируется — МНМц 40-1,5. Такое обозначение говорит о том, что в нем около 40% никеля. Константан относится к электротехническим материалам. Имеет высокое омическое сопротивление и малое линейное расширение при нагреве.

Пластичный материал хорошо обрабатывается прокаткой. Из константана делают проволоку и лист для термоэлектродов, преобразователей.

Копель

Медно-никелевый сплав с высокой термической устойчивостью, маркируется МНМц 43-0,5. Дополнительный легирующий компонент — марганец. Выпускается в виде проволоки различных диаметров. Используется для изготовления компенсационных проводов и низкотемпературных преобразователей. Устойчив к воздействию кислой среды, работает в инертных газах.

Основное свойство — высокая стабильность сопротивления при изменении температур. Относится к жаростойким материалам. Устойчиво сохраняет свои характеристики при температуре до 600⁰.

Проволока

Нейзильбер

Ювелирный медный сплав с содержанием никеля 15% и цинка в пределах 20%. Никель придает сплаву белый цвет с зеленоватым или голубым отливом.

Немецкие химики изобрели сплав, как дешевый заменитель белого золота, не отличающийся от него внешне. Нейзильбер получился более твердым, устойчивым к влаге и пару. Не темнеет и не теряет своих декоративных свойств. В Европе использовался для изготовления наград и бижутерии. В настоящее время из него делаются медали, ордена, лады для гитар и хирургические инструменты.

Куниаль

Сплав выпускается в 2 вариантах и в конце маркировки имеет буквы А и Б. Оба вида сплава обладают коррозийной стойкостью. При повышенных температурах склонен к растрескиванию.

Куниаль-А легируется дополнительно алюминием, кобальтом и железом. Производится в виде прутков.

Куниали-Б — в меди растворяют только никель, содержание остальных веществ в сумме составляют не более 1%. Из материала изготавливают полосы для пружин и рессор.

Манганин

В этом сплаве кроме меди и никеля присутствует 13% марганца. Имеет красивый золотисто-красный цвет. Манганин может содержать железо. Он относится к изначально состаренным сплавам — приобретает свои механические свойства после термической обработки. Обладает электрической стабильностью при изменении температуры.

Манганин применяется в электроизмерительных приборах высокой точности, для создания эталонов.

Существует и другой состав сплава, в котором медь заменена серебром. Технические характеристики практически не отличаются. Белый Манганин значительно дороже.

Монель

Кроме меди и никеля в сплав добавляют марганец и железо. Монель назван в честь руководителя американской химической лаборатории, где разрабатывался сплав. Материал устойчив к коррозии, пластичен и прочен. Обладает высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей. Маркируется — НМЖМц28-2,5-1,5.

Монель применяется при изготовлении приборов, оборудования химической, нефтяной промышленности. Используется в аппаратостроении, медицине и судостроительной промышленности для изготовления антикоррозионных деталей.

Сплав высокопластичный, легко обрабатывается в холодном и горячем состоянии. Механическая обработка возможна только на низких оборотах.

Мельхиор

Белый твердый сплав содержит меди в пределах 70–90%. Относится к ювелирным составам. Кроме никеля имеет легирующие вещества:

• 0,8% железа;
• 1% марганец.

Обладает высокой коррозионной устойчивостью в морской соде и среде газов. Температура плавления в пределах 1150–1230⁰, не зависит от соотношения составляющих.

Наиболее распространенные марки мельхиора — МНЖМц30-1-1 и МН16. Свои технические характеристики получает после отжига. Относится к группе изначально состаренных сплавов.

Из мельхиора делают ложки, вилки, столовую посуду, различные украшения. Он хорошо поддается обработке, резьбе, чеканке. Из него изготавливают хирургические инструменты, монеты, медали.

Изделия из мельхиора

Свойства

Чтобы понять где можно применять готовый материал, нужно учитывать его характеристики. Они полностью зависят от состава и способов обработки сплава Zamak.

Физические свойства

Зная физические свойства материала, можно выбрать сферы применения для сплава. К ним относятся:

1. Плотность — 6700 кг/м3.
2. Максимальная температура плавления — 387 градусов по Цельсию.
3. Температура кипения — 710 градусов.

Сплав обладает хорошей теплопроводностью.

Механические свойства

Если говорить о прочности материалов ЦАМ, их можно сравнить со сталью 20. Выдерживают длительное напряжение разрыва при 245 МПа. Деформация структуры сплава происходит при 12 МПа. По шкале Бринелля можно установить диапазон прочности ЦАМ. Он начинается от 95 и доходит до 100 единиц.

Пластичность сплава изменяется в зависимости от количества легирующих добавок в его составе. Он может растягиваться на 0.1% от общего размера.

Химические свойства

Химические свойства также зависят от состава ЦАМ. Например, при минимальном содержании меди он обладает высокой устойчивостью к коррозии. Чтобы увеличить этот показатель, на поверхность материала наносится гальваническое покрытие. Вступает в реакцию с кислотами и щелочами.

Химические свойства

Технологические свойства

Говоря о технологических свойствах сплавов ЦАМ, их можно разделить на несколько групп:

1. Деформируемые составы. Отличительные особенности представителей этой группы — высокий показатель пластичности. Их легко обрабатывать оборудованием под давлением. Хорошо разрезаются и сверлятся.
2. Литейные смеси. По названию можно понять, что представители этой группы имеют высокие литейные свойства. Показатели жидкотекучести и усадки позволяют изготавливать из них отливки сложной формы с тонкими стенками.
3. Антифрикционные сплавы. Металлы с низким коэффициентом трения.

Что такое мельхиор

Состав сплава мельхиор представляет собой несколько компонентов с разным процентным содержанием:

1. Главный компонент — медь. Содержание в составе — 70–95%.
2. Никель — 4–30%.
3. Марганец — 1% или менее.
4. Железо — около 0,8%.

Изначально мельхиор был смесью меди и никеля. Однако постепенно в его состав начали добавлять железо и марганец чтобы изменить характеристики.

Свойства материала:

1. Высокий показатель прочности.
2. Устойчивость к воздействию коррозийных процессов.
3. Высокий показатель пластичности.
4. Низкая теплопроводность.
5. Температура плавления — около 1200 градусов.

Мельхиор — это сплав, который визуально похож на серебро. Этим пользуются многие мошенники, которые подделывают благородный металл.

История возникновения

Мельхиор считается древним сплавов. Ученые говорят о том, что этот металл впервые появился в 3 веке до нашей эры. В то время его называли «белой медью». Из него изготавливали украшения и ритуальные предметы. Европейцы смогли разобраться в составе этого сплава только в 18 веке. Его назвали «нейзильбер», что в переводе обозначает — немецкое золото. Связано это было с тем, что на территории Германии тех веков этого металла производили большое количество.

На территории России этот материал получил большую популярность в первой половине 20 века.

Марки

Группа мельхиоров включает в себя разные смеси металлов, которые имеют определённую маркировку. Компоненты добавляются в зависимости от того, где будет использовать сплав. Дополнительные примеси изменяют характеристики готового материала.

Классическая маркировка мельхиора — МН. Аббревиатура расшифровывается как медь и никель. К ним могут приписываться буквы «Ж» и «Мц». Они обозначают примеси железа и марганца в составе. Чтобы было понятнее, следует разобраться на примере. Сплав МНЖМЦ 30-1-1 представляет собой соединение меди, никеля, железа и марганца. При этом процентное содержание никеля в этом составе равняется 30%. Содержание дополнительных компонентов — по 1%. Железо и марганец уменьшает показатель пластичности изделия, но увеличивает его износоустойчивость и твердость.

Где используется

Свойства мельхиора обеспечили его применение промышленниками, декораторами, банкирами.

Промышленность, медицина

Структура сплава допускает все виды механической обработки – резка, ковка, штамповка, пайка. Причем при любой температуре.

Этим обусловлены сферы применения мельхиора:

• Резисторы высокой точности, теплогенераторы.
• Производство узлов траулеров, круизных судов, океанских лайнеров. И приватных яхт премиум-сегмента.
• В соединении с литием никелево-железные сплавы закупаются для производства аккумуляторов. Они втрое эффективнее аналогов. Литий как самый легкий металл снижает массивность начинки никель-цинковых либо железистых аккумуляторных батарей.

Плюс возможность декоративной обработки изделий (чеканка, плакирование, полировка).

Декор

Декораторы работают со сплавом по двум направлениям:

• Ювелирные изделия. Кольца, серьги, колье, запонки из мельхиора внешне неотличимы от серебра. Однако крупным фирмам сплав неинтересен из-за дешевизны. Им чаще занимаются мастера хэнд-мейд. Обработка делает их похожими на экспонаты из музеев.
• Посуда. Наборы мельхиоровой посуды – ложки /вилки / ножи / розетки / супницы – гордость и фамильная ценность во многих домах. Их достоинства: в разы дешевле серебряных, но долговечнее, смотрятся презентабельно.

Особенно хороши позолоченные, посеребренные, черненые либо поверхности с другим напылением.

Банковский сектор

Износостойкость вкупе с дешевизной сподвигла Национальные банки многих стран выпускать мельхиоровые монеты.

В СССР и России чеканку монет контролирует ГОЗНАК:

В 1930-1950-х годах выпущены пятачки, 10-, 15-, 20-копеечные монетки.

Последней советской монетой стал биметаллический 10-рублевик.

В России до середины 1990-х годов чеканились монеты номиналом 10, 20, 50, 100 рублей. После деноминации 1997 года – 1 и 2 рубля.

Область применения

Одно из важных отличительных свойств мельхиора – невосприимчивость к морской воде. Поэтому сплав широко применяют в судостроительстве, делают детали для морского транспорта и подводных лодок. А также делают термоэлементы и высокоточные резисторы. Мельхиор задействуют для современных монет. Сплав монель используют как конструкционный материал в сфере промышленности.

Широко применение в ювелирных украшениях. Готовые изделия выглядят как серебро. Часто подвергают чернению, патинированию, обрабатывают филигранью и зернью.

Несколько веков этот сплав используют для изготовления посуды, не уступающей по красоте серебру и превосходящей по свойствам:

Мельхиоровые столовые приборы – ножи, вилки, ложки, изготовленные в одном дизайне, являются украшением стола и прекрасным приобретением для собственного употребления и как прекрасный подарок на любую памятную дату.

Самовары, кофейные турки и джезвы – внутри покрыты оловянным слоем, что делает их безопасными при сильном нагреве.

Подстаканники – низкая теплопроводность и прочность позволит насладиться любимым напитком без риска обжечь руки.

Подносы, конфетницы, блюда, солонки и вазы – красивые изделия будут изюминкой праздничного стола и украшением помещения.

Чайные и кофейные наборы – составляют различные комплекты и предметы, оформленные в дизайне, на любое количество персон.

Винные наборы – обычно в комплект входит кувшин с бокалами, поднос, иногда набор блюдец или стопок.

Разновидности мельхиоровых ложек:

• Традиционные мельхиоровые ложки с чернением. Праздничный вариант. Изысканны, каждый предмет гравируется вручную. Все изделия имеют резной вензель.
• С полированной поверхностью – для повседневного употребления. На ручке слева обычно гравируется вензель, сзади обозначена марка сплава.
• С натуральным золочением – для самых торжественных случаев. Самыми лучшими и дорогими, считаются изделия «Кольчугинский Мельхиор». Столовые приборы завода славятся качеством. Предметы с серебрением и золочением оформляются в стиле названия столового прибора.