Глава I. Взаимодействие меди с элементами периодической системы

1. Общие сведения

Промышленные сплавы меди (бронза, латунь, нейзильбер), обладающие высокими технологическими параметрами, износостойкостью, прочностными характеристиками, отличными декоративными свойствами, нашли широкое применение для изготовления ювелирных и художественных изделий. Ниже приведены основные свойства меди технической чистоты:

¹(Данные по теплоемкости приведены для жидкой меди при температуре вблизи точки кристаллизации.)

Взаимодействие меди с легирующими элементами описывается диаграммой состояния, которая определяет природу образующихся фаз, закономерности изменения физико-химических свойств сплавов. Диаграммы состояния двойных и тройных систем на основе меди являются базой для изучения фазового состава, структурных составляющих, определения механических, технологических и других свойств промышленных сплавов.

Для полного представления о характере взаимодействия меди с основными легирующими компонентами, входящими в промышленные сплавы, в данной главе приводятся диаграммы состояния во всем интервале концентраций. Это позволяет прогнозировать свойства при легировании известного сплава другими компонентами. Следует учесть также, что, помимо традиционных сплавов меди, широко используемых для изготовления ювелирных и художественных изделий, в настоящее время ведется поиск новых, более дешевых сплавов с высокими декоративными и технологическими свойствами, которые позволят расширить цветовую гамму, наладить выпуск широкого ассортимента изделий. Учитывая сказанное, в главе приведены диаграммы состояния меди не только с основными легирующими элементами, но и с другими, представляющими интерес.

Диаграммы состояния меди с элементами периодической системы можно разделить на несколько групп.

I. Диаграммы состояния с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях. При образовании непрерывных рядов твердых растворов между медью и другими металлами возможно несколько вариантов диаграмм:

1) с плавными кривыми начала и конца кристаллизации сплавов;

2) с экстремальными точками на кривых начала и конца кристаллизации сплавов;

3) с бинодальной кривой (разрывом растворимости компонентов в твердом состоянии при низких температурах);

4) с упорядоченными твердыми растворами.

К таким диаграммам относятся диаграммы состояния меди с никелем, родием, палладием, платиной, марганцем и золотом, которые имеют одинаковую кристаллическую структуру и благоприятный размерный фактор. Полная взаимная растворимость во всем интервале температур характерна для диаграммы состояния медь - никель. Эта система составляет основу многих промышленных сплавов (например, мельхиор, нейзильбер), которые широко используются для изготовления ювелирных и сувенирно-подарочных изделий.

В системе медь - золото наблюдается экстремальная точка на кривых начала и конца кристаллизации сплавов - минимум в средней части диаграммы состояния. В системах меди с золотом, марганцем, а также платиной и палладием происходят превращения в твердом состоянии, связанные с упорядочением и образованием фаз Курнакова. Именно он с сотрудниками первым в 1914 г. обнаружил упорядоченные фазы в системе медь - золото.

В системе медь - родий при понижении температуры наблюдается расслоение на два твердых раствора на основе меди и родия. При 1000 °С область расслоения находится в интервале 35...75% (ат.) Rh.

II. Диаграммы состояния с неограниченной растворимостью в жидком и ограниченной растворимостью в твердом состояниях.

К этой группе относятся системы эвтектического и перитектического типов. Диаграммы состояния с эвтектическим равновесием медь образует с серебром, висмутом, литием и бором. В таких системах элементы имеют менее благоприятный относительно меди размерный фактор, чем в системах с твердыми растворами, и значительные различия в кристаллической решетке элементов.

Диаграммы состояния перитектического типа медь образует с иридием, ниобием, кобальтом и железом. В системах с кобальтом и железом наблюдаются превращения, связанные с полиморфным и магнитными превращениями в фазах кобальта и железа.

III. Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях.

В системах с ограниченной растворимостью - так называемых монотектических - наблюдается монотектический характер взаимодействия эвтектического либо перитектического типа. Примером такого типа взаимодействия могут служить системы меди со свинцом, таллием, хромом, ванадием.

IV. Диаграммы состояния с образованием промежуточных фаз.

Такие диаграммы состояния характерны для элементов со значительным различием размерных факторов, валентности, электронной концентрации. Значительное различие электрохимических свойств приводит к образованию химических соединений. Элементы, имеющие меньшее отличие от меди по своим электрохимическим свойствам, образуют электронные соединения. Системы с промежуточными фазами медь образует со многими элементами всех групп Периодической системы, например с цинком, бериллием, барием, галлием, индием, кремнием, титаном, германием, оловом, редкоземельными элементами и др.

Рассмотрим более подробно взаимодействие меди с элементами различных групп Периодической системы, представляющими практический интерес.