§ 13. Никель и его сплавы

Металлический никель был известен в Китае еще до нашей эры. Из особого никелевого сплава пактонга чеканились древнекитайские монеты. Сохранились древнеперсидские (Бактрийские) монеты, относящиеся ко II в. до н. э., также сделанные из никелевого сплава. Первоначально применение никеля было связано главным образом с ювелирным и монетным производством. Никель как химический элемент был открыт в 1751 г., однако в производстве художественных изделий он стал применяться только в самом конце XVIII и начале XIX вв.

Никель - металл серебристо-белого цвета, с сильным блеском, не тускнеющий на воздухе. Плотность никеля 8,9; температура плавления 1455°С; он кипит при 3075°С, обладает магнитными свойствами; при температуре 360°С магнитные свойства исчезают. Чистый никель не окисляется под влиянием атмосферного воздуха. В разбавленных серной и соляной кислотах он растворяется медленно, а в азотной очень быстро. В концентрированной азотной кислоте он пассивен.

Никель обладает большой химической стойкостью, тугоплавкостью, прочностью и пластичностью. Он принадлежит к малораспространенным в природе металлам и в самородном состоянии в земной коре не встречается; однако его обнаружили в метеоритах.

Чистый никель обозначается марками Н-1, Н-2, Н-3 и Н-4. В никеле всегда находятся различные примеси: кобальт, железо, медь, марганец и кремний, которые присутствуют в нем в небольших количествах; они не считаются вредными примесями, так как не оказывают плохих воздействий на его механические свойства.

К вредным примесям никеля относятся углерод, сера и кислород. Они ухудшают свойства никеля - пластичность и крепость. Углерод допустим в пределах до 0,3-0,4%; при более высоком содержании он начинает выделяться в виде графитовых включений и делает невозможной прокатку никеля в листы. Присутствие серы свыше 0,02% вызывает красноломкость никеля при температуре 625°С. Поэтому никель с повышенным содержанием серы непригоден для горячей штамповки. Чистый никель хорошо штампуется, прокатывается и тянется в проволоку, но плохо отливается, так как в расплавленном состоянии он сильно поглощает газы и отливки получаются пористыми. Никель хорошо полируется и тонируется.

В области художественных производств никель применяется главным образом для никелирования - декоративных и антикоррозионных покрытий, а также для приготовления различных сплавов, заменяющих серебро в посудном, галантерейном, ювелирном производствах, и в монетном деле. В последнее время значительная часть добываемого никеля идет на легирование так называемых нержавеющих сталей, которые, в свою очередь, имеют применение в художественной промышленности.

На никелевой основе изготовляется значительное количество специальных сплавов, применяемых в самых различных отраслях народного хозяйства, - нихром, константан, никелин, манганин, алюмель, хромель и др. Эти сплавы применяют для приготовления высокоомной проволоки; сплав инвар ("неизменяемый"), состоящий из 36% никеля и 64% железа, применяется для эталонов линейных мер, так как его коэффициент линейного расширения равен всего 0,0000001.

Своеобразными свойствами отличается сплав платинит, содержащий 50% никеля и 50% железа. Коэффициент расширения этого сплава очень близок к коэффициенту расширения стекла. Поэтому он с успехом применяется для выделки оправ к стеклам в тех случаях, когда изделие подвергается нагреву. Иногда детали из платинита запаивают в стекло. Свое название "платинит" он получил благодаря сходству его по внешнему виду с платиной.

В области художественной промышленности - в ювелирном, галантерейном и посудном производстве - применяются сплавы, имитирующие серебро. Наиболее древним из них, как уже указывалось, является пактонг - белая китайская медь, в состав которой входит 40,4% меди, 25,4% цинка, 31,6% никеля и 2,6% железа.

Древний персидский никелевый сплав состоял из 78% меди, 20% никеля, а также 1,0% железа и около 0,5% кобальта и других примесей и применялся для чеканки монет.

С середины XVIII и особенно в XIX в. широкое применение получил сплав мельхиор. Он тверже серебра, хорошо полируется, имеет серовато-белый цвет. В зависимости от назначения мельхиора его состав различен. По содержанию элементов можно выделить следующие разновидности этого сплава:

1. 60% меди, 20% цинка и 20% никеля - сплав, применявшийся для отливки различных декоративных предметов: подсвечников, канделябров и др.;
2. 50% меди, 25% цинка, 25% никеля - сплав, наиболее похожий на серебро; имеет белый цвет, достаточно ковок и пластичен;
3. 50% меди, 20% цинка, 30% никеля - этот сплав очень ковок, хорошо полируется;
4. 50,5% меди, 25,5% цинка, 31,5% никеля, 2,5% железа - несколько измененный китайский сплав - пактонг;
5. 55% меди, 16% цинка, 24%-никеля, 3% олова, 2% железа - так называемый белый металл, применяемый для выделки ложек, вилок и т. п.

Эти сплавы, кроме мельхиора, назывались также "новым серебром", аргентаном и альфенилом (в состав последнего входило до 2% серебра). Они широко применялись в Западной Европе и России для производства различных художественных изделий.

В настоящее время в Советском Союзе производится два никелевых сплава, применяемых в художественной промышленности:

1. мельхиор (НМ 81), содержащий 81 % меди и 19% никеля;
2. нейзильбер (НМЦ 65-20), содержащий 65% меди, 20% цинка и 15% никеля.

Оба этих сплава обладают достаточной коррозионной стойкостью, прочностью и пластичностью. Они хорошо прокатываются в листы, чеканятся, штампуются и полируются; легко принимают красивую разнообразную отделку и различные оттенки при воздействии растворов гипосульфита натрия и уксуснокислого свинца.

Рис. 12. Насечка мельхиором по дереву. Художник Н. Скубенио

На рис. 12 показана крышка деревянной коробочки, украшенная насечкой из мельхиора.

Кроме того, два других никелевых сплава применяются в качестве так называемых стальных припоев: сплав из 38% меди, 50% никеля и 12% цинка - тугоплавкий припой, и сплав из 35% меди, 8,5% никеля и 56,5% цинка - легкоплавкий припой. Эти припои могут применяться для пайки высокохудожественных стальных изделий вместо медных припоев. Цвет стальных припоев хорошо подходит к цвету стали, и швы на готовом изделии остаются незаметными.