Михаил Васильев - Металлы и человек
Сплавы кобальта обладают разнообразными удивительными свойствами. Это и определяет их применение.
Сплав 35 процентов кобальта с 50 процентами железа и рядом других добавок обладает максимальной из всех известных материалов намагничиваемостью.
Сплав кобальта с платиной после соответствующей термообработки имеет огромную коэрцитивную силу — его очень трудно размагнитить.
Известны и другие сплавы кобальта, обладающие особенными магнитными свойствами и идущие для изготовления постоянных магнитов и деталей электрооборудования. Широко известные магнико и альнико — это тоже представители семейства кобальтовых сплавов.
Другая важная группа этого семейства — жаропрочные и жароупорные сплавы. Представителем их может служить распространенный сплав виталлий. В его состав входят 65 процентов кобальта, 28 процентов хрома, 6 процентов молибдена, кроме того, доли процента углерода, железа и никеля. Этот сплав может длительно работать при температуре до 800 градусов, а при несколько более низких напряжениях — и при 900 градусах.
Из этого сплава изготавливают лопатки турбокомпрессоров и газовых турбин, детали реактивных двигателей и паровых котлов высоких параметров. Инженеры с удовольствием применяют этот сплав, и, если бы не высокая цена кобальта, он нашел бы еще более широкое распространение.
Жаропрочные сплавы кобальта применяются и в качестве связующих добавок при изготовлении твердых сплавов методом порошковой металлургии.
В качестве легирующей добавки кобальт входит в состав ряда сталей. Однако для того, чтобы проявилось облагораживающее влияние кобальта, его содержание в металле должно быть достаточно большим, обычно в пределах 5—10 процентов, но нередко и до 20 процентов. Это очень ограничивает применение кобальтовых сталей. И все же применяются быстрорежущие стали, содержащие до 10 процентов кобальта. Известны и магнитные стали, и жаропрочные стали, содержащие кобальт. Но еще шире используются соединения кобальта.
Прекрасные голубые и фиолетовые краски, применяющиеся для росписи фарфора, глазурей, эмалей, прекрасно растворяющиеся в стекле, — это соединения кобальта. Фиолетовые, желтые, зеленые краски, применяемые в разных производствах, — это тоже дети кобальта.
Хлористый кобальт обладает редким свойством изменять свой цвет под влиянием температуры и влажности. Так называемые симпатические чернила — это и есть раствор хлористого кобальта. Напишите им слово, дайте чернилам высохнуть, и на бумаге не останется и следа написанного. Но подержите листок над огнем, и ярко-синие буквы выступят на нем.
Покрасьте хлористым кобальтом льняную рубашку — в сухую погоду она будет голубой. Но стоит сгуститься тучам, пройти дождю, и хотя на нее не упадет ни одна капля, она станет розовой.
Соли кобальта применяются в качестве катализаторов некоторых химических реакций. Находят они себе применение и в медицине и в фотографии.
Интересны кобальтовые удобрения. Их внесение в почву не повышает урожая, но количество кобальта в растениях, выросших на земле, в которую внесены эти удобрения, резко возрастает. А ведь при недостатке кобальта в пище резко падает продуктивность сельскохозяйственных животных — коров, овец, коз. Впрочем, иногда солями кобальта непосредственно «удобряют» пищу животных.
Но, конечно, еще не все свои свойства раскрыл кобальт людям. И множество его применений просто еще ждет своих открывателей.
Вечный спутник железа
Слева от железа в периодической системе элементов располагается марганец. Это широко распространенный на земле металл. Земная кора содержит 0,09 процента марганца. Однако в чистом виде марганец не встречается.
Руды марганца имеются во многих странах мира — в Индии, в Бразилии, в Западной Африке и Южно-Африканской республике. Но богаче всех залежами марганцевых руд наша страна. Марганец у нас добывают на Украине — в районе Никополя, в Грузии — близ Чиатуры, в Западной Сибири, на Южном и Северном Урале, в Казахстане и других местах.
Металлический марганец был впервые получен шведским химиком Ю. Ганном в 1774 году. Но только в 1807 году русский химик А. И. Шерер дал сегодняшнее имя этому металлу.
Чистый марганец — серебристо-белый хрупкий металл. При 1245 градусах марганец плавится, при 2027 градусах — кипит. При комнатной температуре он почти не окисляется. При нагревании вступает в соединения со всеми неметаллами и в сплавы со всеми металлами.
Нелегко получить чистый марганец. При восстановлении его углем из окислов он вступает в соединение с углеродом, образуя карбид, который загрязняет получаемый металл. Только методами алюминотермии можно получить сравнительно чистый металл. Для этого порошок окислов марганца смешивают с порошком алюминия Смесь поджигают. Алюминий отнимает кислород у марганца, восстанавливая металл. Возможен и электролизный способ получения этого металла.
Но очень редко получают чистый марганец. Ведь подавляющая часть его, почти 95 процентов, идет в металлургическую промышленность— мы не раз упоминали о том, что раскисление сталей и чугунов производится добавкой марганца. Марганец содержится во всех без исключения видах сталей и чугунов. Повышение его содержания до 13–14 процентов делает сталь особенно износоустойчивой. Но для этих целей вовсе не нужен чистый марганец. Отлично устраивает и сплав его с железом, содержащий 70–80 процентов марганца, — так называемый ферромарганец.
Выплавляют ферромарганец из марганцевой руды в обыкновенных доменных печах, только температуру в них приходится при этом держать более высокую, чем при плавке чугуна. Высококачественный ферромарганец для раскисления легированных сталей получают в шахтных дуговых электрических печах.
Можно только приветствовать такой аппетит!
Металлургов так мало интересовал сам марганец, что они долгое время вообще почти ничего не знали о свойствах его собственных сплавов. «Хрупкий металл, — определили они, — неспособный для самостоятельной деятельности. Лишь в качестве добавки к другим металлам имеет он право на существование…» И только в 1917 году русские ученые С. Ф. Жемчужный и В. К. Петрашевич обнаружили, что уже незначительные примеси меди — около 3,5 процента — делают марганец пластичным. Дальнейшие исследования показали, что пластичность сообщают марганцу также добавки никеля, железа и кобальта.
А сегодня металлурги уже считают, что сплавы марганца с железом, никелем, цинком, помимо ряда специальных ценных свойств, обладают и отличными механическими качествами. Так, сплав, содержащий около 90 процентов марганца и 10 процентов меди, обладает пределом прочности на разрыв в 55 кг на кв. мм. Мы знаем, это совсем неплохо. По своим свойствам сплавы марганца способны в целом ряде случаев заменить латуни, мельхиор и т. д. И, вероятно, будут заменять их все решительнее.
Сплавы марганца с медью и никелем нельзя назвать звонкими. Из них не отольешь колокол, а если бы кто-нибудь все-таки отлил, звонить такой колокол не станет. Ударит по нему молоток, раздастся короткий глухой звук — и все. Колебания стремительно затухнут. Это свойство поглощать энергию колебаний называется демпфированием. Названные марганцевые сплавы в высшей степени обладают этим свойством.
Таков марганец — вечный спутник и сосед железа.
Кислоты теряют власть
Хром (его клетка в периодической системе соседствует с марганцем) долго не давался людям. Открыл его в 1797 году французский химик Л. Воклен при разложении красной свинцовой руды, привезенной в Париж русским академиком Палласом. Но в чистом виде этот металл был получен только в 1854 году.
Хром, серовато-белый блестящий металл, видели все. Это им покрыта сверкающая облицовка автомобилей, мотоциклов, велосипедов. Но мало кто знает, что красная окраска похожего на каплю горящей крови рубина и зеленого, как морская вода, изумруда вызывается наличием хрома. Кстати, и имя свое хром получил от греческого слова «краска». Дано оно было ему за яркую окраску его соединений.
Температура плавления хрома выше, чем у большинства металлов, соседствующих с железом и медью: она равна 1910 градусам, но уже при 2480 градусах хром кипит.
Не в пример марганцу, чем чище хром, тем он пластичнее, тем легче поддается механической обработке. Примеси делают его хрупким. На воздухе он очень устойчив. Вспомните обрызганные грязью, в которой каких только нет разъедающих примесей, ободы колес вашего велосипеда: провели вы влажной тряпочкой — снова сияют первоначальным блеском. Ни следа на них коррозии. Даже никель покрывается тусклой пленкой окисла в таких условиях, а хром выдерживает!
Основной потребитель хрома — это, конечно, металлургия. Хром, так же как никель, — важнейший витамин стали. И так же, как марганец, хром в металлургию поступает не в виде химически чистого металла, а в сплавах с железом. Феррохромом называют эти сплавы. Получают их восстановлением хромистого железняка углем в шахтных дуговых электрических печах. В зависимости от требующейся чистоты феррохром могут подвергать дополнительной очистке. Но во всех случаях содержание хрома в сплаве должно составлять не менее 60–65 процентов.
