§ 16. Прочие цветные металлы

Кроме уже рассмотренных металлов и сплавов, являющихся основными материалами в производстве художественных металлических изделий, используется целый ряд других металлов, также относящихся к группе цветных металлов. Однако они не применяются как материалы, из которых производятся художественные изделия, а имеют лишь косвенное отношение к производству этих изделий. Одни из них применяются как добавки к сплавам для получения определенных механических и технологических свойств (например, висмут и кадмий для понижения температуры плавления легкоплавких сплавов, марганец для повышения твердости стальных сплавов и т. п.), другие - как вспомогательные материалы при различных технологических процессах (например, ртуть при амальгамном золочении, сурьма при оксидировке латунных изделий, хром для покрытия стальных деталей и т. п.).

Следует отметить, что в настоящее время в различных областях прикладного искусства применяются в той или иной мере почти все из известных металлов, однако здесь рассмотрены наиболее употребляемые из них.

Висмут - блестящий металл серовато-белого цвета с красноватым оттенком. Его плотность 9, 75; температура плавления 271° С; температура кипения 1430° С. Он применяется в качестве основного компонента при изготовлении следующих легкоплавких сплавов:

1. сплав Вуда плавится при 68° С; его состав: олово 12,5%, свинец 25%, ртуть 12,5%, висмут 50%;
2. "легкоплавкий" сплав плавится при 70°С; его состав: олово 16,5%, свинец 30%, кадмий 9%, висмут 44,5%.

Эти сплавы можно заливать даже в гипсовые формы, приготовленные с добавлением тонкопросеянного толченого кирпича. Эти сплавы обладают хорошей жидкотекучестью и малыми литейными усадками; они легко и хорошо отделываются гальваническим способом (латунированием, серебрением, золочением), а также хорошо покрываются "сусальным" золотом или "поталью".

Висмут - вредная примесь для медных сплавов латуни и бронзы, так как он сообщает им хрупкость. Отличительной чертой висмутовых сплавов является легкоплавкость и хрупкость. Достаточно небольшой примеси висмута, чтобы уничтожить ковкость сплава. Даже следы его делают золото ломким. Кроме того, он значительно увеличивает твердость мягких металлов, например олова и свинца, даже при небольших добавках.

Ртуть - единственный жидкий металл при обыкновенной температуре; она известна человечеству с глубокой древности. Плотность ее 13,6; температура плавления минус 39° С; температура кипения 357° С. Металлическая ртуть, ее пары и все соединения очень ядовиты, например 0,18 г сулемы (хлористое соединение ртути) является смертельной дозой для человека.

В художественной промышленности ртуть применяется в качестве добавок в легкоплавкие сплавы, а также для приготовления золотой и серебряной амальгамы, употребляемой при огневом золочении и серебрении. При помощи ртути отделяют самородное золото от примесей.

Хлористые (сулема) и азотнокислые соединения ртути применяют в качестве водных растворов при подготовке медных изделий перед серебрением.

Титан - блестящий, серебристого цвета металл, не тускнеющий на воздухе. Он отличается высокой химической стойкостью - не корродирует даже в морской воде. Его плотность 4, 5; температура рекристаллизационного отжига 650° С; температура плавления 1668° С. Его преимущества - высокая прочность, сочетаемая с легкостью.

Вредными примесями титана и его сплавов являются азот, кислород и углерод. Азот и кислород, повышая прочность, очень резко снижают пластичность; их содержание допустимо: азота не более 0,25%, кислорода не более 0,50%. Углерод затрудняет обработку резанием, давлением и сварку титана и его сплавов. Поэтому примесь углерода не должна превышать 0,15%.

Наиболее распространены сплавы титана с алюминием (4-5%) и хромом (2-3%) или с алюминием (5-6%) и ванадием (3-4%). Существуют также сплавы с молибденом, железом, марганцем. Эти сплавы выпускаются в виде различных полуфабрикатов: листов, полос, плит, прутков, сортового проката, труб и проволоки.

Титановые сплавы применяются в химической, машиностроительной и авиационной промышленности. Из них изготовляют резервуары, трубопроводы для кислот и активных газов. Кроме того, титановые сплавы используются в качестве жаропрочных материалов при рабочих температурах до 500° С.

Недостатком некоторых титановых сплавов является необходимость их подогрева при штамповке, гибке и т. п., а также возможность использования дуговой сварки только в среде нейтральных газов (аргона, гелия). Однако роликовая и точечная сварки возможны и без защиты нейтральными газами.

Запасы титана в земной коре составляют около 0,6% (по весу). Это намного больше, чем меди, свинца, цинка, олова, никеля и драгоценных металлов, вместе взятых. Однако в самородном (чистом) виде он в природе не встречается и получение его связано с большими трудностями. Этим объясняется то, что, будучи открытым еще в 1790 г., в промышленности он начал использоваться только с 1947 г. а в нашей стране с 1950 г.

Первым опытом применения титана для художественных целей является высотный монумент, увенчанный космической ракетой, установленный в Москве у ВДНХ. Титаном облицован меч, который держит монументальная фигура Матери-Родины (автор Е. В. Вучетич) на Мамаевом кургане в Волгограде.

Кадмий - металл серовато-белого цвета, слегка синеватый, по своим свойствам занимающий среднее место между оловом и цинком. Он открыт в 1819 г. Подобно олову, пруток кадмия дает легкий треск при изгибе. Плотность кадмия 8,64; температура плавления 321 ° С; температура кипения 773° С.

В чистом виде кадмий обладает высокой устойчивостью против коррозии и применяется в качестве электролитических покрытий кадмирования. Наиболее часто кадмируются стальные изделия, например корабельная арматура и приборы для защиты от действия морской воды. Однако в атмосфере, содержащей сернистые газы, например в больших городах, кадмиевые покрытия совершенно непригодны ввиду их малой стойкости против сернистых соединений. Вследствие ядовитости кадмиевых солей применение его для покрытия пищевой посуды недопустимо.

Кадмий обладает способностью проникать в поверхностные слои покрываемого им металла, образуя как бы своеобразный сплав.

В настоящее время на основе кадмия разработаны легкоплавкие сплавы, пригодные для отливки художественных изделий (табл. 15).

Таблица 15

Сурьма - блестящий, серебристо-белый металл, обладающий ясно кристаллическим изломом. Это наиболее хрупкий металл, легко обращаемый в порошок. Плотность сурьмы 6,71; температура его плавления 630° С; температура кипения 1440° С.

В художественной промышленности применялся так называемый "британский металл", представляющий собой сплав из девяти частей олова и одной части сурьмы (иногда добавлялись свинец и медь). Из "британского металла" изготовлялись чайники, кофейники и другие предметы. Металлическая сурьма в виде тонкого черного порошка, носящего название "железной черни", применялась как краска для покрытия фигур из гипса, папье-маше и литых цинковых изделий. Хлористая сурьма под названием "сурьмяного масла" применяется для оксидировок стальных, латунных и бронзовых изделий.

Хром - металл светло-серого цвета. Он был открыт в 1797 г., однако применяться как металл начал только с конца XIX - начала XX вв. Плотность хрома 7,1; он хорошо полируется и долго сохраняет зеркальный блеск; температура его плавления 1615° С; температура кипения 2200° С. Хром - очень твердый, хрупкий металл, хорошо сопротивляется коррозии. Он применяется главным образом в качестве присадки при получении легированных сталей и чугунов. При значительных количествах хрома (свыше 12%) сталь становится нержавеющей и жаростойкой. Хромистые сплавы применяются для изготовления инструментов и высокоомной проволоки для нагревательных приборов.

В художественной промышленности хром применяется главным образом для гальванических покрытий черных металлов.

Впервые хромирование было применено в 1907 г., после чего начало быстро совершенствоваться. Хромовые покрытия отличаются устойчивостью против механического, термического и химического воздействий. Они не подвержены действию щелочей и кислот, за исключением соляной кислоты. В настоящее время хромирование приобретает чрезвычайно широкое распространение: хромируются детали автомашин, велосипедов, холодильников, часов, авторучек и т. п. Исключительная прочность хромовых покрытий, оказывающихся прочнее и тверже закаленной стали, позволяет применять гальваническое хромирование не только как декоративное и антикоррозионное, но и весьма стойкое покрытие против истирания. Поэтому в настоящее время хромирование применяют при ремонте изношенных частей машин и приборов для восстановления их первоначального размера. Окись хрома идет на приготовление полировальной пасты, кроме того, различные соединения хрома дают разнообразные краски (зеленую, изумрудную и др.).

Кобальт - металл серебристо-белого цвета с розоватым отблеском. Его плотность 8,7; температура плавления 1444° С. Он растворяется в азотной кислоте и "царской водке"; стоек против серной и соляной кислот.

Кобальт применяется в качестве присадки при производстве быстрорежущих инструментальных сталей. В последнее время его начали применять в качестве гальванического покрытия вместе с серебром для ювелирных изделий. Покрытия серебро-кобальт более прочны, чем из чистого серебра.

Кроме того, в художественной промышленности кобальт применяется в виде кобальтовой сини, т. е. сплава закиси кобальта (сафлора) с поташом и кварцевым песком. Кобальтовая синь употребляется как краска для горячей эмали, стекла, фарфора и фаянса, сообщая им красивый синий цвет. Кобальтовые синие краски были известны древним китайцам и египтянам. Кроме синих из кобальта вместе с хромом и цинком получают зеленые и фиолетовые краски.

Вольфрам - наиболее тугоплавкий металл серебристо-стального цвета. Он открыт в 1781 г. Температура его плавления 3380°С, температура кипения 5830°С, плотность 19,3.

Вольфрам стоек против кислот. Широкое применение вольфрама в технике началось лишь с 1930 г. В чистом виде он идет на изготовление нитей радио- и электроламп. Он применяется также для изготовления инструментальных "самозакаливающихся" сталей, которые благодаря присутствию вольфрама обладают способностью закаливаться на воздухе. Они отличаются высокими механическими и режущими свойствами. Вольфрам является основным элементом для изготовления металлокерамических твердых сплавов.

Марганец - твердый, темного цвета металл. Его плотность 7,4; температура плавления 1230°С, температура кипения 2200°С. Он применяется в доменном процессе при получении белого (передельного) чугуна, так как присутствие марганца задерживает выделение графита. Кроме того, он применяется как добавка при производстве специальных легированных сталей. Марганец уменьшает коробление стали при закалке, повышает режущие свойства и стойкость на истирание. Окислы марганца применяются как красители для получения горячих эмалей и цветного стекла фиолетового цвета, а также для приготовления красок (коричневых, фиолетовых и зеленых).

Молибден - тугоплавкий металл белого цвета. Его плотность 10,3; температура плавления 2625°С.

Ванадий - также тугоплавкий металл, прочный на истирание; его плотность 6,0; температура плавления 1720°С.

Тантал - металл серого цвета. Его плотность 16,6; температура плавления 2900°С; он занимает второе место после вольфрама по тугоплавкости.

Последние три металла применяются для улучшения свойств легированных сталей.