Практическое применение металлов

Железо

Его прочность – одна из причин жизни на нашей планете. Большая часть земного ядра состоит из железа. Так как внутреннее твердое ядро вращается, а конверсионные токи направляются во внешнюю жидкую оболочку ядра, вокруг Земли формируется магнитное поле. Оно защищает нашу планету от солнечного ветра – ионизирующего излучения, гибельного для всего живого.[4]

Выявить первые случаи использования этого металла довольно трудно, ведь он быстро корродирует. По этой причине древние предметы из железа встречаются гораздо реже, чем вещи из более долговечных металлов – золота и серебра. Однако доказано, что железную утварь стали изготавливать приблизительно после 3500 г. до н.э. Это были ювелирные украшения, предметы домашнего обихода и, что важнее всего, оружие. Железо активно использовалось в войнах, из него ковали мечи, щиты и наконечники копий.

Обширные пространства лесной зоны в эпоху бронзы отставали в социально-экономическом развитии от южных регионов, но после начала выплавки там железа из местных руд стала совершенствоваться земледельческая техника, появился железный лемех, пригодный для распашки тяжёлых лесных почв, и обитатели лесной зоны перешли к земледелию. В результате в эпоху железа исчезли многие леса Западной Европы. Но и в регионах, где земледелие возникло раньше, внедрение железа способствовало улучшению ирригационных систем: происходило совершенствование оросительных сооружений, улучшались водоподъёмные сооружения (в частности, в середине I тысячелетия до н. э. стало использоваться водоподъёмное колесо). Это привело к повышению продуктивности полей.

Значительно ускорилось и развитие различных ремёсел, в первую очередь кузнечного, оружейного, создания транспорта (кораблей, колесниц), рудничного дела, обработки камней и дерева. В результате начало интенсивно развиваться мореплавание, строительство зданий и создание дорог, а также улучшалась военная техника. Развивалась и торговля, а в середине I тысячелетия до н. э. в ходу появились металлические монеты.

Медь

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI—XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. Большое количество латуни идёт на изготовление гильз артиллерийских боеприпасов и оружейных гильз, благодаря технологичности и высокой пластичности. Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности.

Медно-никелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении (трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой) и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за высокой коррозионной устойчивости.

Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет.

Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов.[5]

В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов.

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к механическим воздействиям.

Алюминий

Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al2O3, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки. Первые же три свойства сделали алюминий основным сырьем в авиационной и авиакосмической промышленности (в последнее время медленно вытесняется композитными материалами, в первую очередь, углеволокном).[6]

Исключительно ценным является использование, алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей. Малый вес алюминиевых проводов позволяет осуществлять их подвеску при значительном расстоянии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под влиянием собственного веса. Высокая коррозионная стойкость алюминия делает его в ряде случаев незаменимым материалом в химическом машиностроении (например, при изготовлении аппаратуры для производства транспорта и хранения азотной кислоты, а также пищевых продуктов). Большое значение имеет применение алюминия с целью предохранения (плакирование, алюминиевая краска) металлических поверхностей, подверженных разрушающему действию различных химических веществ и атмосферной коррозии.

Такие отрасли военной техники, как самолетостроение, авиастроение, судостроение, танкостроение, артиллерия, производство средств связи, а также взрывчатых веществ — требуют применения алюминия и его сплавов. [7]

Титан

Титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении.

Металл применяется в: химической промышленности (реакторы, трубопроводы, насосы, трубопроводная арматура), военной промышленности (бронежилеты, броня и противопожарные перегородки в авиации, корпуса подводных лодок), промышленных процессах (опреснительных установках, процессах целлюлозы и бумаги), автомобильной промышленности, сельскохозяйственной промышленности, пищевой промышленности, украшениях для пирсинга, медицинской промышленности (протезы, остеопротезы), стоматологических и эндодонтических инструментах, зубных имплантатах, спортивных товарах, ювелирных изделиях, мобильных телефонах, лёгких сплавах и т. д.

Титановое литье выполняют в вакуумных печах в графитовые формы. Также используется вакуумное литье по выплавляемым моделям. Титан является легирующей добавкой во многих легированных сталях и большинстве спецсплавов.

Олово

Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды.

В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения.

Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент.

Свинец

Самым крупным производителем свинца доиндустриальной эпохи был Древний Рим. Римляне широко применяли свинец в производстве труб для водопроводов.

В Древней Руси свинец использовали для покрытия крыш церквей, а также широко применяли в качестве материала навесных печатей к грамотам. Позднее, в 1633 году, в Кремле был сооружён водопровод со свинцовыми трубами, вода по которому шла из Водовзводной башни, он просуществовал до 1737 года.

Индустриальная революция привела к новому росту потребности в свинце. До 1990 года большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ.

Висмутат свинца, сульфид свинца иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях.

Хлорид свинца в качестве катодного материала в резервных источниках тока.

Борат свинца, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца, белый кристаллический порошок, применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

В медицинеиспользуется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.

Никель

Никель является основой большинства суперсплавов — жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок.

Никель присутствует в качестве компонента ряда нержавеющих сталей.

Никель широко применяется при производстве монет во многих странах. В США монета достоинством в 5 центов носит разговорное название «никель».

Чистый никель ввиду очень низкой теплопроводностииногда применяется для изготовления разного рода держателей нагретых предметов, сочетая хорошую теплоизоляцию с высокой прочностью и достаточной электропроводностью. В частности, из никеля делаются держатели и проводники для кварцевых горелок дуговых ртутных ламп.

Также никель используется для производства обмотки струн музыкальных инструментов.

Таким образом, металлы с исторических времен плотно вошли в жизнь человека, стали опорой для прогресса и экономического развития. Использование металлов в хозяйственной деятельности настолько широко и многообразно, что охватывает все сферы человеческой деятельности.

Серебро

Серебро известно человечеству с древнейших времён. В Ассирии и Вавилоне серебро считалось священным металлом и являлось символом Луны. В Средние века серебро и его соединения были очень популярны среди алхимиков. С середины XIII века серебро становится традиционным материалом для изготовления посуды. Кроме того, серебро и по сей день используется для чеканки монет и для изготовления ювелирных изделий.

Золото

С золотом человечество столкнулось уже в V тыс. до н. э. в эпоху неолита благодаря его распространению в самородном состоянии.По предположению археологов, начало системной добычи было положено на Ближнем Востоке, откуда золотые украшения поставлялись, в частности, в Египет. Именно в Египте в гробнице королевы Зер и одной из королев Пу-аби Ур в Шумерской цивилизации были найдены первые золотые украшения, датируемые III тыс. до н. э.

В России до петровских времен золото не добывалось. Оно ввозилось из-за границы в обмен на товары и взималось в виде ввозных пошлин. Первое открытие запасов золота было сделано в 1732 году в Архангельской губернии, где вблизи одной деревни была обнаружена золотая жила. Ее начали разрабатывать в 1745 году.

В современном мире золото используют в качестве основы финансовой системы, этим металлом обеспечены все основные мировые валюты.

Имеющееся в настоящее время в мире золото распределено так: около 10 % — в промышленных изделиях, остальное делится приблизительно поровну между централизованными запасами (в основном, в виде стандартных слитков химически чистого золота), собственностью частных лиц в виде слитков и ювелирными изделиями.

Дата добавления: 2015-09-06