Поведение в жидком состоянии

Растворимость металлов

Сплавы благородных металлов

Классификация металлов

Для классификации металлов не существует единой системы. Все традиционные виды классификации металлов по группам основаны на практической необходимости, конкретных технических задачах и на специальных, важных для того или иного случая свойствах: по плавкости, например, различают легко-, средне- и тугоплавкие металлы, а по плотности одни металлы (с р до 5 г/см³) относятся к легким, а другие (с р более 5 г/см³) — к тяжелым; по технологическим качествам и назначению выделяют конструкционные металлы, упругие и твердые.

В ювелирном деле металлы в зависимости от степени их окисляемости на воздухе принято разделять на благородные и неблагородные. Последние по внешнему виду делятся на цветные (Сu и ее сплавы) и белого цвета (Sn, Zn, Sb, Bi, Pb и их сплавы). Необходимо, однако, сказать, что такого рода классификация, хотя она и порождена многолетней практикой, не может считаться однозначно последовательной. Теперь, например, известно, что благородные металлы не так стойки к окислению, как утверждалось ранее, а цветные сплавы золота не относятся к цветным металлам, даже когда, к примеру, в сплаве Аи 333 медь доминирует по содержанию; нейзильбер же белого цвета является цветным металлом.

Принято говорить: «украшение из драгоценного металла» и «подлинное или настоящее украшение», что, разумеется, неправильно. Любое высокохудожественное украшение остается всегда таковым, из какого бы металла при этом оно не было сделано.

Сплав представляет собой смесь двух или нескольких металлов или металла с неметаллами. Он образуется посредством совместного плавления различных компонентов, в исключительных случаях — диффузии твердых, жидких или газообразных веществ в металл. Эти смеси также имеют металлические свойства. Варьируя компонентами, их количеством, можно не только изменить свойства металлов, придав им совершенно новые качества, но и снизить их стоимость.

При расплавлении металлов наблюдаются следующие их возможные взаимодействия:

Полная нерастворимость. В этом случае в расплавленном состоянии взаимная растворимость компонентов отсутствует; металлы, в зависимости от их плотности, располагаются друг над другом отчетливо различающимися слоями (и при литье они затвердели бы в кокиле тоже раздельно).

Полная растворимость. В данном случае, независимо от соотношения компонентов, они, растворяясь, образуют однородный расплав, исходные металлы в котором уже неразличимы, что, кстати, и является главным условием

получения пригодного для использования сплава.

Образование сплава из однородного расплава (схема): 1 — однородный твердый раствор; 2 — образование ограниченного твердого раствора; 3 — гетерогенная смесь кристаллов.

Ограниченная растворимость. В расплаве одного металла растворяется только ограниченное количество другого, избыток же выделяется в расплаве в виде слоя нерастворившегося компонента. В качестве примера возьмем систему Ag-Ni, когда в расплаве никеля растворяется до 2% серебра, а в жидком серебре растворяется до 0,4% никеля. Если же доля присадочного металла оказывается выше, то расплав получается состоящим как бы из двух, расположенных друг над другом слоев. К примеру, расплав Ag-Ni, содержащий 50% серебра, состоял бы из слоя никеля с 2% серебра и слоя серебра с 0,4% никеля.

Однородные (гомогенные) твердые растворы. Если исходные металлы имеют одинаковую по строению кристаллическую решетку и приблизительно одинаковые по величине атомы, то их полная растворимость может сохраниться и в твердом состоянии, так как кристаллическую решетку образуют совместно атомы обоих металлов, а компоненты сплава в кристаллите находятся в таком же соотношении, как и во всем сплаве, почему, собственно, микрошлиф сплава Au-Ag или Au-Cu схож с микрошлифом чистого металла.

Гетерогенная смесь кристаллов. Если компоненты по своему строению различны, то в процессе перехода из жидкого состояния в твердое единый расплав распадается и образующиеся при этом кристаллические решетки состоят только из одного вида атомов, а кристаллиты — из одного из исходных компонентов. Такая форма абсолютной нерастворимости встречается на практике очень редко.

Образование твердых растворов с ограниченной растворимостью. В то время как компоненты в жидком состоянии образуют абсолютно однородный расплав, при их затвердевании возникает твердый раствор, в котором преобладает один тип металла, а в кристаллическую решетку этого металла внедряется ограниченное количество атомов другого металла. Такие сплавы встречаются довольно часто и имеют большое значение на практике, так как их свойства особенно сильно отлича­ются от свойств чистых металлов, например в системе Ag-Cu.

Интерметаллические соединения (металлиды). В их кристаллической решетке содержатся атомы исходных металлов в количественном соотношении, выраженном целыми числами, что на практике отображается записями типа AuCu, Au₂Cu₃, на первый взгляд напоминающими химические формулы .молекул, в действительности здесь указывается на количественное соотношение компонентов сплава. При целочисленных соотношениях атомы в кристаллической решетке располагаются в упорядоченном виде таким образом, что, например, атомы одного металла занимают углы кубической ячейки, а атомы другого размещаются в ее центре. Кроме расположения атомов в элементарной ячейке, имеет значение и упорядоченность занимаемых ими мест в кристаллической решетке, которая называется сверхструктурой. Могут образовываться очень сложные кристаллические структуры, значительно отличающиеся от кристаллических решеток чистых металлов, и компоненты которых могут находиться в таких количественных соотношениях, как, например, Cu,Zn_fi и CiL.SrL. Все металлиды— твердые, хрупкие и почти не поддаются обработке давлением.