Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мельхиор или медно-никелевый (CuNi) представляет собой сплав из меди , который содержит никель и укрепление элементы, такие как железо и марганец . Содержание меди обычно колеблется от 60 до 90 процентов. ( Монель - это медно-никелевый сплав, содержащий минимум 52 процента никеля.)

Несмотря на высокое содержание меди, мельхиор имеет серебристый цвет. Мельхиор обладает высокой устойчивостью к коррозии в соленой воде и поэтому используется в трубопроводах, теплообменниках и конденсаторах в системах с морской водой , а также в судовом оборудовании. Иногда его используют для гребных винтов , гребных валов и корпусов высококачественных лодок . Другое использование включает военное оборудование и химическую, нефтехимическую и электротехническую промышленность. [1]

Еще одно распространенное современное использование мельхиора - монеты серебристого цвета . Для этого использования типичный сплав имеет отношение меди к никелю 3: 1 с очень небольшим количеством марганца. В прошлом настоящие серебряные монеты обесценивали мельхиором.

Имя [ редактировать ]

Помимо мельхиора и медно-никелевого сплава , для описания материала использовались несколько других терминов: торговые названия Alpaka или Alpacca , Argentan Minargent , зарегистрированный французский термин cuivre blanc и латинизированный кантонский термин Paktong , 白銅 (французские и кантонские термины оба означает «белая медь»); Мельхиор также иногда называют гостиничным серебром , plata alemanaиспанского «немецкое серебро»), немецким серебром и китайским серебром . [2]

Приложения [ править ]

Морская инженерия [ править ]

Купроникелевые сплавы используются для морских применений [3] из-за их устойчивости к коррозии в морской воде , хорошей технологичности и их эффективности в снижении уровней макрообрастания . Сплавы в диапазоне от 90% Cu – 10% Ni до 70% Cu – 30% Ni обычно используются в трубках теплообменников или конденсаторов в самых разнообразных морских применениях. [4]

Важные морские применения мельхиора включают:

  • Судостроение и ремонт: корпуса лодок и судов, охлаждение морской водой, трюм и балласт, санитарные, противопожарные, инертные газовые, гидравлические и пневматические системы охлаждения. [5] [6]
  • Опреснительные установки : нагреватели рассола, отвод и утилизация тепла, а также в трубах испарителя. [7]
  • Морские нефтегазовые платформы, технологические и плавучие суда: системы и покрытия для зон заплеска. [8]
  • Производство электроэнергии : конденсаторы паровых турбин, маслоохладители, вспомогательные системы охлаждения и подогреватели высокого давления на атомных электростанциях и электростанциях, работающих на ископаемом топливе. [9]
  • Компоненты систем забортной воды: трубы конденсатора и теплообменника, трубные решетки, трубопроводы, системы высокого давления, арматура, насосы и водяные камеры. [10] [11]

Чеканка [ править ]

Пять швейцарских франков

Успешное использование мельхиора в чеканке монет связано с его коррозионной стойкостью , электропроводностью , долговечностью, пластичностью , низким риском возникновения аллергии , простотой штамповки , антимикробными свойствами и пригодностью для вторичной переработки . [12]

В Европе в 1850 году в Швейцарии была впервые введена чеканка никелевых биллонов с добавлением серебра. В 1968 году Швейцария перешла на гораздо более дешевое соотношение меди и никеля 75:25, которое тогда использовалось в Бельгии , США и Германии. С 1947 по 2012 год все «серебряные» монеты в Великобритании производились из мельхиора, но с 2012 года два наименьших номинала мельхиора были заменены на более дешевые стальные монеты с никелированным покрытием.

Отчасти из-за накопления серебра во время Гражданской войны Монетный двор США сначала использовал мельхиор для обращения монет трехцентовыми монетами, начиная с 1865 года, а затем - пятицентовыми монетами, начиная с 1866 года. производится только в серебре в США. Мельхиор является облицовкой по обе стороне от США половин долларов (50 центов) с 1971 года, и все четверти (25 ¢) и пятаки (10 центов) производятся после 1964 г. В настоящее время некоторые циркулирующие монеты, такие как Соединенные Штаты никель Джефферсона (5 ¢), [13] швейцарский франк и Южная Корея 500 и 100вон изготавливаются из цельного мельхиора (соотношение 75:25). [14]

Другое использование [ править ]

В одножильных кабелях для термопар используется однопроводная пара проводников для термопар, таких как железо- константан , медь-константан или никель-хром / никель-алюминий. Они имеют нагревательный элемент из константана или хромоникелевого сплава в оболочке из меди, мельхиора или нержавеющей стали. [15]

Купроникель используется в криогенных приложениях. Его сочетание хорошей пластичности и теплопроводности при очень низких температурах является преимуществом для низкотемпературного технологического оборудования и оборудования для хранения, а также для теплообменников на криогенных установках. [16] [17] [18]

Начиная примерно на рубеже 20 - го века, пуля куртки были обычно сделаны из этого материала. Вскоре его заменили позолотой, чтобы уменьшить загрязнение канала ствола .

В настоящее время основным материалом для изготовления посеребренных столовых приборов остается мельхиор и мельхиор . Он обычно используется для механического и электрического оборудования, медицинского оборудования, застежек-молний, ​​ювелирных изделий, а также для струн для инструментов семейства скрипок и для ладов гитары. Музыкальные инструменты Fender использовали магниты "CuNiFe" в звукоснимателе "Wide Range Humbucker " для различных гитар Telecaster и Starcaster в 1970-х годах. [ необходима цитата ]

Для высококачественных цилиндровых замков и запорных систем сердечники цилиндров изготавливаются из износостойкого мельхиора.

Мельхиор используется в качестве альтернативы традиционным стальным тормозным магистралям, поскольку он не ржавеет. Поскольку мельхиор намного мягче стали, он легче изгибается и расширяется, и это же свойство позволяет ему лучше уплотняться с гидравлическими компонентами.

Свойства [ править ]

Мельхиор не имеет медного цвета из-за высокой электроотрицательности никеля, что приводит к потере одного электрона в d-оболочке меди (оставляя 9 электронов в d-оболочке по сравнению с типичными 10 электронами чистой меди).

Важные свойства медно-никелевых сплавов включают коррозионную стойкость , внутреннее сопротивление макрообрастанию , хорошую прочность на разрыв , отличную пластичность при отжиге , теплопроводность и характеристики расширения, подходящие для теплообменников и конденсаторов , хорошую теплопроводность и пластичность при криогенных температурах, а также полезные антимикробные свойства сенсорной поверхности . [19]

Сплавы бывают:

  • Эти значения могут отличаться в других стандартах.

Тонкие различия в коррозионной стойкости и прочности определяют, какой сплав будет выбран. При спуске по таблице максимально допустимая скорость потока в трубопроводе увеличивается, как и прочность на разрыв.

В морской воде сплавы имеют отличную скорость коррозии, которая остается низкой до тех пор, пока не превышается максимальная расчетная скорость потока . Эта скорость зависит от геометрии и диаметра трубы. Они обладают высокой устойчивостью к щелевой коррозии , коррозионному растрескиванию под напряжением и водородному охрупчиванию, что может создавать проблемы для других систем из сплавов. Медно-никелевый сплав естественным образом образует тонкий защитный поверхностный слой в течение первых нескольких недель воздействия морской воды, что обеспечивает его постоянную стойкость. Кроме того, они обладают высокой присущей им сопротивляемостью биообрастанию к прикреплению макрообрастателями (например, морскими травами и моллюсками).) живущие в морской воде. Чтобы использовать это свойство в полной мере, сплав должен быть свободен от воздействия или изолирован от любой формы катодной защиты .

Однако сплавы Cu – Ni могут проявлять высокие скорости коррозии в загрязненной или стоячей морской воде, когда присутствуют сульфиды или аммиак . Поэтому важно избегать воздействия таких условий, особенно во время ввода в эксплуатацию и ремонта, когда поверхностные пленки созревают. Дозирование сульфата железа в системах морской воды может обеспечить повышенную стойкость.

Трещина в металлической пластине 90–10 Cu – Ni из-за напряжений при пайке серебром

Поскольку медь и никель легко соединяются друг с другом и имеют простую структуру, эти сплавы пластичны и легко производятся. Повышение прочности и твердости каждого сплава путем холодной обработки ; они не затвердевают при термической обработке . Соединение 90–10 (C70600) и 70–30 (C71500) возможно как сваркой, так и пайкой . Они оба поддаются сварке большинством технологий, хотя и автогенно (сварка без сварочных материалов) или кислородно-ацетиленовым.методы не рекомендуются. Сварочные материалы 70–30, а не 90–10 обычно предпочтительны для обоих сплавов, и термообработка после сварки не требуется. Их также можно приваривать непосредственно к стали, при условии использования сварочного материала на 65% никель-медь, чтобы избежать эффектов разбавления железа. Сплав C71640 обычно используется в качестве бесшовных труб и расширяется, а не приваривается к трубной пластине. Для пайки требуются соответствующие припои на основе серебра. Тем не менее, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы гарантировать отсутствие напряжений в Cu – Ni, паяемом серебром, поскольку любое напряжение может вызвать межзерновое проникновение припоя и серьезное растрескивание под напряжением (см. Изображение). Таким образом, необходим полный отжиг любого потенциального механического напряжения.

Применения для сплавов Cu – Ni выдержали испытание временем, поскольку они по-прежнему широко используются и варьируются от трубопроводов систем забортной воды, конденсаторов и теплообменников на морских судах, коммерческого судоходства, многоступенчатого опреснения воды и электростанций. Они также использовались в качестве облицовки зон брызг на морских сооружениях и защитной облицовки корпусов лодок, а также для самих прочных корпусов.

Изготовление [ править ]

Благодаря своей пластичности , мельхиоровые сплавы могут быть легко изготовлены в широком диапазоне форм продукта [21] и арматуры. Из мельхиоровых труб можно легко превратить трубные решетки для изготовления кожухотрубных теплообменников .

Доступны подробные сведения о процедурах изготовления, включая общую обработку, резку и механическую обработку, формование, термообработку, подготовку к сварке, подготовку к сварке, прихватку, сварочные материалы, сварочные процессы, окраску, механические свойства сварных швов, а также гибку труб и труб. [22]

Стандарты [ править ]

Для заказа кованых и литых форм мельхиора существуют стандарты ASTM , EN и ISO . [23]

Термопары и резисторы , сопротивление которых стабильно при изменении температуры, содержат константан из сплава , который состоит из 55% меди и 45% никеля.

История [ править ]

Китайская история [ править ]

Сплавы мельхиора были известны китайцам как «белая медь» примерно с третьего века до нашей эры. Некоторое оружие, изготовленное в период Воюющих Государств, было изготовлено из сплавов Cu-Ni. [24] Теория китайского происхождения бактрийского мельхиора была предложена в 1868 году Флайтом, который обнаружил, что монеты, считающиеся старейшими из обнаруженных мельхиоровых монет, были из сплава, очень похожего на китайский пактонг . [25]

Автор-ученый Хо Вэй точно описал процесс производства мельхиора примерно в 1095 году нашей эры. Paktong сплав был описан как делается путем добавления небольших таблеток в природе YUNNAN руды в ванну с расплавленной меди. Когда образовалась корка шлака , добавляли селитру , перемешивали сплав и сразу же отливали слиток . Цинк упоминается как ингредиент, но нет никаких подробностей о том, когда он был добавлен. Согласно легенде, использованная руда была добыта исключительно из Юньнани :

«Сан Мао Чунь был в Таньяне во время голодного года, когда многие люди умерли, поэтому, приняв определенные химические вещества, Ин спроецировал их на серебро, превратив его в золото, и он также преобразовал железо в серебро, что позволило спасти жизни многих [ через покупку зерна через это поддельное серебро и золото]. После этого все те, кто готовил химические порошки путем нагревания и преобразования меди с помощью проекции, называли свои методы «техниками Таньян» [25].

В литературе поздних династий Мин и Цин очень мало информации о пактоне . Тем не менее, впервые упоминается конкретно по имени в Тиен Kung Кхай Ву из CIRCA 1637:

«Когда lu kan shih (карбонат цинка, каламин ) или wo chhein (металлический цинк) смешивают и соединяют с chih thung (медью), получается« желтая бронза »(обычная латунь). Когда phi shang и другие вещества мышьяка нагреваются с это, один получает «белую бронзу» или нейзильбер: пай плети Когда. квасцы и селитра и другие химические вещества смешиваются вместе один получает цин Thung :. зеленый бронзы» [25]

Ко Хунг заявил в 300 году нашей эры: «Медь Таньян была создана путем добавления ртутного эликсира в медь Таньян и образовалось нагретое золото». Тем не менее, Пха Фу Цу и Шен И Цзин описывают статую в западных провинциях как сделанную из серебра, олова, свинца и таньянской меди, которая выглядела как золото и могла быть выкована для покрытия и инкрустации сосудов и мечей. [25]

Джозеф Нидхэм и др. утверждают, что мельхиор был по крайней мере известен как уникальный сплав китайцами во время правления Лю Аня в 120 г. до н.э. в Юньнани. Более того, юньнаньское государство Тянь было основано в 334 г. до н.э. как колония Чу. Скорее всего, современный пактонг был неизвестен китайцам того времени, но медно-никелевый сплав Юньнаньской руды, вероятно, был ценным товаром для внутренней торговли. [25]

Греко-бактрийская чеканка [ править ]

В 1868 году У. Флайт обнаружил греко-бактрийскую монету, состоящую на 20% из никеля, которая датируется периодом 180–170 гг. До н.э. с бюстом Евтидема II на аверсе. Монеты из аналогичного сплава с бюстами его младших братьев Панталеона и Агафокла чеканились около 170 г. до н. Э. Позднее состав монет был проверен с использованием традиционного мокрого метода и рентгенофлуоресцентной спектрометрии. [25]Каннингем в 1873 году предложил «теорию бактрийского никеля», которая предполагала, что монеты, должно быть, были результатом сухопутной торговли из Китая через Индию в Грецию. Теория Каннингема была поддержана такими учеными, как У. В. Тарн, сэр Джон Маршалл и Дж. Ньютон Френд, но подверглась критике со стороны Э. Р. Кейли и С. ван Р. Камманна. [25]

В 1973 году Ченг и Швиттер в своем новом анализе предположили, что бактрийские сплавы (медь, свинец, железо, никель и кобальт) очень похожи на китайский пактонг , а из девяти известных азиатских месторождений никеля только те, что находятся в Китае, могут обеспечить идентичные химические составы. [25] Камманн раскритиковал статью Ченга и Швиттера, заявив, что падение курса мельхиоровой валюты не должно было совпадать с открытием Шелкового пути. Согласно Камманну, если бы теория бактрийского никеля была верна, Шелковый путь увеличил бы поставки мельхиора. Однако конец греко-бактрийской мельхиоровой валюты можно отнести к другим факторам, таким как конец дома Евтидема. [25]

Европейская история [ править ]

Сплав, кажется, был заново открыт Западом во время алхимических экспериментов. Примечательно, что Андреас Либавиус в своей книге « Алхимия 1597 года» упоминает об альбоме с побеленной поверхностью меди, содержащей ртуть или серебро. Но в De Natura Metallorum in Singalarum Part 1, опубликованном в 1599 году, тот же термин был применен к «олову» из Ост-Индии (современная Индонезия и Филиппины ) и получил испанское название tintinaso . [25]

Ричард Уотсон из Кембриджа, кажется, первым обнаружил, что мельхиор был сплавом трех металлов. Пытаясь заново открыть секрет белой меди, Уотсон критиковал « Историю Китая» Жана-Батиста Дю Хальда (1688 г.) как сбивающий с толку термин « пактонг». Он отметил, что китайцы его времени сформировали его не как сплав, а, скорее, выплавляла легкодоступную необработанную руду:

«... явилось результатом обширной серии экспериментов, проведенных в Пекине, - что это произошло естественным образом, поскольку руда, добываемая в этом регионе, самая необычная медь - это пе-тонг.или белая медь: она белая, когда выкапывается из шахты, и даже белее внутри, чем снаружи. Судя по огромному количеству экспериментов, проведенных в Пекине, его цвет объясняется отсутствием смеси; Напротив, все смеси уменьшают его красоту, поскольку при правильном обращении он выглядит в точности как серебро, и если бы не было необходимости смешивать немного тутенага или такого металла, чтобы смягчить его, он был бы гораздо более необычным, чем этот медь такого сорта не встречается нигде, кроме Китая и только в провинции Юньнань ". Несмотря на то, что здесь сказано, что цвет меди не является следствием смешения, несомненно, что китайская белая медь, доставленная нам, представляет собой смесь металлов; так что руда, из которой он был извлечена, должна состоять из различных металлических веществ; и из такой руды, что природнаяorichalcum, если он когда-либо существовал, был сделан » [25].

Во время пика европейского импорта китайской белой меди с 1750 по 1800 годы повышенное внимание было уделено обнаружению ее составляющих. Пиф и Куксон обнаружили, что «самый темный содержит 7,7% никеля, а самый светлый, как утверждается, неотличим от серебра с характерным колоколообразным резонансом при ударе и значительной устойчивостью к коррозии - 11,1%».

Другое исследование Эндрю Файфа оценило содержание никеля в 31,6%. Догадки закончились, когда Джеймс Динвидди из посольства Макартни привез в 1793 году, со значительным личным риском (контрабанда пактонговой руды была уголовным преступлением китайского императора), часть руды, из которой был сделан пактонг . [26] Купроникель стал широко известен, как было опубликовано Э. Томасоном в 1823 году в представлении, которое позже было отклонено как не новое знание, Королевскому обществу искусств .

Попытки в Европе точно воспроизвести китайский пактонг потерпели неудачу из-за общего отсутствия необходимой сложной кобальт-никель-мышьяковой руды природного происхождения. Однако в районе Шнеберг в Германии , где знаменитая Blaufarbenwerke производила кобальтовый синий и другие пигменты, находились исключительно необходимые сложные кобальт-никель-мышьяковые руды в Европе.

В то же время прусское Verein zur Beförderung des Gewerbefleißes (Общество повышения деловой прилежности / трудолюбия) предложило приз за мастерство в этом процессе. Неудивительно, что доктор Е.А. Гайтнер и Дж. Р. фон Герсдофф из Schneeberg выиграли приз и запустили свой бренд «немецкое серебро» под торговыми марками Argentan и Neusilber (новое серебро). [26]

В 1829 году Персиваль Нортон Джонстон убедил доктора Гейтнера основать литейный завод в Боу Коммон за каналом Риджентс-Парк в Лондоне и получил слитки нейзильбера с составом 18% Ni, 55% Cu и 27% Zn. [26] Между 1829 и 1833 годами Персиваль Нортон Джонсон был первым человеком, переработавшим мельхиор на Британских островах. Он стал богатым человеком, производя более 16,5 тонн в год. Сплав в основном сделаны в столовых приборов в Бирмингеме фирмы William Hutton и продаваемый под торговым названием «аргентинской».

Самые серьезные конкуренты Джонсона, Чарльз Аскин и Брок Эванс, под руководством блестящего химика доктора Э. У. Бенсона, разработали значительно улучшенные методы суспендирования кобальта и никеля и выпустили на рынок свою собственную марку никелевого серебра, названную «British Plate». [26]

К 1920-м годам для военно-морских конденсаторов была разработана медно-никелевая марка 70–30. Вскоре после этого сплав 2% марганца и 2% железа, теперь известный как сплав C71640, был представлен для электростанции в Великобритании, которая нуждалась в лучшей стойкости к эрозии из-за высокого уровня уносимого песка в морской воде. Сплав 90–10 впервые стал доступен в 1950-х годах, первоначально для трубопроводов забортной воды, а в настоящее время является более широко используемым сплавом.

См. Также [ править ]

  • Латунь (медь, легированная цинком )
  • Бронза (медь, легированная оловом )
  • Медные сплавы в аквакультуре

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сакевич П., Новосельски Р., Бабилас Р. Производственные аспекты неоднородной горячей деформации в литом сплаве CuNi25, Индийский журнал инженерии и материаловедения, Vol. 22 августа 2015 г., стр. 389–398.
  2. ^ Deutsches Kupfer-Institut (Hrsg.): Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen . Берлин 1980 г.
  3. ^ Морское применение медно-никелевых сплавов http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/#non_marine
  4. ^ Kobelco: трубки из медного сплава для теплообменника; Shinko Metal Products, Япония; http://www.shinkometal.co.jp/catalog/copperalloy-en-sc.pdf Архивировано 29 октября 2013 г. на Wayback Machine
  5. ^ Медно-никелевые сплавы в корпусах лодок и судов http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/hulls/
  6. ^ Медно-никелевые сплавы в судостроении и ремонте http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/shipbuilding_and_repair/
  7. ^ Медно-никелевые сплавы на опреснительных установках http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/desalination_plants/
  8. ^ Медно-никелевые сплавы на морских нефтегазовых платформах и переработке http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/offshore_oil_and_gas/
  9. ^ Медно-никелевые сплавы в электроэнергетике http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/power_generation/
  10. ^ Медно-никелевые сплавы в проектировании систем морской воды http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/seawater_system_design/
  11. ^ Медно-никелевые сплавы в компонентах систем с морской водой http://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/seawater_system_components/
  12. ^ Медно-никелевый сплав в чеканке
  13. ^ «Монетный двор США: Характеристики монет» . Проверено 11 июня 2008 .
  14. ^ «Валюта в обращении: Введение в монеты» . Архивировано из оригинала на 2014-12-31 . Проверено 27 сентября 2010 .
  15. ^ Роберт Монро Блэк, История электрических проводов и кабелей Научный музей (Великобритания), IET, 1983, ISBN 0-86341-001-4 , стр. 161 
  16. ^ Криогенные свойства медно-никелевого сплава http://www.copper.org/applications/marine/cuni/properties/cryogenic/
  17. ^ Низкотемпературные свойства меди и медных сплавов http://www.copper.org/publications/pub_list/pdf/104-5-low-temperatuare.pdf
  18. ^ Механические свойства меди и медных сплавов при низких температурах http://www.copper.org/resources/properties/144_8/
  19. ^ Свойства медно-никелевых сплавов http://www.copper.org/applications/marine/cuni/properties/
  20. ^ Физические свойства медно-никелевого сплава
  21. ^ Формы изделий из медно-никелевого сплава http://www.copper.org/applications/marine/cuni/forms/
  22. ^ Производство медно-никелевых сплавов http://www.copper.org/applications/marine/cuni/fabrication/
  23. ^ Медно-никелевые стандарты http://www.copper.org/applications/marine/cuni/standards/
  24. ^ Древнекитайские оружия Архивировано 2005-03-07 в Wayback Machine и алебарду из медно-никелевого сплава, из периода Воюющих государств. Архивировано 27 мая 2012 года в Archive.today.
  25. ^ a b c d e f g h i j k Джозеф Нидхэм , Лин Ван, Гвэй-Джен Лу, Цуэн-сюинь Цзянь , Дитер Кун, Питер Дж. Голас, Наука и цивилизация в Китае : Издательство Кембриджского университета: 1974, ISBN 0- 521-08571-3 , стр. 237–250 
  26. ^ a b c d Mcneil I Staff, Энциклопедия истории технологии Яна МакНила : Routledge: 2002: ISBN 0-203-19211-7 : pp98 

Внешние ссылки [ править ]

  • Медно-никелевые сплавы
  • Медно-никелевые сплавы: свойства, обработка, применение (Источник: Немецкий институт меди (DKI))]
  • Медно-никелевые сплавы для защиты от коррозии в морской воде и защиты от обрастания - современный обзор (CA Powell и HT Michels; Corrosion 2000, NACE, март 2000 (NACE))