Мельхиор: состав сплава, свойства, отличия от серебра

Варианты состава сплава

В нейзильбере основной элемент сплава — это медь. Вообще медные сплавы делятся на три большие группы: латуни (медь с цинком), медно-никелевые сплавы (второй элемент очевиден из названия) и бронзы (в которых легирующими элементами выступают остальные металлы, то есть кроме никеля и цинка). Хотя в составе сплава нейзильбер присутствует как никель, так и цинк, его все-таки относят к медно-никелевым сплавам. Этот факт объясняется тем, что основной вклад в свойства материала как легирующий элемент вносит никель, а не цинк. В процентном содержании количество никеля может колебаться от 5 до 35%, цинка — от 12 до 46%. В ГОСТах встречается несколько конкретных вариантов сплава.

1. Нейзильбер МНЦ15-20. Буквы в названии обозначают металлы, входящие в состав сплава (медь, никель и цинк), а цифры — усредненное содержание металлов в процентах по массе. В этом варианте сплава содержание никеля варьируется от 13,5% до 16,5%, цинка — от 18% до 22%, примесей в виде других металлов — кремния, сурьмы и проч. — не более 2%, остальное занимает медь. Применение нейзильбера с составом сплава такого типа достаточно широко: из него делают элементы точных измерительных приборов, медицинские инструменты, санитарную технику, техническую посуду, паровую и водяную арматуру, применяют в электротехнике, а также используют для изготовления изделий широкого потребления (например, столовых приборов).
2. Нейзильбер свинцовый МНЦС16-29-1,8. Как видно из названия, здесь кроме никеля и цинка важную роль в составе сплава играет свинец, содержание которого по массе колеблется от 1,6% до 2%. Никель занимает 15-16,7%, медь — 51-55%, остальное — цинк и не более 1% примесей. Из свинцового нейзильбера изготавливают детали часовых механизмов.

https://www.youtube.com/watch?v=channelUCKibk_poFNHRIlNnwJZxXHw

Нейзильбер выпускается в соответствии с ГОСТом 5187-2003, который определяет химический состав, все его механические характеристики. Он имеет буквенную и цифровую маркировку: МНЦ и МНЦС. Буквы соответственно обозначают медь, никель, цинк, свинец. Цифровая маркировка указывает на среднее допустимое процентное содержание элементов, причем количество меди не указывается: на нее приходится оставшаяся часть. Поскольку процентное соотношение может быть очень разным, то существует около 50 марок нейзильбера.

В промышленности используются чаще всего следующие марки.

• МНЦ 15-20. Данная марка может содержать никеля в пределах 13,5-16,5%, цинка – 18-22%, остальная часть – медь. Допускается также включение таких добавок, как сурьма, кремний и других. Их доля незначительна и не превышает 2%.
• МНЦС 16-29-1,8. В этом варианте нейзильбера, кроме обязательных элементов, присутствует свинец. Содержание никеля составляет от 15 до 16,7%, цинка – около 29%, меди – от 51 до 55%, свинца – до 1,8%. На долю других примесей приходится около 1%, но не больше.

Существуют и другие варианты: МНЦ 12-24, МНЦ 18-27, МНЦ 18-20 и другие. В качестве добавок применяют такие элементы: железо, которое придает твердость, ванадий для придания большей плотности.

Часто в состав добавляют свинец, который увеличивает мягкость сплава, его тягучесть, тем самым он приобретает способность вытягиваться, гнуться, скручиваться, и его можно подвергать обработке прессом. Одновременно свинец уменьшает ломкость при низкой температуре, а при высокой, наоборот, ее увеличивает.

Использует

Из мельхиора можно делать полезные, прочные, стабильные и красивые предметы, например, в оружейной, электротехнической, химической и нефтехимической промышленности … а также в украшениях. Но в основном это обычный сплав для чеканки монет, который соответственно используется для изготовления многих монет . Он присутствует в монетах Швейцарской Конфедерации .

Памятная монета двадцатилетия бывшей Восточной Германии или ГДР, никель 10% пробы.

В 1 монете евро состоит из «белого» центра в мельхиора ( Cu 75% — Ni 25%) на ядре никеля и «желтую» корону в мельхиоре типа Cu 75% — Zn , 20% — Ni 5 %. И наоборот, монеты в 2 евро имеют корону из CuNi25 и сердечник из нейзильбера.

Этот сплав до сих пор часто используется в морской среде, в морской технике и в опреснительных установках . Он обнаружен в трубопроводах и трубах, конденсаторах и теплообменниках, использующих морскую воду, а также в бортовом оборудовании лодок, гребных винтах , коленчатых валах , корпусах высокопроизводительных судов, таких как буксиры, рыболовные суда и других океанских судов.

Что такое мельхиор

Если на понятном языке и однозначно сказать, что такое мельхиор, то это сплав меди с никелем белого цвета. Он очень похож по цвету на серебро, поэтому успешно «принят на вооружение» в ювелирной сфере, производстве монет, посуды и других изделий с изначальной целью заменить серебро более дешевым аналогом. Внедрение мельхиора прошло очень успешно, так как при правильной обработке мельхиоровые изделия очень сложно отличить от серебряных, по крайне мере по цвету и основным свойствам. Самое заметное отличие от серебра — мельхиор заметно превосходит серебро по механической прочности. Кроме того, из мельхиора производят различные детали, электроприборы и т.д.

Общепринято, что сплав мельхиор создали французские изобретатели Maillot (Майо) и Chorier (Шорье) в 19 веке и свое название он получил именно от комбинации их имен, искаженных в немецком языке. Maillot-Chorier в итоге превратилось в Melchior. Французы же изначально называли свой сплав не иначе как «майшор», но это название не прижилось. Однако, по другим данным, мельхиор был известен еще в третьем веке до нашей эры под названием «белая медь», но по неизвестным причинам был забыт на два тысячелетия, чтобы быть заново открытым под другим именем, которое оказалось весьма приятным на слух и стало очень популярным. Также похожий сплав был известен в средневековом в китае как «пакфонг» или «китайское серебро» — предположительно сплав на основе бронзы, никеля и цинка. Пакфонг считается прародителем сплава нейзильбер, который также очень похож на мельхиор. Несмотря на то, что создание сплава приписывают французским ученым, мельхиор часто упоминается под названием «немецкое серебро».

Само слово «мельхиор» не было изобретено в 19 веке. По западноевропейским церковным традициям, Мельхиор — имя одного из трех волхвов, которые пришли к новорожденному Иисусу с дарами на Рождество. В Евангелии имена волхвов не упоминаются, считается что их имена «появились» в средние века. По стечению обстоятельств имя Мельхиор кому-то показалось созвучным с двумя именами, точнее фамилиями изобретателей, которые открыли данный сплав. Получившееся название сплава укоренилось настолько, что мельхиором по привычке сегодня называют даже некоторые похожие сплавы.

Характеристики

Мельхиор не имеет медного цвета из-за высокой электроотрицательности никеля, что приводит к потере одного электрона в d-оболочке меди (оставляя 9 электронов в d-оболочке по сравнению с типичными 10 электронами чистой меди).

Важные свойства медно-никелевых сплавов включают: устойчивость к коррозии, внутреннее сопротивление макрообрастание, хороший предел прочности, отлично пластичность когда отожженный, теплопроводность и расширение характеристики, подходящие для теплообменники и конденсаторы, хорошая теплопроводность и пластичность при криогенный температуры и полезные антимикробная сенсорная поверхность свойства.

Сплавы бывают:

Эти значения могут отличаться в других стандартах.

Тонкие различия в коррозия сопротивление и прочность определяют, какой сплав выбран. При спуске по таблице максимально допустимая скорость потока в трубопроводе увеличивается, как и прочность на разрыв.

В морской воде сплавы имеют отличные скорости коррозии, которые остаются низкими до тех пор, пока максимальный расчетный расход. скорость не превышено. Эта скорость зависит от геометрии и диаметра трубы. Они обладают высокой устойчивостью к щелевая коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением и водородной хрупкости это может быть проблемой для других систем сплавов. Медно-никелевый сплав естественным образом образует тонкий защитный поверхностный слой в течение первых нескольких недель воздействия морской воды, что обеспечивает его постоянную стойкость. Кроме того, они обладают высоким присущим биообрастание сопротивление прикреплению макрофоулерами (например, морские травы и моллюски ) живущие в морской воде. Чтобы использовать это свойство в полной мере, сплав должен быть свободен от воздействия или изолирован от любых форм катодная защита.

Однако сплавы Cu – Ni могут проявлять высокую скорость коррозии в загрязненной или стоячей морской воде, когда сульфиды или аммиак присутствуют

Поэтому важно избегать воздействия таких условий, особенно во время ввода в эксплуатацию и ремонта, когда поверхностные пленки созревают. Сульфат железа дозирование к системам с морской водой может обеспечить повышенное сопротивление

Трещина в металлической пластине 90–10 Cu – Ni из-за напряжений при серебряной пайке

Поскольку медь и никель легко соединяются друг с другом и имеют простую структуру, эти сплавы пластичны и легко производятся. Прочность и твердость для каждого отдельного сплава увеличивается на холодная обработка; они не закалены термическая обработка. Присоединение 90–10 (C70600) и 70–30 (C71500) возможно обоими сварка или пайка. Оба они пригодны для сварки большинством технологий, хотя и автогенные (сварка без сварочных материалов) или окси ацетилен методы не рекомендуются. Сварочные материалы 70–30, а не 90–10 обычно предпочтительны для обоих сплавов, и термообработка после сварки не требуется. Их также можно приваривать непосредственно к стали, при условии использования сварочного материала на 65% никель-медь, чтобы избежать эффектов разбавления железа. Сплав C71640 обычно используется в качестве бесшовных труб и расширяется, а не приваривается к трубной пластине. Для пайки требуются соответствующие припои на основе серебра

Тем не менее, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы гарантировать отсутствие напряжений в Cu – Ni, паяемом серебром, поскольку любое напряжение может вызвать межкристаллитное проникновение в припой и серьезное растрескивание под напряжением (см. Изображение)

Таким образом, необходим полный отжиг любого потенциального механического напряжения.

Применения для сплавов Cu – Ni выдержали испытание временем, поскольку они все еще широко используются и варьируются от трубопроводов систем забортной воды, конденсаторов и т.д. теплообменники на морских судах, коммерческом судоходстве, многоступенчатом опреснении и электростанциях. Они также использовались как зона брызг облицовка офшорные сооружения и защитная облицовка корпусов лодок, а также самих массивных корпусов.

История возникновения

Мельхиор прошел долгий и сложный исторический путь. Первым создателем этого сплава считается китаец Ли Лянь Ин, который был талантливым мастером в сфере литья. Его способности разглядели другие мастера, и в скором времени Ли Лянь Ин был приглашен на должность придворного литейщика

Там он и сделал важное открытие. Литейщик случайно изобрел первый мельхиор, состав которого включал никель, цинк и бронзу

Но власти не отблагодарили мастера за изобретение и даже изгнали его из императорской обители. А новый сплав, который в то время имел название пакфонг, начали применять для чеканки монет, изготовления украшений и разных изделий. В то время сплав очень ценился и по стоимости не уступал серебру.

Европа узнала о мельхиоре в XIII веке н. э. Привозные изделия из этого сплава быстро набирали популярность. Люди пытались разными способами разузнать состав мельхиора. В результате многочисленных опытов алхимикам все же удалось получить ценные сведения о составе сплава. Но производство металла началось только в конце XVIII века в Германии. Немцы внесли некоторые изменения в состав мельхиора, заменив бронзу на чистую медь. Такой сплав получил название «нейзильбер».

Завершающий этап в истории мельхиора связан с французами. Во время наполеоновских боев был украден секрет производства нейзильбера. С того момента французы начали изготавливать сплав по добытому рецепту, но без цинка. Новый металл получил название «майшор», но оно так и не прижилось. По немецкой инициативе сплав переименовали в «мельхиор» в честь библейского волхва. Это название используется и по сей день.

Особой популярностью пользовался сплав в Царской России. Изделия из этого металла в наибольшей мере ценили средние слои общества. В высшем свете не признавали мельхиор, состав которого отличался от драгоценных металлов. В некоторых кругах мельхиоровые изделия считали фальшивками.

Свойства мельхиора

Мельхиор – это искусственно созданный материал. Человечество специально изобрело этот сплав для изготовления посуды, ювелирных украшений, монет, сувениров. Его еще часто называют «белой медью». Основные составляющие мельхиора – никель и медь. Дополнительно в состав мельхиоровых сплавов вариативно могут входить и другие металлы: железо, марганец, цинк. Для производства кухонной утвари обычно используется чистый медно-никелевый сплав (70% меди и 30% никеля). Внешний вид мельхиоровой ложечки трудно отличить от аналогичных серебряных изделий. Этот сплав отлично имитирует благородный металл.

Этот материал никогда не ржавеет, отличается высокой пластичностью, его легко обрабатывать, он отлично куется. Именитые мастера создают из мельхиора оригинальные изделия, которые по праву можно считать произведениями искусства.

Температура плавления сплава превышает 1170 градусов. Если сравнивать с серебром, то оно начинает плавиться уже при 960 градусах. Тугоплавкость материала дает возможность обрабатывать его в любом состоянии (холодном или горячем). Компонентный состав влияет на температуру плавления – она может повышаться или понижаться.

Такой сплав легко поддается обработке и различным технологическим операциям:

• нарезке;
• ковке;
• чеканке;
• штамповке;
• полировке;
• пайке.

Столовые мельхиоровые ложки обладают рядом положительных качеств:

1. Так как сплав относится к тугоплавким металлам с низкой теплопроводностью, он нагревается очень медленно. Например, когда в чай опускают серебряную ложку, она быстро становится горячей. Если же оставить ее в чашке на пять минут, к ней вообще невозможно будет прикоснуться. С мельхиоровыми приборами такого не происходит.
2. Невысокая стоимость. Она намного ниже, чем у серебряных аналогов, при том что по качеству ложки из мельхиора ничем им не уступают.
3. Шикарный внешний вид. Приборы, выполненные из такого материала, всегда смотрятся дорого, презентабельно, изысканно благодаря блеску и возможности нанесения узора или орнамента.
4. Изделия не подвергаются коррозии.
5. Сплав является очень прочным материалом. Даже в случае сильного механического воздействия ложки, вилки, ножи никогда не согнутся, чего не скажешь о серебряных или алюминиевых приборах.

Срок эксплуатации этих изделий просто поражает. При должном уходе доставшиеся в наследство столовые приборы из мельхиора прослужат еще не один десяток лет. Из-за длительного хранения поверхность может покрыться серым налетом, но с ним без проблем получится справиться современными методами очистки.

При массе положительных качеств мельхиоровые столовые приборы обладают и рядом недостатков:

1. Изделия быстро теряют свою привлекательность, на их поверхности могут появиться темный налет и сине-медные разводы. Причиной является естественный процесс окисления, особенно когда приборы длительно контактируют с воздухом. Для сохранения первозданного вида за утварью нужно ухаживать особым образом.
2. Труднодоступность – раньше мельхиоровые приборы можно было легко приобрести в любом хозяйственном магазине, они были настолько дешевыми, что их обладателем мог стать любой. Так как в последние годы популярность таких изделий стала падать, промышленность перестала выпускать столовые приборы из мельхиора в больших объемах, да и их внешний вид уже не выглядит так шикарно, как раньше. На сегодняшний день стоимость кухонных принадлежностей из мельхиора выше, чем у аналогичных из нержавеющей стали.

Говорят, что мельхиоровая посуда потеряла свою актуальность, стала старомодной. Такой недостаток можно нивелировать, если считать ложку, изготовленную в прошлом веке, антикварной вещью. Многие экземпляры до сих пор привлекают своей красотой коллекционеров.

Мельхиор является нетоксичным материалом. Проведенные лабораторные исследования показали, что сплав абсолютно безопасен для здоровья. При высоких температурах медь может выделять токсичные вещества, поэтому не стоит использовать приборы из мельхиора во время приготовления еды.

Преимущества мельхиоровой посуды:

• Мельхиоровые приборы нагреваются не так быстро, как серебряные. Подобное свойство связано с теплопроводностью меди, ведь она намного ниже, чем у серебра. Практичная сторона этого плюса состоит в том, что опустив в горячий чай ложку, вы не обожжетесь ею, если через некоторое время надумаете воспользоваться прибором.
• Красивый внешний вид. Посуда из этого сплава выглядит богато и изысканно.
• Миф о том, что мельхиор вреден для здоровья, давно развенчан. Компоненты этого сплава присутствуют в организме каждого человека и исполняют свои важные функции. Поэтому если допустить, что небольшое количество металла попадет в организм, то вреда он точно не принесет. Для окружающей среды мельхиор также безопасен, так как не выделяет никаких вредных веществ.
• Сплав не ржавеет, что просто идеально в случае столовых приборов.
• Данный металл можно с уверенность назвать прочным. Вилки, ложки и ножи из мельхиора не гнутся даже в результате значительной нагрузки, чего не скажешь об алюминиевых и серебряных приборах.
• Долговечность приборов и посуды из этого сплава просто поражает. Возможно образование налета, но этот дефект легко убрать, если знать простые методы ухода за мельхиоровой посудой.
• Стоимость посуды из мельхиора намного ниже, чем серебряной. Хотя, как видите, качество и характеристики металла примерно такие же.

Эксплуатационные свойства

Внешний вид мельхиора позволяет имитировать дорогостоящее серебро. При этом сплав отличается большой прочностью и весит гораздо меньше, чем благородный металл. Чтобы разобраться во всех нюансах использования такого материала, нужно первым делом изучить его характеристики. Если нужно написать развёрнутый доклад о мельхиоре по химии в 9 классе, то следует изучить основную информацию об этом сплаве, чтобы за проделанную работу получить высокую оценку.

Среди основных химических свойств материала можно выделить следующие:

• Сплав отлично противостоит газам и большим атмосферным нагрузкам.
• Высокий показатель сопротивляемости негативному воздействию коррозии.
• Материал не реагирует на агрессивную кислотную среду.
• Инертность к воздействию пресной и морской воды.

Не менее интересными являются физические свойства. Даже если мельхиор будет использоваться при температуре до +150 °C, он всё равно не окислится. Этот материал можно подвергать спайке. Мельхиор разрешено полировать. На производстве столовые приборы из этого материала покрывают тонким слоем серебра либо золотым напылением. В противном случае необработанный сплав может придавать пище характерный металлический привкус.

Плотность материала находится в пределах 8900 кг/м³, что ниже, чем у серебра. Температура плавления зависит от марки используемого сплава, но чаще всего итоговое значение находится в пределах от 1180 до 1240 °C. Удельное электрическое сопротивление мельхиора в 20 раз превышает показатели меди — 285 нОм*м. Если в составе снижено содержание марганца и железа, тогда сплав будет проводить ток. Прочностные показатели описываемого сплава можно сравнить со сталью. Временное сопротивление на разрыв достигает отметки 400 МПа. На производстве сплав проходит термическую обработку, так как это позволяет существенно повысить твёрдость.