Лекция № 11

Металлы и сплавы

Общие сведения о металлах, их свойствах, кристаллическое строение.

Виды сплавов: механическая смесь, твердый раствор, химическое соединение.

Благородные металлы и сплавы.

Металлы – это вещества, обладающие рядом характерных свойств. Они хорошо отражают свет, что обуславливает их непрозрачность и блеск; обладают хорошей тепло- и электропроводностью, повышенной пластичностью. Этими свойствами обладают и смеси двух и более металлов или сплавы. Металлы проявляют различную активность по отношению к кислороду. Медь, железо, алюминий окисляются при обычных условиях, золото, платина – даже при накаливании не соединяются с кислородом, поэтому встречаются в природе в чистом виде, в виде самородков. Химическое соединение металлов называется рудами. Выделение металлов из рудных соединений производят несколькими способами:

а) восстановлением металлов при нагревании,

б) восстановлением металла действием окиси углерода,

в) восстановлением металла из солей действием другого более активного металла

г) восстановлением металла методом электролиза.

Штейнгарт и Батовский все металлы делят на черные и цветные. Черные, в свою очередь, на железные (железо, кобальт, никель), тугоплавкие: ( температура плавления выше 1529 градусов), урановые (актиноиды) и редкоземельные («лантаноиды» - лантан, церий.).

Цветные металлы подразделяются на легкие (алюминий, магний), благородные (серебро, золото, платина, палладий) и легкоплавкие ( цинк, кадмий, олово).

Все металлы имеют кристаллическое строение. В жидком состоянии атомы располагаются хаотически. При затвердевании образуется кристаллическая решетка, т.е. происходит кристаллизация, состоящая из двух фаз:

а) зарождение в жидком металле центров кристаллизации или зародышей и

б) рост зародышей.

Каждый центр кристаллизации имеет решетку, свойственную данному металлу. Чем быстрее идет охлаждение, тем больше образуется центров кристаллизации, тем мелкозернистое будет металл.

При охлаждении расплавленного металла температура понижается ниже истинной температуры плавления, а металл еще может оставаться в жидком состоянии. Такое запаздывание кристаллизации называется переохлаждением, а разница между температурой кристаллизации и температурой плавления - степенью переохлаждения. Это явление присуще всем металлам.

Три вида взаимодействия между металлами, входящими в сплав. Свойства сплава

В чистом виде металлы не удовлетворяют всем требованиям, поэтому используют способность металлов смешиваться для получения сплавов с полезными свойствами. Некоторые металлы и сплавы при разной температуре и давлении могут существовать в различных кристаллических формах. Это свойство вещества называется полиморфизмом или аллотропией. При этих превращениях один вид превращается в другой. При затвердевании сплавов могут образоваться три вида взаимодействия между компонентами, входящими в сплав: механическая смесь, твердый раствор и химическое соединение.

Механическая смесь образуется тогда, когда металлы обладают полной взаимной нерастворимостью и не образуют химических соединений.

Под микроскопом видна разница в строении решеток. Примером смеси является легкоплавкие сплавы ((свинец-олово-висмут), (кадмий-висмут)). Такие сплавы имеют наименьшую, хорошо выраженную температуру плавления и в расплавленном состоянии обладают хорошей текучестью.

Твердый раствор образуется при взаимной растворимости металлов. Это однородное кристаллическое тело, в котором в решетку металла-растворителя входят атомы растворенного вещества, причем атомы одного вещества могут замещать атомы другого( хром и никель, золото и платина, серебро и палладий, КХС). Если эти сплавы охлаждать неправильно, могут получиться неоднородные кристаллы. Первые кристаллы будут иметь больше тугоплавкого компонента. Если такую внутрикристаллическую ликвацию не устранять, зуботехнические изделия не будут обладать необходимыми свойствами. /Устраняют ее нагреванием./Однородные твердые растворы имеют аустенитную, мелкозернистую структуру, обладает повышенной твердостью, прочностью без понижения пластичности, что само по себе, очень ценно. Химическое соединение имеет совершенно новые качества и структуру и возникает при сплавлении некоторых металлов (медь и алюминий) и металлов с неметаллами. Как правило, химическое соединение металлов отличается твердостью и хрупкостью. Например, олово и магний – металлы в отдельности мягкие, а их химическое соединение Mg2Sn – хрупкое вещество. Сплавам присущи практически все свойства, которыми обладают металлы.