Мельхиор - Cupronickel

Мельхиор или медно-никелевый (CuNi) - это сплав из медь который содержит никель и укрепляющие элементы, такие как утюг и марганец. Содержание меди обычно составляет от 60 до 90 процентов. (Монель металл представляет собой медно-никелевый сплав, содержащий минимум 52% никеля.)

Несмотря на высокое содержание меди, мельхиор имеет серебристый цвет. Купроникель обладает высокой устойчивостью к коррозии соленая вода, и поэтому используется для трубопроводов, теплообменников и конденсаторов в морская вода систем, а также для морского оборудования. Иногда используется для пропеллеры, карданные валы, и корпуса качественного лодки. Другое использование включает военное оборудование и химическую, нефтехимическую и электрическую промышленность.^[1]

Еще одно распространенное современное использование мельхиора - серебристый. монеты. Для этого использования типичный сплав имеет соотношение меди к никелю 3: 1 с очень небольшим количеством марганца. В прошлом правда серебро монеты были униженный с мельхиора.

имя

Помимо мельхиор и медно-никелевый, для описания материала было использовано несколько других терминов: торговые марки Альпака или Альпакка, Аргентан Минарджентзарегистрированные Французский срок Cuivre Blanc, а романизированный Кантонский срок Пактонг, 白銅 (французский и кантонский термины оба означают «белая медь»); мельхиора также иногда называют отель серебро, Plata Alemana (испанский за "немецкое серебро"), Немецкое серебро, и Китайское серебро.^[2]

Приложения

Морская техника

Купроникелевые сплавы используются в морских приложениях.^[3] из-за их устойчивости к морской воде коррозия, хорошая технологичность и их эффективность в снижении макрообрастание уровни. Сплавы в диапазоне от 90% Cu – 10% Ni до 70% Cu – 30% Ni обычно указываются в теплообменник или конденсаторные трубки в самых разных 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 рекуперация тепла, а также в трубках испарителя.^[7]
• Морская нефть и газовые платформы и переработка и FPSO сосуды: системы и обшивки зоны брызг.^[8]
• Выработка энергии: 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

Пять швейцарских франков

Успешное использование мельхиора в чеканке монет связано с его устойчивость к коррозии, электрическая проводимость, долговечность, пластичность, низкий аллергия риск, простота штамповка, антимикробные свойства и возможность вторичной переработки.^[12]

В Европе никель был пионером в Швейцарии. биллон чеканка 1850 г. с добавлением серебра. В 1968 году в Швейцарии было принято гораздо более дешевое соотношение меди и никеля 75:25, которое тогда использовалось в Бельгия, то Соединенные Штаты, и Германия. С 1947 по 2012 год все «серебро» чеканка в Великобритании был сделан из мельхиора, но с 2012 года два наименьших номинала мельхиора были заменены на более дешевые стальные монеты с никелевым покрытием.

Отчасти из-за накопления серебра во время Гражданской войны Монетный двор США впервые использовал мельхиор для чеканки монет в США. три цента штук начиная с 1865 г., а затем для пять центов монеты, начиная с 1866 года. До этих дат оба номинала в Соединенных Штатах производились только из серебра. Купроникель - это облицовка по обе стороны от США полдоллара (50 ¢) с 1971 года, и все четверти (25 ¢) и десять центов (10 ¢) выпущены после 1964 года. В настоящее время в обращении находятся монеты США, например Никель Джефферсона (5¢),^[13] то швейцарский франк, а южнокорейский 500 и 100 выиграл изготовлены из цельного мельхиора (соотношение 75:25).^[14]

Другое использование

Одноядерный термопара В кабелях используется однопроводная пара проводников термопары, например, из железа.константан, медный константан или никель-хром / никель-алюминий. У них есть нагревательный элемент из константана или никель-хромового сплава в оболочке из меди, мельхиора или нержавеющей стали.^[15]

Купроникель используется в криогенный Приложения. Его сочетание хорошей пластичности и теплопроводности при очень низких температурах выгодно для низкотемпературного технологического и складского оборудования, а также для теплообменников на криогенных установках.^[16][17][18]

Начиная примерно на рубеже 20-го века, пуля куртки обычно делались из этого материала. Вскоре его заменили на позолота металла уменьшить загрязнение металла в сверлить.

В настоящее время мельхиор и нейзильбер остаются основным материалом для посеребренных столовых приборов. 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 своем "широком диапазоне" Хамбакер "самовывоз для различных Telecaster и Starcaster гитары в течение 1970-х гг.^{[нужна цитата ]}

Для качественных 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.

Характеристики

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: устойчивость к коррозии, внутреннее сопротивление макрообрастание, хороший предел прочности, отлично пластичность когда отожженный, теплопроводность и расширение характеристики, подходящие для теплообменники и конденсаторы, хорошая теплопроводность и пластичность при криогенный температуры и полезные антимикробная сенсорная поверхность свойства.^[19]

Сплавы бывают:

• Эти значения могут отличаться в других стандартах.

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

В морской воде сплавы имеют отличные скорости коррозии, которые остаются низкими до тех пор, пока максимальный расчетный расход. скорость не превышено. Эта скорость зависит от геометрии и диаметра трубы. Они обладают высокой устойчивостью к щелевая коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением и водородной хрупкости это может быть проблемой для других систем 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 высоким присущим биообрастание сопротивление прикреплению макрофоулерами (например, морские травы и моллюски ) живущие в морской воде. Чтобы использовать это свойство в полной мере, сплав должен быть свободен от воздействия или изолирован от любых форм катодная защита.

Однако сплавы Cu – Ni могут проявлять высокую скорость коррозии в загрязненной или стоячей морской воде, когда сульфиды или аммиак присутствуют. Поэтому важно избегать воздействия таких условий, особенно во время ввода в эксплуатацию и ремонта, когда поверхностные пленки созревают. Сульфат железа дозирование к системам с морской водой может обеспечить повышенное сопротивление.

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

Поскольку медь и никель легко соединяются друг с другом и имеют простую структуру, эти сплавы пластичны и легко производятся. Прочность и твердость для каждого отдельного сплава увеличивается на холодная обработка; они не закалены термическая обработка. Присоединение 90–10 (C70600) и 70–30 (C71500) возможно обоими сварка или пайка. Оба они пригодны для сварки большинством технологий, хотя и автогенные (сварка без сварочных материалов) или окси ацетилен 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 межкристаллитное проникновение в припой 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 все еще широко используются и варьируются от трубопроводов систем забортной воды, конденсаторов и т.д. теплообменники на морских судах, коммерческом судоходстве, многоступенчатом опреснении и электростанциях. Они также использовались как зона брызг облицовка офшорные сооружения и защитная облицовка корпусов лодок, а также самих массивных корпусов.

Изготовление

Из-за своего пластичность, медно-никелевые сплавы могут быть легко изготовлены в широком спектре продуктов^[21] и фурнитура. Медно-никелевые трубки легко расширяются в трубные решетки для изготовления кожухотрубных теплообменники.

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

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

Термопары и резисторы чье сопротивление стабильно при изменении температуры, содержит сплав константан, который состоит из 55% меди и 45% никеля.

История

Китайская история

Сплавы мельхиора были известны как «белая медь». Китайский примерно с третьего века до нашей эры. Некоторое оружие, сделанное в Период воюющих царств были изготовлены из сплавов Cu-Ni.^[24] Теория китайского происхождения Бактриан Мельхиор был предложен в 1868 году Рейсом, который обнаружил, что монеты, считающиеся самыми старыми из обнаруженных мельхиоровых монет, были из сплава, очень похожего на китайские. пактонг.^[25]

Автор-ученый Хо Вэй точно описал процесс производства мельхиора примерно в 1095 году нашей эры. В пактонг сплав был описан как полученный путем добавления небольших таблеток встречающихся в природе Юньнань руды в ванну с расплавленной медью. Когда корочка шлак сформированный, селитра был добавлен, сплав перемешан и слиток был немедленно В ролях. Цинк упоминается как ингредиент, но нет никаких подробностей о том, когда он был добавлен. Используемая руда отмечена как доступная исключительно на Юньнань, согласно рассказу:

«Сан Мао Чунь был в Таньяне в голодный год, когда многие люди умерли, поэтому, приняв определенные химические вещества, Ин спроецировал их на серебро, превратив его в золото, а также он 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 пактонг. Однако он впервые упоминается конкретно по имени в Тхиен Кунг Кхай Ву из около 1637:

"Когда Лу Кан Ши (карбонат цинка, каламин ) или wo chhein (металлический цинк) смешивается и соединяется с чи-тхунг (медь) получается «желтая бронза» (обычная латунь). Когда пхи шанг и другие мышьяковые вещества нагреваются с ним, получается «белая бронза» или белая медь: пай стринги. Когда квасцы и селитра и другие химические вещества смешиваются вместе, получается Чинг Тунг: зеленая бронза ".^[25]

Ко Хун заявил в 300 году нашей эры: «Медь Таньян была создана путем добавления ртутного эликсира в медь Таньян и образовалось нагретое золото». Тем не менее Pha Phu Tsu 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 плакирования и инкрустации сосудов и мечей.^[25]

Джозеф Нидхэм и другие. 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, современные пактонг был неизвестен китайцам того времени, но медно-никелевый сплав Юньнаньской руды, вероятно, был ценным товаром для внутренней торговли.^[25]

Греко-бактрийская чеканка

В 1868 году У. Рейс обнаружил Греко-бактрийский монета, состоящая из 20% никеля, датированная 180-170 гг. до н.э., с бюстом Евтидем II на аверсе. Монеты из аналогичного сплава с бюстами его младших братьев, Панталеон и Агафокл, были отчеканены около 170 г. до н. э. Позднее состав монет был проверен с использованием традиционного влажного метода и рентгенофлуоресцентной спектрометрии.^[25] Каннингем в 1873 году предложил «теорию бактрийского никеля», согласно которой 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 китайские. пактонгИз девяти известных азиатских месторождений никеля только те, что находятся в Китае, могут обеспечить идентичный химический состав.^[25] Камманн раскритиковал статью Ченга и Швиттера, заявив, что падение курса мельхиоровой валюты не должно было совпадать с открытием Шелкового пути. Если бы теория бактрийского никеля была верной, согласно Камманну, то Шелковый путь увеличили бы поставки мельхиора. Однако конец греко-бактрийской мельхиоровой валюты можно отнести к другим факторам, таким как конец Дома Евтидема.^[25]

Европейская история

Сплав, кажется, был заново открыт Западом во время алхимия эксперименты. В частности, Андреас Либавиус, в его Алхимия 1597 г. упоминается медь с побеленной поверхностью. альбом AES ртутью или серебром. Но в De Natura Metallorum в Singalarum В части 1, опубликованной в 1599 году, тот же термин был применен к «олову» из Ост-Индии (современный Индонезия и Филиппины ) и учитывая испанское имя, тинтинасо.^[25]

Ричард Ватсон Кембриджа, кажется, первым обнаружил, что мельхиор был сплавом трех металлов. Пытаясь заново открыть секрет белой меди, Уотсон критиковал Жан-Батист Дю Гальд с История Китая (1688) как сбивающий с толку термин paktong '., он отметил, что китайцы его времени не делали его как сплав, а плавил легкодоступная необработанная руда:

"... из обширной серии экспериментов, проведенных в Пекине, явствует, что это происходило естественным образом, поскольку руда, добываемая в этом регионе, является самой необычной медью. 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 смеси, 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 природная орихалк если он когда-либо существовал, был создан ".^[25]

Во время пика европейского импорта китайской белой меди с 1750 по 1800 гг. Повышенное внимание было уделено обнаружению ее составляющих. Тор 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%».

Еще одно испытание Эндрю Файф оценили содержание никеля в 31,6%. Предположение закончилось, когда Джеймс Динвидди посольства Макартни, привезенного в 1793 г., подвергаясь значительному личному риску (контрабанда пактонг руда была признана смертной казнью китайского императора), часть руды из которой пактонг сделан.^[26] Широкое распространение получил мельхиор, опубликованный Э. Томасоном в 1823 г. в представлении, которое позже было отклонено как новое знание, в Королевское общество искусств.

Усилия в Европе в точности дублировать китайские пактонг не удалось из-за общего отсутствия необходимой сложной руды природного происхождения кобальт-никель-мышьяк. Тем не менее Шнееберг район Германия, где знаменитые Blaufarbenwerke сделанный синий кобальт и другие пигменты, содержащие только необходимые сложные кобальт-никель-мышьяковые руды в Европе.

В то же время Прусский Verein zur Beförderung des Gewerbefleißes (Общество повышения деловой активности / трудолюбия) предложило приз за мастерство в процессе. Неудивительно, что доктор Э.А. Гайтнер и Дж. Р. фон Герсдофф из Schneeberg выиграли приз и запустили свой бренд «немецкое серебро» под торговыми марками. Аргентан 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 были получены слитки никель-серебра с составом 18% Ni, 55% Cu и 27% Zn.^[26]Между 1829 и 1833 годами Персиваль Нортон Джонсон был первым человеком, перерабатывающим мельхиор на Британских островах. Он стал богатым человеком, производя более 16,5 тонн в год. Из сплава в основном изготавливали столовые приборы посредством Бирмингем фирмы Уильям Хаттон и продается под торговой маркой "Аргентина".

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 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 с морской водой, а сейчас является более широко используемым сплавом.

Смотрите также

• Латунь (медь, легированная цинк )
• Бронза (медь, легированная банка )
• Медные сплавы в аквакультуре

Рекомендации

внешняя ссылка

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