Что лучше олово или железо
4 типа металлов устойчивые к коррозии или нержавеющие
Мы обычно думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов. Если ничто не остановит коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.
Не все металлы содержат железо, но они могут коррозировать или потускнеть в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбирать металлы, которые «устойчивы к ржавчине» или, точнее, «устойчивы к коррозии». В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:
Нержавеющая сталь
Типы нержавеющей стали такие, как 304 или 316, представляют собой смесь элементов и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома (не менее 18%), который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь. Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.
Рекомендуем эффективный удалитель ржавчины с металлических поверхностей — «РжавоМед-У»
Алюминиевый металл
Многие самолеты сделаны из алюминия, как и детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его небольшим весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.
Медь, бронза и латунь
Эти три металла содержат мало железа или вовсе его не содержат, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь – это сплав меди, цинка и других элементов, которая также устойчива к коррозии.
Оцинкованная сталь
Оцинкованная сталь долго ржавеет, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также путем формирования защитного покрытия из оксида цинка. Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.
Профессиональный преобразователь ржавчины с фосфатированием — «РжавоМед»
Лужение. Сравнение свойств чистого олова и покрытий сплавами на основе олова
1. Общие сведения.
На данный момент науке известны четыре аллотропные модификации этого металла: при нормальных условиях существуют и наиболее распространены «серое» олово и «белое» олово. Аллотропные модификации имеют не только разный внешний вид, но и физические свойства, что обусловлено их различной атомной структурой.
2. Процесс лужения.
Лудить можно медь, латунь, бронзу, углеродистую и нержавеющую сталь, алюминий и его сплавы, титан, ЦАМ.
В целом оловянные покрытия обеспечивают хорошую свинчиваемость резьбовых соединений, паяемость, герметичность сборочных узлов. Оловянирование является подготовительной операцией перед заливкой подшипников.
Оловянные покрытия отличаются хорошим сцеплением с металлом основы, высокой эластичностью, устойчивостью к сернистым соединениям и к воздействию тропического климата.
2.1 Лужение чистым оловом.
Основной областью применения покрытий чистым оловом является пищевая промышленность. С органическими кислотами в герметичной среде олово образует комплексы, в результате чего потенциал его смещается в положительную область и оно становится анодом по отношению к железу. Это свойство, а также практически полная безвредность простых соединений олова, позволило использовать его для защиты внутренних поверхностей консервных банок. На изготовление белой (облуженой) жести в XX веке использовалось около 50% добываемого олова. Эти же свойства олова дали возможность применять покрытия на его основе в целях антикоррозионной защиты широкого спектра пищевого оборудования.
В электротехнике оловянные покрытия применяются для защиты медного кабеля от разрушающего воздействия серы, содержащейся в резиновой изоляции; для пайки контактов; для создания между трущимися поверхностями легко прирабатывающегося электропроводного слоя.
Оловянные покрытия пластичны, и хорошо выдерживают механические нагрузки (вальцовку, штамповку, вытяжку).
Электрохимические оловянные покрытия просты в получении, что обеспечивается, в частности, высоким выходом по току электролитов лужения, но обладают рядом проблемных свойств:
• В случае длительного хранения на их поверхности наблюдается рост нитевидных кристаллических образований, которые вырастают в длину до 3-5 мм при толщине в несколько микрон. Эти образования, получившие название «усы», могут послужить причиной короткого замыкания внутри электрорадиотехнической аппаратуры, и соответственно, приводить к выходу ее из строя. До сих пор не установлена точная причина возникновения подобных явлений. Было замечено, что материал, на который осаждено покрытие, оказывает влияние на скорость возникновения усов. Так, в частности, на оловянном покрытии, нанесенном непосредственно на латунь, без технологического подслоя, нитевидные кристаллы появляются чаще и растут быстрее, чем на стальной основе.
• Есть теория, что под воздействием примесей в покрытии возникают внутренние напряжения сжатия специфического характера, что является основной причиной роста нитевидных усов. Примеси в покрытии могут быть механическими включениями (частички инородной твердой фазы), иметь диффузионный характер (диффузия из металла основы в покрытие), а также могут включаться в осадок в процессе соосаждения с основным покрытием. Также причиной роста усов считается наличие напряжений в металле-основе.
• Одной из основных проблем чистого олова является то, что оно имеет очень короткий срок жизни в качестве покрытия под пайку. Теоретически этот срок составляет две недели. В производственной практике установлено, что уже после 2-3 дней хранения пайка становится почти невозможна. Это связано с тем, что чистое оловянное покрытие весьма пористо и имеет в своем составе большое количество примесей. Паяемость луженой поверхности может уменьшаться и вследствие образования на границе медь-олово интерметаллических соединений типа Cu3Sn, Cu6Sn5, которые уже при маленькой толщине (3 мкм) теряют пластичность.
Для сохранения свойств паяемости и снижения пористости покрытия луженую поверхность в обязательном порядке необходимо оплавлять. Оплавление производится погружением в глицерин при 230 ºС, что весьма энергозатратно и увеличивает конечную стоимость покрытия.
2.2 Оловянирование сплавом сплав олово-медь (бронзирование).
Особенности функциональных свойств и внешнего вида сплава олово-медь определяются процентным содержанием компонентов. При содержании от 2 до 3 % олова покрытие имеет медно-красный цвет, при повышении процента олова до 15-20 покрытие становится золотисто-желтым (желтая бронза), а при 35% олова оно приобретает серебристо-белый, близкий к олову, цвет (белая бронза).
Покрытия желтой бронзой по стали проявляют высокую коррозионную стойкость в среде холодной и кипящей водопроводной воды. Желтая бронза обладает невысокой пористостью и может применяться и как самостоятельное покрытие, и в качестве подслоя, например перед хромированием.
Большую роль играют электрические свойства покрытия: удельное сопротивление электролитической бронзы, содержащей 25% Cu и 75% Sn, составляет 0,189 Ом*мм 2 /м, а содержащей 60% Cu и 40% Sn 0,248 Ом*мм 2 /м. Как известно, удельное сопротивление серебра составляет 0,015 Ом*мм 2 /м, Cu 0,017 Ом*мм 2 /м, а Sn 0,143 Ом*мм 2 /м. Приведенные данные свидетельствуют о том, что покрытие белой бронзой по своим электрическим свойствам уступает серебряному и медному покрытиям. Однако при работе в среде, содержащей сернистые соединения, переходное сопротивление бронзовых покрытий более стабильно, чем серебряных. Значение электросопротивления сплава растет синхронно увеличению его твердости, максимум соответствует содержанию Sn 40-45%.
2.3 Оловянирование сплавом олово-свинец.
В силу своей химической стойкости сплав Sn-Pb активно применяется в качестве защитного антикоррозионного покрытия.
Сплав легкоплавок, имеет высокую плотность и низкую механическую прочность, может применяться для обеспечения спекаемости, и в качестве антифрикционного покрытия.
Покрытие обеспечивает однородность паяного шва, исключается образование гетерогенных систем со сложной структурой, вызывающих хрупкость соединения.
Средняя удельная электропроводность оловянно-свинцовых покрытий сопоставима с аналогичной характеристикой золотых покрытий.
Положительным свойством сплава следует считать так же обеспечение постоянства переходного сопротивления при изменении контактных давлений.
Установлено, что покрытия из свинцово-оловянных сплавов, содержащие лишь 5% олова, значительно лучше, чем свинцовые покрытия защищают от коррозии в морской среде. Сплавы с содержанием Sn-Pb 50/50 проявляют наибольшую химическую стойкость. Лучшие антифрикционные свойства обеспечивает сплав состава 8-12 % Sn. Такие покрытия выполняют также роль смазки при штамповке деталей из листовой стали.
Применение покрытия ПОС-60 (олово 60%, свинец 40%) позволяет интенсифицировать процесс пайки за счет снижения температуры плавления сплава до 183 ºС
2.4 Оловянирование сплавом олово-цинк.
Сплав Sn-Zn отличаются более высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии по сравнению с чистым цинком. Допускается его эксплуатация при высокой влажности и значительных колебаниях температуры. Наилучшей коррозионной устойчивостью обладает сплав, содержащий 20-25% цинка. Он электрохимически является анодным по отношению к стали, а пористость его, по сравнению с чистым оловом, значительно ниже. При увеличении содержания цинка в сплаве до 50% коррозионная стойкость приближается к чистому цинковому покрытию. При содержании в сплаве 10% цинка и меньше покрытие приобретает катодный характер по отношению к стали и перестает защищать его электрохимически.
Сплав с содержанием 20% цинка легко паяется и пригоден к пайке дольше, чем цинк. Он также легко поддается полировке.
2.5 Оловянирование сплавом олово-никель.
Покрытие сплавами олово-никель рекомендуется для придания свойств паяемости поверхности медных и стальных деталей кислотными флюсами при одновременной защите их от коррозии. Также, покрытие сплавом, содержащим 35-40% никеля, может применяться вместо хромовых покрытий. Микротвердость осадков сплава находится в пределах 4000-6000 МПа, износостойкость в несколько раз выше, чем износостойкость никелевого покрытия.
Покрытие имеет высокие декоративные характеристики и, в виду низкой пористости, может применяться с одним медным подслоем, без промежуточного никелирования. При соблюдении определенных условий электролиза, покрытие может получаться блестящим непосредственно из ванны, без применения блескообразующих добавок. Сплав может применяться вместо лужения, когда требуются более высокие механические характеристики, чем у оловянного покрытия.
Весьма целесообразно применение сплава олово-никель для деталей, подлежащих запрессовыванию в пластмассы.
Электролитический сплав Sn-Ni (65% Sn) представляет собой интерметаллическое соединение, устойчивое до 300 ºС. Такое покрытие не рекомендуется применять для деталей, которые подвергаются многократным перегибам или работают как пружины, так как оно склонно к шелушению и растрескиванию, ввиду высоких внутренних напряжений.
Испытания на пористость показали, что стальные образцы, покрытые сплавом Sn-Ni толщиной 15 мкм с подслоем меди толщиной 20 мкм, практически не имеют пор и обладают высокой коррозионной стойкостью в среде солевого тумана, при переменном нагреве. Кроме того, было установлено, что покрытие в течение нескольких месяцев сохраняет паяемость соответствующую свежеосажденному покрытию. После двухлетнего хранения прочность спайки у покрытия олово-никель уменьшилось на 20%, а у оплавленного олова на 60%
2.6 Оловянирование сплавом олово-висмут.
2.7 Оловянирование сплавом олово-сурьма.
Сплав олово-сурьма (5-10% Sb) по свойствам идентичен олово-висмуту. Термические сплавы олово-сурьма с содержанием сурьмы до 0,5% не подвержены «оловянной чуме». Главное достоинство олово-сурьмянистого сплава состоит в том, что в нем не содержатся высокотоксичные элементы, такие как висмут или свинец, но это не ухудшает его эксплуатационных свойств.
2.8 Сплавы олова, редко применяемые в гальванике.
2.8.1 Сплав кадмий-олово.
Сплавы кадмий-олово представляют собой простую эвтектическую смесь.
Сплавы, содержащие 25% олова и 75% кадмия, проявляют высокие защитные свойства в среде солевого тумана. Имеются данные, что кадмиево-оловянные покрытия (40-60% кадмия), поддаются пассивированию в хромовокислом растворе с повышением стойкости против коррозии. Испытания показали, что кадмиево-оловянные покрытия в среде тепла и влаги, не уступают по коррозионной стойкости покрытиям сплавами Cd-Zn и Sn-Zn. В ходе испытаний на поверхности покрытия Cd-Sn образуются плотные нестирающиеся пленки продуктов коррозии, повышающие их защитные свойства.
Особый интерес представляет использование сплава кадмий-олово для защиты от коррозии стальных деталей авиационного оборудования. Коррозионная среда, в данном случае, особенно агрессивна ввиду резкого перепада температур, конденсации влаги на поверхности деталей, а так же воздействия летучих продуктов пластмасс, изоляционных материалов, смазочных масел и топлива.
2.8.2 Сплав медь-цинк-олово.
На практике электролитический сплав Cu-Zn-Sn сложно контролировать по процентному соотношению компонентов. Сплав может быть получен различного цвета: от серебристо-стального до золотистого. Цвет осадка может варьироваться температурой раствора и регулировкой плотности тока.
Сплавы подобного состава в течение длительного времени сохраняют способность к пайке, имеют достаточно высокую твердость и износостойкость. В промышленности могут применяться для защиты от коррозии резьбовых и точных деталей, для которых не допускается большая толщина покрытия. Покрытия золотистого цвета можно применять для декоративной имитации золота. Сплавы медь-цинк-олово и медь-кадмий-олово в процессе исследования были подвергнуты испытаниям в тропическом влажном климате. Испытания показали, что данные трехкомпонентные сплавы хуже защищают сталь, чем покрытия двойными сплавами Zn-Cd, Sn-Zn и Sn-Cd с соответствующей пассивацией.
2.8.3 Сплав свинец-олово-цинк.
Введение третьего компонента в свинцово-оловянный сплав позволяет дополнительно улучшить защитные, антифрикционные и другие функциональные свойства покрытий. Для снижения расхода олова при покрытии деталей двигателей внутреннего сгорания предложено использование трехкомпонентного сплава: 91-93% свинца; 6-8% олова; 0,5-5 % цинка. Применение свинцовых и цинковых покрытий для таких деталей не эффективно вследствие их низкой коррозионной стойкости по отношению к органическим соединениям и повышенным температурам. Оловянные и кадмиевые покрытия в этих условиях надежно защищают детали от коррозии, но Sn и Cd относятся к числу дефицитных и дорогостоящих металлов.
Покрытие Pb-Sn-Zn имеет наиболее высокую коррозионную стойкость при содержании цинка не свыше 1%. В этом случае защитные свойства покрытия в условиях среды высокой температуры и органических соединений, намного выше, чем у оловянных и кадмиевых покрытий. Кроме того, выраженные защитные свойства трехкомпонентного сплава позволяют применять покрытия небольшой толщины (3-5 мкм).
2.8.4 Сплав свинец-олово-медь.
Осажденный сплав содержит около 90-93 % свинца; 6-9% олова и 0,75-2% меди. Сплав рекомендуется для покрытия подшипников и для обеспечения прирабатываемости, так как проявляет отличные антифрикционные свойства и стойкость в среде органических соединений.
2.8.5 Сплав свинец-олово-сурьма.
Его целесообразно применять для улучшения антифрикционных свойств вкладышей подшипников, имеющих пористое хромовое покрытие. Покрытие трехкомпонентным сплавом толщиной 20-30 мкм значительно улучшает прирабатываемость хромированных вкладышей и повышает их коррозионную стойкость.
2.8.6 Сплав свинец-олово-индий.
Для вкладышей подшипников, работающих при повышенных удельных давлениях и высоких скоростях скольжения, рекомендуются покрытия сплавами, в состав которых входит индий. Возможно использовать для этих целей покрытие, содержащее 42% свинца, 42% олова и 16% индия.
2.8.7 Сплав олово-никель-кобальт.
В литературе есть упоминания о возможности получения трехкомпонентного сплава, состава 42-90% Sn, 4-7% Ni, остальное Co. Сплав пока не нашел применения в промышленности, так как его свойства недостаточно изучены.
Топ 25 самых прочных и легких металлов на земле
Самый прочный металлический сплав в мире
Платина + золото — самый твердый в мире сплав металлов
И сразу к сути научного достижения — ученые из Сандийской национальной лаборатории США разработали новый металлический сплав и назвали его самым прочным сплавом, когда-либо созданным учеными в лабораториях по всему миру. Недавно разработанный материал, изготовленный из комбинации платины и золота, по оценкам, в 100 раз прочнее высокопрочной стали, что делает его первым металлическим сплавом в том же классе, что и алмазные поверхности.
Как производят металлы?
Металлы добываются из руд. Для определения их вкладов используются различные сложные методы и системы расчетов. Производство металлов осуществляется в несколько этапов:
Разработка рудного месторождения (Фото: Instagram / polyus_official)
Характеристика металлов
Металлы — это группа из более чем 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. Они редко встречаются в природе в чистом виде, поэтому чаще всего их добывают из руд. Это название, данное типу минерала, который представляет собой комбинацию нескольких химических компонентов, таких как минералы и те же металлы. Металлы характеризуются несколькими свойствами, которые используются для их классификации по группам:
Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что его можно использовать для изготовления дверных ручек в больницах и других общественных местах.
Таблица предела прочности металлов
| Металл | Назначение | Прочность, МПа |
| Вести | Pb | 18 |
| Олово | Sn | 20 |
| Кадмий | Cd | 62 |
| Алюминий | Аль | 80 |
| Бериллий | Будьте | 140 |
| Магний | Mg | 170 |
| Медь | Cu | 220 |
| Кобальт | Co | 240 |
| Железо | Fe | 250 |
| Ниобий | Nb | 340 |
| Никель | Ni | 400 |
| Титан | Ti | 600 |
| Молибден | Mo | 700 |
| Цирконий | Zr | 950 |
| Вольфрам | W | 1200 |
Рейтинг самых крепких элементов в мире
Существует большое количество известных металлов и сплавов. Среди самых сильных — 10 элементов.
Тантал
Металл под названием тантал, который был открыт в 1802 году, занимает третье место в нашем списке. Он был открыт шведским химиком А. Г. Экебергом. Долгое время считалось, что тантал идентичен ниобию. Однако немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Ученый Вернер Болтон из Германии смог выделить чистый тантал в 1922 году. Это очень редкий металл. Крупнейшие месторождения танталовой руды были обнаружены в Западной Австралии.
Благодаря своим уникальным свойствам тантал является очень востребованным металлом. Он находит разнообразное применение:
Титан
Последнее место в десятке самых твердых металлов занимает титан. Первая чистая форма этого элемента была получена химиком Й. Й. Берцелиусом из Швеции в 1825 году. Титан — это легкий, серебристо-белый титановый металл, очень твердый и устойчивый к коррозии и механическим нагрузкам. Титановые сплавы используются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.
Иридий
Иридий находится в верхней части списка самых твердых металлов. Он был открыт в начале XIX века английским химиком Смитсоном Теннантом. Иридий обладает следующими физическими свойствами:
Поскольку иридий — самый твердый металл на планете, с ним трудно работать. Тем не менее, он по-прежнему используется в различных промышленных приложениях. Например, из него делают маленькие шарики, которые используются в ручках. Иридий также используется в производстве компонентов для космических ракет и некоторых деталей для автомобилей.
В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода доказательством того, что метеориты упали там, где он был найден. Эти космические тела содержат значительное количество этого металла. Ученые считают, что наша планета также богата иридием, но его месторождения находятся ближе к ядру Земли.
Вольфрам
Самый твердый металл, встречающийся в природе. Этот редкий химический элемент также является самым тугоплавким из металлов (3422 °C).
Впервые он был обнаружен в виде кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых, Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхухара, к открытию кислоты из минерала тунграмита, из которого затем с помощью древесного угля был выделен вольфрам.
Помимо широкого использования в лампах накаливания, способность вольфрама работать в экстремальных тепловых условиях делает его одним из самых привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны металл сыграл важную роль в налаживании экономических и политических отношений между европейскими странами.
Вольфрам также используется для получения твердых сплавов и в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел.
Бериллий
Теперь эту металлическую красоту лучше не защищать. Потому что бериллий очень токсичен, а также канцерогенен и вызывает аллергию. Если вы вдыхаете воздух, содержащий бериллиевую пыль или пары бериллия, у вас может развиться бериллиоз — заболевание, поражающее легкие.
Однако бериллий не только вреден, но и полезен. Например, добавьте в сталь всего 0,5% бериллия, и вы получите пружины, которые будут упругими, даже если довести их до красного каления. Они могут выдерживать миллиарды циклов нагрузки.
Бериллий используется в аэрокосмической промышленности для создания теплозащитных экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. Даже вакуумная трубка Большого адронного коллайдера сделана из бериллия.
Это радиоактивное вещество естественного происхождения очень широко распространено в земной коре, но концентрируется в определенных твердых горных породах.
Рений
Рений — очень редкий и дорогой металл, который, хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно добавляется в молибденит.
Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдерживать температуру 2000°C без потери прочности. Что будет с Железным человеком внутри костюма после такого «огненного шоу» — умалчивается.
Металл используется в нефтехимической и химической промышленности. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также в авиационных и ракетных двигателях.
Осмий
Серебристый, голубоватый металл светлого цвета. Он относится к платиновой группе и считается одним из самых плотных элементов. Он характеризуется твердостью. Os — хрупкий металл, но он устойчив к механическим воздействиям и кислотоустойчив.
Ученые зафиксировали присутствие осмия в металлических метеоритах. Образуя идеальный состав с другими элементами, он широко применяется в медицине, электронике, химии и нефтехимии, ракетостроении, широко используется в производстве ручек.
Хром — это металл сине-белого цвета. Он обладает высокой прочностью и твердостью, а также сильными магнитными свойствами. Он не становится хрупким и устойчив к воздействию кислот и щелочей.
Он используется в производстве различных сплавов, которые применяются в медицинском оборудовании. Cr также используется в синтезе искусственных рубинов, а соли четырехвалентного хрома применяются для консервации древесины и дубления кожи.
Рутений
Название второго по силе металла на древнем языке рутений означает Россия. Этот металл имеет серебристый цвет, относится к группе платины и содержится в мышечных тканях всех живых существ на земле.
Это высокопрочный, твердый, тугоплавкий металл, устойчивый к воздействию химических веществ и способный образовывать сложные соединения. Рутений используется в аэрокосмической, медицинской и электронной промышленности, а также в качестве добавки для придания золоту черного цвета.
Графен
Молекулярная решетка графена. Первый пункт в нашем списке — материал, который широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Когда безопасность стоит на первом месте, а запуск ракет в космос кажется очень опасным, использование графена просто необходимо. Он в 200 раз прочнее стали. Графен состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде треугольной решетки.
Железо и сталь
Как чистое вещество, железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Однако из-за минимальных затрат на его добычу он часто используется в сочетании с другими элементами для производства стали.
Сталь — это очень твердый сплав, изготовленный из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, вы все равно используете сталь каждый раз, когда режете еду ножом (если, конечно, он не керамический).
Искусственный металл
В 2015 году калифорнийские ученые создали микролаты. В настоящее время это самый легкий металл на Земле, состоящий на 99,99% из воздуха. Однако благодаря особой конструкции элемент обладает высокой прочностью. Он представляет собой переплетение трубок, каждая из которых имеет размер 0,001 человеческого волоса. Удивительные свойства микроволокна только начинают в полной мере использоваться в промышленности.
Углеродное волокно
Черный композит из углеродного волокна. Характеристики углеродного волокна, которые делают его отличным выбором для военных машин, ракет и деталей спортивных автомобилей, — это высокая жесткость и очень низкий вес. Углеродное волокно также может выдерживать очень высокие температуры и обладает высокой устойчивостью к воздействию различных абразивных химических веществ. По сути, углеродное волокно — это сверхплотные, выровненные атомы углерода, диаметр которых составляет от 5 до 10 микрометров.
Рейтинг самых легких металлов на земле
В этой главе мы сосредоточимся на самых легких в мире металлах: какими свойствами они обладают, для чего их используют и чем они интересны.
Литий
Литий входит в первую группу периодической таблицы элементов. Он имеет наименьшую атомную массу среди всех металлов — всего 3, после водорода и гелия. Простое вещество, литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.
Это самый легкий щелочной металл, его плотность составляет 0,534 г/см³. Благодаря этому он плавает не только в воде, но и в парафине. Для его хранения обычно используют парафин, бензин, минеральные масла или нефтяной эфир. Литий очень мягкий и податливый и легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его необходимо нагреть до 180,54 °C. Он будет кипеть только при температуре 1340 °C.
В природе существует только два стабильных изотопа этого металла: литий-6 и литий-7. Кроме них существует 7 искусственных изотопов и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, тем самым участвуя в образовании звездной энергии.
Какой металл является самым легким на земле
Литий известен как самый легкий металл и широко используется в сплавах.
Литий используется в:
Например, гидроксид лития используется для получения электролита в щелочных батареях. Силикат и алюминат лития также используются в производстве керамики — в качестве основы. Эта керамика затвердевает уже при комнатной температуре.
Это свойство лития используется
Литий также широко используется в промышленности, так как некоторые соединения этого металла помогают отбеливать ткани.
Интересно, что использование лития распространилось на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используются для стабилизации эмоционального состояния пациентов.
Магний (Mg)
Магний — ковкий металл с атомной массой 24,307 °u и плотностью 1,7 г/см^3, который занимает 12 место в таблице Менделеева. Впервые он был получен в чистом виде в 1808 году. Он податлив и легко поддается прессованию и резке.
Он обладает высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании сплавов на основе магния значительно улучшаются механические свойства металла, что существенно расширяет спектр применения данного вида материала.
Один из самых распространенных элементов на Земле, он встречается как в земной коре, так и в морской воде, обычно в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния встречаются крайне редко, лишь несколько месторождений найдено в России, Восточной Сибири и Таджикистане. Считается, что в 2020 г. США станут крупнейшим производителем магния в мире.
Его основное применение — производство различных сплавов, как легких, так и сверхлегких, которые могут использоваться в самолетах и автомобилях. Благодаря своим огнеопасным свойствам он также используется в пиротехнике и в производстве зажигательных и осветительных снарядов для оборонной промышленности.
Раньше фотосъемка была бы невозможна без магниевого порошка с окислителями — хотя магниевые вспышки используются гораздо реже, чем раньше, они по-прежнему пользуются большим спросом. Магний также важен для правильного функционирования организма и обменных процессов, поэтому препараты на основе магния используются в медицине, в кардиологии, неврологии и при гастроэнтерологических заболеваниях.
Калий
Калий является вторым по распространенности элементом в периодической таблице Менделеева и занимает 19-е место по молекулярному весу. Как и литий, он не встречается в кусковой форме из-за своей повышенной активности, поэтому калий добывают из минералов.
Он очень мягкий, серебристого цвета и при горении дает фиолетовое пламя. Калий взаимодействует с кислородом, кислотами и водой. Взрывы — не редкость, поэтому работа с этим опасным металлом требует особой осторожности и использования средств защиты. Если частицы калия попадут на кожу, они вызовут тяжелые химические ожоги. Его следует хранить в герметичных контейнерах с добавлением веществ, препятствующих проникновению кислорода. Это может быть силикон или минеральное масло.
Используется калий, полученный из горных пород в чистом виде:
В виде сплавов используется калий:
Калий наиболее востребован в медицине для производства различных видов сплавов. На основе этого металла синтезируется значительная часть лекарств. Кроме того, он является основой витаминных комплексов, целью которых является поддержка сердечно-сосудистой системы и кислотно-щелочного баланса в организме.
Натрий
Натрий — это неорганическое соединение, которое также является щелочью и не встречается в природе в чистом виде. Он встречается в таких минералах, как бура, тенардит, галит и других. Натрий получают в лаборатории путем плавления поваренной соли. В этом промышленном процессе также синтезируется хлор.
Внешне он очень похож на калий. Его цвет серебристый, хотя на открытом воздухе он быстро темнеет. Полезными характеристиками для промышленности являются его отличная проводимость электричества и тепла.
Натрий имеет наибольшую разницу температур между точками кипения и плавления. Таким образом, первый процесс происходит при температуре +883 °C, а второй — при +98 °C. Именно по этой причине натрий используется в ядерных реакторах, поскольку он может выдерживать критические температуры.
В человеческом организме Na необходим для нормального обмена веществ. Недостаток этого полезного элемента приводит к невралгии и проблемам с желудочно-кишечным трактом. Однако слишком большое его количество может привести к повышению кровяного давления и отекам.
Алюминий
Самым твердым металлом среди легких и цветных металлов является алюминий. Этот элемент отождествляется с золотой серединой, когда нужен материал не только невесомый, но и устойчивый к любым воздействиям.
Детская погремушка стала первым изделием, изготовленным из алюминия.
Это один из немногих химических элементов, который непосредственно участвует в производстве всего, что составляет основу современного домашнего хозяйства. Самый популярный в мире металл завоевал титул самого полезного в 20 веке. Однако в 21 веке мало что изменилось. Алюминиевые сплавы (более твердые, чем чистый металл) используются в строительстве, производстве столовых приборов, инструментов, мебели и многого другого.
Самые легкие цветные металлы
Наиболее распространенный способ классификации цветных металлов по их физико-химическим свойствам — на семь групп, среди которых выделяют так называемые тяжелые и легкие цветные металлы. Это традиционное определение основано на плотности материала.
В основной список входят алюминий, магний, титан, литий, олово и бериллий. К этой же группе относятся кадмий, таллий, галлий, висмут, индий и другие элементы.
Производство легких сплавов является чрезвычайно энергоемким, поэтому предприятия, специализирующиеся в этой области металлургии, располагаются вблизи источников дешевой энергии.
Механические свойства металлов и сплавов
Механические свойства металлических материалов следующие:
Как повысить прочность металла
Существует несколько способов повышения прочности металлов и сплавов:
Интересные факты
Механические свойства металлов являются важным фактором, влияющим на их применение на практике. При проектировании любой конструкции, детали или машины и выборе материала необходимо учитывать все механические свойства, которыми он обладает.