Некоторые металлы, вроде золота или железа, востребованы всегда и используются человечеством уже несколько тысячелетий. Но и среди металлов хватает "неудачников", востребованность которых очень невелика, и им, условно говоря, тяжело устроиться на работу.
Металл под названием висмут - из таких.
Раньше о нем в научно-популярных книгах писали довольно пренебрежительно:
"Свойства висмута не выделяют его из среднего круга не очень удавшихся природе металлов. Этот хрупкий металл имеет серебристо-розовый цвет, удельный вес его — около 9,8 г на куб. см. Температура плавления висмута — 271 градус, кипения— 1560 градусов. Химическая активность средняя.
Висмут не годится даже на роли легирующего элемента: его присутствие делает многие металлы хрупкими, нековкими, поэтому металлурги не только не стремятся ввести висмут в стали или бронзы, но, наоборот, стремятся удалить его, чтобы и следов не осталось, если уж на несчастье в руде окажется примесь висмута".
И это действительно так. Висмут сам по себе чрезвычайно хрупкий металл (его легко не только сломать, но и растереть в порошок), и другим металлам он сообщает такие же свойства. Что, разумеется, никого не радует.
Особенно сильно висмут портит медь. Дело в том, что он не образует с медью твердых растворов и при ее кристаллизации выделяется в виде тонких прослоек между кристаллами. Из-за этого медь становится очень ломкой. Добавка всего лишь 0,1% висмута делает медь такой хрупкой, что при обработке она разлетается на куски. Поэтому от висмута медь тщательно чистят, по нормам его содержание в меди не должно превышать 0,002%.
Однако считать висмут металлом-вредителем тоже не стоит. У него есть и другие свойства, которые часто оказываются полезными в сплавах.
Висмут - довольно легкоплавкий металл, он переходит в жидкое состояние уже при 271 градусе, в общем, газовой плитки на кухне хватит.
Но действительно уникальная особенность висмута в том, что его добавление в сплав просто обрушивает температуру плавления, делая ее гораздо ниже, чем у него самого.
Еще во времена Шерлока Холмса и доктора Ватсона американский стоматолог со смешным именем Барнабас (это они так нашего Варавву называют!) и фамилией Вуд придумал сплав из висмута, свинца, олова и кадмия, который становится жидким всего при 65 градусах!
Зачем нужен "сплав Вуда" - не понимал, похоже, и сам Вуд. В викторианские времена этот чрезвычайно легкоплавкий металл использовался большей частью для розыгрышей при чаепитии.
Из него отливали чайную ложечку и подкладывали кому-нибудь из гостей, собравшихся на "файф-о-клок". А потом все от души веселились, когда при помешивании ложечка "растворялась" в чае. Почти как в анекдоте - ложечки не нашлись, но осадок в стакане остался.
Кстати, если надумаете повторить шутку - чай пить не рекомендуем. И свинец, и особенно кадмий - здоровью не способствуют.
Конечно же, сегодня и сплав Вуда, и другие легкоплавкие сплавы, созданные на основе висмута (вроде сплава Розе), используются в совершенно ином качестве. Чаще всего - в качестве предохранителей в системах автоматического пожаротушения. Как только температура в помещении превысила некий порог - предохранитель плавится, открывая дорогу потокам воды или пены. Еще один распространенный вариант их использования - в качестве припоя в тех случаях, когда деталь нельзя сильно нагревать.
Любопытно, что именно сплав Вуда использовался в одном из первых металлургических экспериментов в космосе, когда советские космонавты в 1976 году провели на орбите операцию с кодовым названием "Ы" "Сфера".
Как известно, чтобы из металлической заготовки получить шарик для подшипника, необходимо выполнить порядка 11 операций, при этом едва ли не сопоставимое количество металла уйдет в отходы.
И вот какая-то светлая голова задумалась - а что, если выплавлять металл в космосе? Сразу в нужном виде! Все же видели на хронике, как в условиях невесомости любая жидкость собирается в шарики.
Так может, нам того?
Берем вместо воды - металл, и можно будет прямо на орбите шарикоподшипниковый завод запускать. Обогатимся, товарищи!
Эксперимент проводили космонавты Борис Волынов и Виталий Жолобов.
А плавить на орбите решили сплав Вуда - ну, чтобы домну в космической станции запускать не пришлось. Для детища нью-йоркского дантиста и обычного электронагревателя хватит.
Удался ли эксперимент? С одной стороны - да, с другой - нет.
Перевести сплав в жидкое состояние и "расплескать" расплавленный металл капельками по орбитальной станции "Салют-5" удалось без труда. Как комментировал ЦУП-у ход эксперимента бортинженер Жолобов: «Шарики вроде ничего, симпатичные. Приятно смотреть, как расплавленные капельки парят в невесомости, застывают, ни с чем не соприкасаясь».
А вот с мечтой делать на орбите шарики для подшипников пришлось расстаться - и в этом смысле операция "Сфера" потерпела фиаско.
Во-первых, как выяснилось, металлические капли в невесомости застывают в виде эллипса, и больше напоминают груши или луковицы, чем шарики.
А во-вторых, сплав Вуда по каким-то причинам терял в невесомости свою однородность, разлагаясь на плесень и на липовый мед.
Стало понятно, что отсутствие силы тяжести однородности расплава совсем не способствует и деятельность сталеплавильного завода на орбите столкнется со множеством проблем.
В общем, с подшипниками не получилось, но добрая традиция проводить научные эксперименты в невесомости продолжается по сей день.
Не так давно мы рассказывали, как ученые нашего университета кровеносные сосуды на Международной космической станции печатают - в материале "Зачем космонавты крутят трубочки на МКС?".
Но, разумеется, сферой металлургии применение висмута вовсе не ограничивается.
О других профессиях хрупкого металла мы расскажем в следующий раз.