Цветные металлы и сплавы – это практически все существующие в природе металлы и их производные за исключением железа и сплавов, созданных на его основе. В сравнении с железом в природе они встречают гораздо реже, и добыча их обходится дороже. Тем не менее, химические и физические свойства цветных металлов делают экономически оправданной добычу, производство сплавов и услуги металлообработки данных металлов. К этим преимуществам относится мягкость, пластичность, теплопроводность, малые показатели электрического сопротивления, стойкость к коррозии и иные полезные свойства.
Своё название «цветные металлы» получили благодаря специфическому цвету, например красноватому у меди. В современной промышленности наибольшее применение получили сплавы цветных металлов, имеющие лучшие физико-химические свойства. В свою очередь, в зависимости от группы используемых металлов, они подразделяются на тяжелые и легкие сплавы.
Группы цветных металлов
По своим физико-химическим признакам цветные металлы подразделяются на несколько категорий:
- Тяжелые. В эту категорию входят цинк, олово, свинец и другие химические элементы.
- Легкие. Это титан, магний, натрий, литий, калий и т.д.
- Малые – сурьма, ртуть, мышьяк, кадмий и т.д.
- Благородные – золото, серебро, палладий, платина и т.д.
- Рассеяные – германий, рений, селен, теллур и т.д.
- Тугоплавкие – ванадий, хром, марганец, вольфрам и пр.
- Редкоземельные – самарий, лантан, иттербий, эрбий и т.д.
- Радиоактивные – уран, радий, плутоний, америций, и пр.
Чаще всего, в современной промышленности обработка цветных металлов производится над алюминием, медью и цинком. Остановимся на них более подробно.
Основными свойствами алюминия являются высокая электропроводность и пластичность при низких механических характеристиках. В зависимости от способа производства может быть первичным и вторичным.
Медь является наиболее распространенной из всех цветных металлов. Наибольшее применение получила в электротехнике, машиностроении и строительстве. Характеризуется высокой пластичностью и теплопроводностью, а также низким электрическим сопротивлением. Последнее качество обуславливает её применение в электротехнике. Хорошо плавится со многими другими металлами.
Цинк – это хрупкий металл, приобретающий пластичность при температуре в 100-150°С. Обладает высокой устойчивостью к коррозии. Чаще всего используется в качестве компонентов стальных сплавов и для создания стойких антикоррозионных покрытий.
Из сотен существующих на сегодняшний день сплавов цветных металлов особого внимания заслуживает бронза. Это один из наиболее древних сплавов из известных человечеству и представляет собой соединение меди с оловом (чаще всего). Но бронза может быть и безоловянной, с кремнием, алюминием, свинцом, бериллием и другими металлами. Достоинствами бронзы являются прочность, ковкость, гибкость, пластичность, немагнитность и устойчивость к коррозии.
Особенность обработки цветных металлов
Металлообработка цветных металлов и сплавов производится с учетом следующих факторов:
- Высокая тепловодность и удельная теплоемкость.
- Резкое снижение механических свойств при нагреве, что может привести к легкому разрушению от ударов.
- Химическое взаимодействие с газами окружающей среды при нагреве.
С учетом этих и иных факторов термическая и механическая обработка цветных металлов проводится в специальном режиме, согласно разработанной технологической схемы. При металлообработке на станках подбирается оптимальная скорость вращения и специальный инструмент.
Особого внимания требует защита деталей от воздействия окружающей среды. Цветные металлы устойчивы к коррозии, но со временем разрушаются под действием кислорода. Одним из наилучших вариантов защиты является использование лакокрасочных материалов. Для этого созданы три категории средств – краски, грунтовки и универсальные защитные материалы.
Грунтовые составы обеспечивают отличную защиту от атмосферного окисления. Перед окрашиванием проводится одно- или двухслойное грунтование. Кроме защитных свойств это увеличивает и сцепляемость краски с основанием. Для защиты деталей из алюминия и сплавов на его основе широко применяются специальные грунтовые составы на цинковой основе или уретановые краски.
На такие цветные металлы и сплавы как медь, латунь или бронза защитные лакокрасочные покрытия обычно не наносят. Изготовляемые из них детали и изделия поставляются с заводской обработкой, которая играет, одновременно, защитную и эстетическую роль. Медь со временем покрывается благородной патиной, которая защищает поверхность и подчеркивает красоту изделия. Более того, в определенных случаях используются и технологии искусственного старения для придания изделиям зеленоватого патинового слоя.