Первый сплав меди — бронзу, — предположительно начали применять шумеры примерно в 3300 году до нашей эры. Так начался бронзовый век. Люди до сих пор медь соединяют с другими металлами, чтобы улучшить ее свойства, например, получить сплав прочнее, устойчивее к коррозии, проще в обработке, пластичнее. Медные сплавы незаменимы в разных отраслях промышленности. Разберемся, какими они бывают и где они используются.
Бронза
Бронза — красновато-коричневый сплав меди с оловом, свинцом, кремнием, бериллием, железом и другими элементами. Она примерно на 88% состоит из меди и на 12% из олова и других металлов. Бронзовые сплавы известны прочностью, износостойкостью и устойчивостью к коррозии, в том числе в морской воде, они тверже меди и легкоплавки, то есть из них легко отливать различные изделия. Еще одно преимущество — удар бронзового изделия о твердую поверхность не приводит к образованию искр. То есть сплав можно использовать для отраслей, связанных с применением взрывоопасных или легковоспламеняющихся материалов. А бронза с высоким содержанием олова — 20—25%, отличается звонким звуком при ударе, поэтому из нее отливали колокола.
В бронзовом веке — периоде примерно между 3200 и 600 годами до нашей эры, бронза была самым распространенным металлом. Из-за повышенной твердости и долговечности из нее делали инструменты, оружие, доспехи, строительные материалы, ювелирные изделия и произведения искусства, в частности статуи. Также ее широко использовали для чеканки монет — большинство медных денег на самом деле были бронзовыми. Бронза тверже чистого железа и устойчивее его к коррозии. Смена бронзового века на железный произошла из-за того, что железа было больше, а не из-за того, что этот металл намного лучше.
Первые бронзы были исключительно оловянными — то есть содержали медь и олово в небольшом количестве, потом к ним стали добавлять и другие элементы, чтобы дополнительно улучшить определенные свойства сплава. Например, оловянная бронза с фосфором или свинцом устойчивее к трению и лучше режется. Сейчас есть и безоловянные бронзы — кремнистые, бериллиевые, свинцовые.
В наше время из бронзы часто делают различные декоративные изделия — от ваз до зеркал, детали промышленного оборудования, работающие в условиях высоких скоростей и повышенного давления, например, подшипники и пружины, части судов, такие, как гребные винты и насосы, а также разные механизмы, соприкасающиеся с морской водой. Также из сплава изготавливают разъемы, переключатели и другие электротехнические компоненты, для которых одновременно важны высокая электропроводность и механическая прочность. Еще его можно найти в архитектурных компонентах, например лестничных перилах, медалях и наградах, струнах для гитар и фортепиано. Также из бронзы до сих пор отливают колокола и скульптуры.
Латунь
Латунь — сплав меди с цинком, которого в нем, как правило, от 5% до 45%. Этот металл делает медь устойчивее к коррозии и пластичнее, а также улучшает внешний вид готового сплава. Если цинка относительно немного, то это красная латунь красновато-коричневого цвета, а если более 20% — желтая, у нее золотистый цвет. Однако есть латуни, в которых больше 45% цинка. Их нельзя обработать и можно использовать только для пайки в гранулированной форме или в качестве основы для других сплавов, нужных для литья под давлением.
Латунного века, в отличие от бронзового, не было, так как долгое время подобные сплавы было трудно получать. Только в 18 веке разработали технологии, упрощающие их производство.
Иногда в медно-цинковые сплавы добавляют и другие элементы — такую латунь называют многокомпонентной. Обычно используют кремний, марганец, свинец, железо и некоторые другие. Например, марганец повышает прочность сплава и его устойчивость к коррозии, свинец облегчает обработку резанием, а железо делает прочнее и легче для ковки.
Латунь — один из самых простых в обработке металлов, кроме того, ее можно перерабатывать и многократно использовать без потери качества. Также у нее низкий коэффициент трения — проще говоря, поверхность латунных изделий очень гладкая, поэтому сплав подходит для деталей, которые должны легко скользить друг по другу и при этом долго не изнашиваться. Из-за содержания меди латунь обладает антибактериальной активностью, поэтому из нее подходит для изготовления предметов, к которым часто прикасаются, например, дверных ручек. Некоторые виды сплава применяются в морской промышленности, так как у них есть свойства, препятствующие биообрастанию, то есть заселению поверхности живыми организмами, в частности ракушками и водорослями.
Еще латунь востребована в машиностроении, мебельной, химической, автомобильной и оборонной промышленностях. Из нее делают различные декоративные элементы интерьера и архитектуры, фурнитуру для мебели, сантехнику, например краны, предметы домашнего обихода, такие, как замки и светильники, музыкальные инструменты, например трубы, оружейные гильзы и многое другое.
Медно-никелевые сплавы
Они преимущественно состоят из меди и никеля — его доля составляет от 10 до 45%, а также могут включать небольшое количество легирующих добавок, например, хрома, олова и других. Сплав с добавлением железа и марганца называется мельхиором — у него выше устойчивость к коррозии, чем у обычных медно-никелевых, а с добавлением цинка — нейзильбером.
Медно-никелевые сплавы сочетают преимущества этих двух металлов — они прочные, хорошо проводят тепло и электрический ток, легко обрабатываются, немагнитные, легкие. Кроме того, у них есть антибактериальные свойства, а при ударе о твердые поверхности они не образуют искр.
При использовании медно-никелевых сплавов в морской среде на них образуется пленка, защищающая от коррозии.Поэтому их часто используют для обшивок судов, насосов, трубопроводов и другого оборудования или деталей, соприкасающихся с соленой водой. Также они стабильны при высоких температурах — выдерживают до 760 ℃, поэтому подходят для многих видов промышленного оборудования.
Самые востребованные в разных отраслях промышленности — сплавы, в которых 10% или 30% никеля. Их обычно можно встретить в составе комплектующих для кораблей, морских, шельфовых нефтяных и газовых платформ, опреснительных установкой и морских турбин для производства энергии.
Также медно-никелевые сплавы необходимы для чеканки монет. Например, из них сделаны части монет в 1 и 2 евро. Кроме того, подобные сплавы необходимы для изготовления тормозных трубок, то есть частей тормозной системы автомобиля, отвечающих за передачу механического усилия к тормозным колодкам колес.
