Венецкий С.И. 12 страница

Если бристольской завод выдавал ежегодно 200 тонн цинка, то в наши дни мировая выплавка этого металла измеряется миллионами тонн. По масштабам производства он занимает третье место среди цветных металлов, уступая лишь признанным грандам цветной металлургии — алюминию и меди. Однако у цинка есть одно неоспоримое преимущество перед большинством промышленных металлов — малая стоимость, обусловленная простотой получения (дешевле его на мировом рынке только железо и свинец). Наряду с древним дистилляционным процессом, на цинковых заводах широко применяется электролитический способ, при котором цинк осаждается на алюминиевых катодах, а затем переплавляется в индукционных печах.

Любопытно, что знаменитый английский изобретатель Генри Бессемер, прославившийся созданием сталеплавильного конвертера, в 1868 году сконструировал солнечную печь, в которой удавалось плавить цинк и медь. Печь, однако, была технически несовершенна, да к тому же природные условия Туманного Альбиона явно не благоприятствовали ее практическому применению.

Свою трудовую деятельность цинк, как уже говорилось, начал задолго до рождения: металлурги древнего мира, бросая в огонь вместе с углем и медью серые камни, содержащие соединения цинка, получали латунь — отличный сплав, обладающий высокой прочностью и пластичностью, коррозионной стойкостью и красивым цветом, точнее гаммой цветов, зависящих от содержания цинка и других компонентов. В отличие от обычной красной меди, латунь на Руси называли желтой медью: при увеличении содержания цинка цвет сплава меняется от красноватого до светло-желтого. Латунь с небольшой добавкой алюминия имеет приятный золотистый цвет и используется в наши дни для изготовления знаков отличия и художественных изделий. Еще Аристотель писал о меди, которая " отличается от золота только вкусом". Очевидно, " золотая медь" - не что иное, как латунь.

Долгое время считалось, что памятник Минину и Пожарскому, сооруженный в начале прошлого века на Красной площади в Москве, выполнен из бронзы. Но недавние реставрационные работы внесли коррективы в этот вопрос: как оказалось, материалом для замечательного творения скульптора И. П. Мартоса послужила не бронза, а латунь.

В Индии есть селение Бидар, известное своими декоративными изделиями, которые местные мастера изготовляют из сплава меди, цинка и олова. Литые заготовки — кувшины, тарелки, статуэтки – покрывают особым раствором, после чего металл становится совершенно черным. Затем художники наносят на него разные узоры или рисунки, напоминающие инкрустацию серебром. Эти узоры никогда не тускнеют, чем и объясняется популярность изделий из Бидара не только в Индии, но и далеко за ее пределами.

Обычно цинк и медь выступают в сплавах как союзники, дополняя и обогащая друг друга. Но вот недавно они оказались в положении " конкурирующих фирм", причем цинк в буквальном смысле вытеснил медь из сплава. Произошло это в США, где до последнего времени цент – самая мелкая монета — чеканился из сплава, содержащего 95 % меди и 5 % цинка. Несколько лет назад принято решение изменить состав сплава. В него войдут те же компоненты, но уже совсем в другом соотношении: 97, 6 % цинка и всего 2, 4 % меди. Эта " перестановка" обусловлена тем, что цинк значительно дешевле меди, в связи с чем рационализаторское предложение финансистов сулит казне немалую выгоду.

Известно немало цинковых сплавов (с незначительными добавками алюминия, меди, магния), характеризующихся хорошими литейными свойствами и низкой температурой плавления. Из них отливают сложные тонкостенные детали и другие точные изделия, в том числе миниатюрные типографские литеры. В середине прошлого века по проекту русского скульптора И. П. Витали были отлиты и установлены в Георгиевском зале Большого Кремлевского дворца в Москве восемнадцать цинковых колонн с декоративным орнаментом и статуями, увенчанными лавровыми венками.

Уникальной коллекцией цинкового литья располагает один из жителей ГДР. Вот уже четверть века он собственноручно отливает из цинка маленькие, не более 5 сантиметров высотой, фигурки людей и животных. Коллекция включает около полутора тысяч интересных композиций. Пожалуй, самая впечатляющая из них посвящена происшедшей в 1813 году вблизи Лейпцига битве, где армия Наполеона, не оправившаяся еще после Бородинского сражения, потерпела крупное поражение от войск России, Пруссии, Австрии и Швеции. Композиция " Битва народов" состоит примерно из тысячи элементов — фигурок солдат и лошадей, орудий, повозок.

Увлечению немецкого коллекционера в немалой степени способствует сравнительно невысокая температура плавления цинка — около 420 °С. Многие свойства этого металла зависят от его чистоты. Как правило, он легко растворяется в кислотах, но если довести чистоту до " пяти девяток" (99, 999 %), то те же кислоты уже не могут справиться с ним даже при сильном нагревании. Чистота служит для цинка залогом не только химической неуязвимости, но и высокой пластичности: такой металл легко вытягивается в тончайшие нити. А вот обычный технический цинк проявляет довольно капризный характер: он соглашается прокатываться в ленту, листы и пластины лишь в определенном интервале температур - от 100 до 150°С, а при обычных температурах и выше 250 °С вплоть до точки плавления этот металл весьма хрупок — его можно без труда растереть в порошок.

В современных химических источниках тока цинковые пластины играют " отрицательную роль" — служат электродом со знаком " минус", где происходит окисление металла. Впервые цинк попробовал свои силы на этом поприще еще в 1800 году, когда итальянский ученый Алессандро Вольта создал свой гальванический элемент (" вольтов столб" ). Спустя два года с помощью огромной по тем временам гальванической батареи, состоявшей из 4200 медных и цинковых кружков, русский физик В. В. Петров впервые получил электрическую дугу.

В 1838 году русский электротехник Б. С. Якоби сконструировал электроход — лодку с электрическим двигателем, питавшимся током от гальванических батарей. Некоторое время лодка плавала вверх и вниз по Неве, перевозя до четырнадцати пассажиров. Однако такой двигатель был очень неэкономичным, что дало немецкому химику Юстусу Либиху основание заявить: " Гораздо выгоднее прямо сжигать уголь для получения теплоты или (заботы, чем расходовать этот уголь на добывание цинка, а затем уже сжиганием его в батареях получать работу в электродвигателях". Не нашли тогда успеха и попытки применить электрическую тягу от батарей на суше. Знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль будто бы однажды то ли в шутку, то ли всерьез заметил, что дешевле прокормить лошадь, чем менять цинк в электрической батарее.

В наши дни эта идея обрела второе дыхание: по дорогам многих стран уже снуют тысячи электромобилей, причем их конструкторы при выборе движущей силы склонны отдать предпочтение воздушно-цинковым аккумуляторным батареям, которые заменяют десятки лошадей, позволяя проходить без " подкормки", т. е. без подзарядки, более сотни километров. Крохотные источники тока такого типа используются в слуховых аппаратах, часовых индикаторах, фотоэкспонометрах, микрокалькуляторах. В обычной плоской батарейке карманного фонарика под бумажной рубашкой находятся три цинковых цилиндрика: " сгорая" (т. е. окисляясь), цинк рождает ток, зажигающий лампочку фонарика. Для более солидных устройств надежными источниками тока, способными одновременно питать десятки приборов, служат аккумуляторы с электродами из серебра и цинка. Такой аккумулятор работал, например, на борту одного из советских искусственных спутников Земли.

Возникший в последние годы энергетический кризис заставил заняться поисками источников энергии многие крупные научные и промышленные организации. Но от профессиональных изобретателей не отстают и любители. Так, некий часовщик из английского города Киддерминстер решил воспользоваться для этой цели... обычным лимоном. Вставив в него цинковую и медную пластинки с выводами, изобретатель получил оригинальную электрическую батарею. В результате реакции лимонной кислоты с медью и цинком возникал ток, которым в течение нескольких месяцев питался крохотный моторчик, приводивший в движение рекламную табличку в витрине часовой мастерской. Чем не изобретение? Но вот беда: по подсчетам специалистов, чтобы обеспечить током, например, всего один телевизор, нужна батарея из нескольких миллионов лимонов.

Более мощный растительный источник тока предложил американский биохимик лауреат Нобелевской премии Мелвин Калвин. Он разработал солнечную батарею, в которой ток создают совместными усилиями оксид цинка и хлорофилл растений. С поверхности зеленой электроплантации размером с небольшую комнату можно собрать " урожай" тока мощностью в 1 киловатт.

Видимо, в недалеком будущем, может быть уже в конце нашего века, мы станем свидетелями новых достижений солнечно-растительной энергетики, но пока вернемся вновь в прошлое столетие, чтобы познакомиться с тремя важными событиями, имеющими прямое отношение к цинку.

Первое из них произошло в 1850 году: француз Жилло предложил оригинальный способ изготовления типографских клише. На цинковую пластину кислотостойкой краской вручную наносили рисунок и затем поверхность металла протравливали азотной кисло-

той. При этом окрашенные участки оставались целыми и невредимыми, а в местах, где не было краски, кислота " съедала" цинк, образуя углубления. Изображение становилось рельефным и при печати на бумаге появлялся нужный рисунок. В дальнейшем жиллотипия (так поначалу назывался этот способ) заметно усовершенствовалась и превратилась в цинкографию, с помощью которой печатные машины всего мира ежедневно воспроизводят несметное число рисунков и фотографий в книгах, газетах, журналах.

В 1887 году известный немецкий ученый Генрих Рудольф Герц обнаружил явление фотоэффекта — испускание веществом электронов под действием света. Спустя год фотоэффект был тщательно изучен русским физиком А. Г. Столетовым, который провел в лаборатории Московского университета изящный опыт, вошедший в историю науки. К отрицательному полюсу гальванической батареи он присоединил цинковую пластинку, а к положительному — металлическую сетку, расположив ее напротив пластины на некотором от нее расстоянии. Естественно, что по этой разомкнутой цепи ток не шел, и стрелка гальванометра неподвижно стояла на нуле до тех пор, пока ученый не направил на цинковую пластинку яркий луч света — стрелка тотчас же сдвинулась с места. Это означало, что по цепи пошел ток. Столетов еще более усилил освещение пластинки и стрелка переместилась дальше, свидетельствуя об увеличении тока. Как только свет был отключен, ток в цепи исчез и стрелка вновь замерла на нуле. Этот прибор по сути дела был первым фотоэлементом — устройством, без которого немыслима современная техника.

В том же году, когда Столетов осуществил свой исторический опыт, цинковая пластинка стала, " соучастницей" интересного изобретения: немецкий инженер Берлинер, работавший в США, создал свой аппарат для воспроизведения звука — граммофон, предложив использовать в качестве звуконосителя цинковый диск, покрытый тонким слоем воска. С диска можно было снять металлическую копию — матрицу для массового производства граммофонных пластинок. Первая в мире граммпластинка, изготовленная самим Берлинером, хранится в Национальном музее США в Вашингтоне. В 1907 году в Париже граммпластинки с записями Энрико Карузо, Франческо Таманьо, Аделины Патти и других выдающихся певцов были торжественно помещены в оцинкованные герметические футляры для длительного хранения. Вскрыть футляры намечено через 100 лет, т. е. в 2007 году.

В современной технике применяется не только монолитный цинк, но и цинковая пыль. Так, пиротехникам она помогает окрашивать пламя в голубой цвет. Металлурги используют ее для извлечения из цианистых растворов золота и серебра. Даже при получении самого цинка не обходятся без этой пыли: с ее помощью раствор сульфата цинка очищают от меди и кадмия при гидрометаллургическом (электролитическом) способе производства. Металлические мосты, конструкции промышленных зданий, крупные машины и механизмы часто окрашивают серой краской, предохраняющей металл от коррозии; в состав краски тоже входит цинковая пыль.

Уж коли мы упомянули коррозию, пора сказать о важнейшем " амплуа" цинка: почти половина всего мирового производства этого металла идет на защиту стали от злейшего врага — ржавчины, пожирающей ежегодно десятки миллионов тонн железа. Оцинкованные ведра и корыта, кровля домов и водосточные трубы служат долгие годы, в то время как на обычной листовой стали первый же дождик может нарисовать рыжие разводы.

Почему же именно цинку доверяется нелегкая и почетная служба по охране стальных " границ? " Ведь он отнюдь не слывет стойким борцом против химических агрессоров, как, допустим, хром, никель или кобальт? Оказывается, именно в этом и кроется ответ на вопрос. Подобно тому как женщина, по выражению кого-то из мудрецов, сильна своей слабостью, цинк надежно защищает железо от коррозии, потому что сам... бессилен ей противостоять. Цинк характеризуется большей химической активностью, чем железо, и при возникновении угрозы окисления он тут же подставляет себя под удар: жертвуя собой, спасает от гибели железо. Не случайно такой способ защиты иногда называют " жертвенным".

Даже когда на цинковом панцире появляется царапина, коррозия не может делать свое ржавое дело: пока на поверхности стального изделия есть хоть крупица цинка, железо не будет разрушаться. В этом смысле никелевые или хромовые покрытия, обладающие высокой коррозионной стойкостью, на практике порой оказываются не столь надежными: они отлично служат лишь до первого повреждения, но малейшая, буквально точечная, брешь, возникшая на них, открывает агрессивным компонентам доступ к железу, и оно начинает ржаветь " на глазах" у никеля или хрома, пользующихся своей химической неприкосновенностью.

Если учесть, что цинк к тому же значительно дешевле, чем другие защитники стали от коррозии, станет понятно, почему цинковые покрытия уверенно занимают первое место — как по масштабам, так и по важности — среди всех металлопокрытий.

В последнее время цинковые покрытия расширили сферу защитной деятельности: их начали наносить на поверхность металлических конструкций, испытывающих большие тепловые нагрузки. Так, прежде конструкции стартовых комплексов для запуска космических ракет из-за перегревов со временем теряли прочность. Во избежание этого металл теперь покрывают слоем цинка. Благодаря низкой температуре кипения, он во время стартовой " горячки" быстро испаряется, поглощая большое количество тепла и тем самым защищая металлоконструкции от перегрева.

Технология цинкования довольно проста. Чаще всего для этой цели стальные листы, трубы или детали погружают непосредственно в расплавленный цинк. Но попробуй погрузи в расплав, например, мачту линии электропередачи: потребуется " ванночка" размером с огромный плавательный бассейн. В таких случаях пользуются методом напыления с помощью различных устройств. Разработан специальный пистолет, заряжаемый металлической проволокой и стреляющий струей жидкого металла, который, застывая, покрывает поверхность обрабатываемого металла равномерным защитным слоем. А чтобы покрытие было блестящим, применяют электролитический метод цинкования.

Многогранна сфера деятельности. не только самого цинка, но и его соединений. Еще в средние века арабские и западноевропейские медики применяли в лечебных целях '" белый снег" — пушистый порошок оксида цинка, который алхимики именовали " философской шерстью". Мази, детские присыпки, глазные капли, содержащие в том или ином виде этот элемент, вы можете встретить и сегодня в любой аптеке. Редкая женщина не пользуется оксидом цинка, может быть, и не подозревая об этом: а ведь пудра — не что иное, как мельчайший порошок этого цинкового соединения с добавкой ароматических, красящих и других веществ. При очень сильном увеличении крупицы пудры напоминают мохнатого паука с растопыренными во все стороны лапками.

Примерно два столетия назад во Франции и Англии появились цинковые белила, которые, в отличие от применявшихся издавна свинцовых, были безвредны для человеческого организма и поэтому быстро вошли в обиход. Вскоре новую краску стали изготовлять и в других странах. Так, в 1807 году один из журналов, издававшихся в России, поместил статью " О приготовлении белил из цинкового оксида, которые могут заменить обыкновенные белила". Цинк может служить веской уликой против художников, промышляющих подделкой работ под знаменитых мастеров прошлого. Если на экспертизу попадает картина, якобы принадлежащая кисти Брейгеля Старшего, Рубенса или Эль Греко, а анализ красок указывает на присутствие в них цинковых белил, можно не сомневаться: перед вами явная фальшивка.

Без оксида цинка не обходятся предприятия, выпускающие резину и линолеум. С давних пор знаком цинк и со стеклом: еще в 1851 году на Всемирной выставке в Лондоне огромный интерес вызвала новинка стекольной промышленности — цинковый хрусталь, обладавший особой гладкостью и блеском. В наше время художники-стеклоделы взяли на вооружение сульфид цинка, позволяющий окрашивать декоративное стекло богатой палитрой цветов и оттенков, превращать его в яшму или мрамор, агат или лазурит.

В 20-х годах нашего века кристалл оксида цинка успешно дебютировал в радиосвязи: с его помощью удалось установить тогда рекорд дальности приема радиосигналов. Нашлась работа для соединений этого элемента и в телевизионной технике: три основных цвета на телеэкране — синий, зеленый и красный — возникают благодаря люминесцентным свойствам сульфида, сёленида и фосфата цинка, активированных серебром, марганцем или другими добавками. Искусственному кристаллу сёленида цинка отводится ответственная роль в создании в перспективе лазерного телевидения: площадь экрана цветного лазерного телевизора будет достигать нескольких квадратных метров — яркое красочное изображение займет всю стену в квартире будущего. Соединения цинка обладают и полупроводниковыми свойствами, что также сулит им отличные перспективы.

В цинке нуждается не только техника — в малых дозах он необходим живым и растительным организмам. Суточная потребность человека в этом микроэлементе колеблется от 5 до 20 миллиграммов. Особенно большую потребность в нем испытывают люди, часто заглядывающие в рюмку: алкоголь как бы вытесняет цинк из организма. Обследования людей-карликов, проведенные в Иране и Египте, показали, что задержка роста вызвана, в частности, низким содержанием цинка в потребляемой ими пище. А вот крысы-самки, из рациона которых он был полностью исключен, вскоре стали злыми драчуньями. Приобретенная черта характера передалась затем потомству, причем наиболее преуспел в этом отношении " слабый пол".

У некоторых беспозвоночных морских животных цинк выполняет те же функции, что железо в крови человека: в золе моллюсков иногда оказывалось до 12 % цинка. В заметных количествах он содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Ученые предполагают, что этот элемент защищает змею от собственного яда.

Важную роль играет цинк и в мире растений. Пшеница, например, может погибнуть, если его не окажется в почве. Довольно много цинка в винограде, апельсинах, грушах, есть он в помидорах, луке, салате, богаты им грибы — маслята, лисички, подберезовики.

Давным-давно было подмечено, что многие растения предпочитают селиться вблизи тех или иных рудных месторождений. Так, лесная фиалка и полевые анютины глазки тяготеют к землям, содержащим цинк. Об этом влечении знали древние рудознатцы, используют его при поиске спрятанных в недрах полезных ископаемых и современные геологи.

Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, который называют также цинковой обманкой. За какие же грехи получил камень такое обидное прозвище? По-видимому, это связано с тем, что примеси различных элементов окрашивают минерал во всевозможные цвета — в них немудрено запутаться и принять сфалерит за что-нибудь другое. В горах Алтая часто попадается так называемая " бурундучная" руда, представляющая собой смесь цинковой обманки и бурого шпата. Эти полосатые камни и впрямь похожи на лесного зверька.

Как правило, в природе цинк находится в виде полиметаллических руд, содержащих также свинец, медь, железо, многие редкие металлы. Одно из европейских месторождений цинка и свинца послужило причиной образования целого государства. Произошло это в прошлом столетии, когда после разгрома наполеоновской империи часть входивших в нее земель должна была отойти к странам-победительницам. При разделе " земельного имущества" между Нидерландами и Пруссией возник спор из-за округа Моренэ, находившегося на границе этих государств. В конце концов в 1816 году было принято компромиссное решение: часть округа вошла в состав Нидерландов, часть — в состав Пруссии, а часть, на которой располагались богатые цинковые и свинцовые рудники (из-за них-то и разгорелся сыр-бор), была объявлена нейтральной. Так возникла карликовая республика Моренэ, занимавшая территорию всего в 3, 3 квадратных километра и насчитывавшая лишь несколько сот жителей. Но ведь суверенитет страны и ее минеральные ресурсы нужно охранять. Для защиты республики была создана армия в составе... одного военнослужащего — он исполнял функции и солдата, и главнокомандующего. (Вряд ли в его присутствии кто-либо решался утверждать, что один в поле не воин. ) К середине 80-х годов прошлого века запасы цинковых и свинцовых руд практически иссякли, но государство Моренэ просуществовало вплоть до 1920 года, а затем вошло в состав Бельгии.

В последнее время внимание специалистов привлекли необычные природные богатства: во впадинах Красного моря, на глубине около двух километров, обнаружены залежи полужидких руд цинка, меди, серебра. Возник проект создания специального судна, с борта которого на дно будет опущена труба — через нее руда в виде пульпы поступит из морских глубин на борт судна. Здесь она превратится в богатый цинком рудный концентрат.

Итак, цинковые руды добываются не только на суше, но и под водой, а вот свойства этого металла и его сплавов изучаются не только в земных условиях, но и в космическом пространстве: среди экспериментов, подготовленных болгарскими учеными-материаловедами для проведения на борту советской орбитальной станции " Салют", было выращивание кристаллов цинка и получение его сплава с железом. Чем порадует нас космический цинк?

Мартин Клапрот совершает открытие. — Что вам приснилось? — Без работы. — Постоянный спутник. — Серьезные разногласия. — " Купание" в щелочах. — Многогранная деятельность. — Не опасаясь перегрева. — В поисках призвания. — Судьбы " братьев". — Посторонним вход воспрещен. — Реактор " Наутилуса". - Заслуги и грехи. — Проблема за проблемой. — Богатства в отвалах. — На океанском берегу. — Древнейшие на Земле. — Склонность к " разбуханию". – Побочные профессии. — Лампа Нернста. — На все вкусы. — Что происходит в Монлуи? — " Столица солнца". — Явное недоразумение.

В 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот, анализируя одну из разновидностей минерала циркона, обнаружил новый элемент, который он назвал цирконием. Благодаря красивой окраске — золотистой, оранжевой, розовой – циркон еще в эпоху Александра Македонского считался драгоценным камнем. Название минерала происходит, по-видимому, от персидского слова " заргун" — золотистый.

Циркон (в литературе встречаются и другие названия этого минерала: гиацинт, яцинт, яргон, джаргон) использовали в старину не только как украшение, но и как амулет, который " сердце обвеселит, и кручину и неподобные мысли отгоняет, разум и честь умножает". Один из древнерусских эскулапов с профессиональной осведомленностью утверждал в своем труде о медицине, что тот " кто яхонт червленый при себе носит, снов страшных и лихих не увидит, скрепит сердце свое и в людях честен будет". (Яхонтом на Руси называли многие драгоценные камни, в том числе и цейлонский гиацинт).

В свободном виде цирконий впервые выделил в 1824 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус. Однако получить чистый цирконий в те времена не представлялось возможным, и физические свойства этого металла долгое время не были изучены. В течение десятков лет цирконий, подобно многим новым металлам, не мог найти себе занятие по душе, в то время как такие давно известные металлы, как железо, медь, свинец, умели показать товар лицом и потому не страдали от отсутствия предложений.

Только в начале нашего века ученым удалось получить свободный от примесей цирконий и тщательно исследовать свойства этого металла. Оказалось, что у него есть постоянный спутник — гафний. Более 130 лет химики не замечали, что гафний присутствует (причем иногда в довольно больших количествах) з цирконии. Объясняется это поразительным сходством их химических свойств. Впрочем, по некоторым вопросам у этих элементов имеются серьезные разногласия, но об этом будет рассказано несколько ниже.

Чистый цирконий — внешне похожий на сталь, но более прочный металл, обладающий высокой пластичностью. Одно из важных свойств циркония — его исключительная стойкость ко многим агрессивным средам. По антикоррозийным4 качествам цирконий превосходит такие стойкие металлы, как ниобий и титан. Нержавеющая сталь теряет в пятипроцентной соляной кислоте при 60 °С примерно 2, 6 миллиметра в год, титан — около 1 миллиметра, а цирконий — в тысячу раз меньше. Особенно велико сопротивление циркония действию щелочей; в этом отношении ему уступает даже тантал, который по праву снискал себе репутацию выдающегося борца с химической коррозией. Лишь цирконий может позволить себе длительное " купание" в щелочах, содержащих аммиак, -весьма агрессивных средах, противопоказанных всем без исключения другим металлам.

Благодаря высокой коррозионной стойкости цирконий нашел применение в столь ответственной области медицины, как нейрохирургия. Из сплавов циркония изготовляют кровоостанавливающие зажимы, хирургический инструмент, а в ряде случаев даже нити для наложения швов при операциях мозга.

После того как ученые заметили, что добавки циркония к стали значительно улучшают многие ее свойства, цирконий был возведен в ранг ценного легирующего элемента. Деятельность циркония на этом поприще многогранна: он повышает твердость и прочность стали, улучшает ее обрабатываемость, прокаливаемость, свариваемость, благоприятно влияет на жидкотекучесть стали, измельчает содержащиеся в ней сульфиды, делает структуру металла мелкозернистой.

При введении циркония в конструкционную сталь заметно возрастает ее окалиностойкость: потери в массе стали, в которой содержится 0, 2-0, 3 % циркония, после трехчасовой выдержки при 820 °С примерно в шесть-семь раз меньше, чем той же стали, но не легированной цирконием.

Цирконий значительно повышает и коррозионную стойкость сталей. Так, после трехмесячного Пребывания в воде конструкционной стали потеря в массе в пересчете на 1 квадратный метр составила 16, 3 грамма, в то время как образец той же стали, но с добавкой 0, 2 % циркония, " похудел" лишь на 7, 6 грамма.

Циркониевую сталь можно нагревать до высоких температур, не опасаясь перегрева. Это позволяет интенсифицировать процессы ковки, штамповки, термообработки, цементации металла.

Плотная мелкозернистая структура и высокая прочность циркониевой стали в сочетании с хорошей жидкотекучестью позволяют изготовлять из нее отливки с более тонкими стенками, чем из обычной стали. Например, из стали с цирконием были отлиты опытные тонкостенные детали со стенками толщиной 2 миллиметра; толщина стенок этих деталей из такой же стали, но не содержащей циркония, составляла не менее 5—6 миллиметров.

Цирконий оказался хорошим союзником и для многих- цветных металлов. Добавка этого элемента к меди резко увеличивает ее прочность и жаропрочность, почти не снижая электропроводности. Высокой прочностью и электропроводностью обладает меднокадмиевый сплав с небольшим содержанием циркония. Введение его в алюминиевые сплавы заметно повышает их прочность, пластичность, сопротивление коррозии, теплостойкость. Прочность магнийцинковых сплавов при добавке незначительных количеств циркония возрастает примерно вдвое. Коррозионная стойкость сплава титана с цирконием в пятипроцентной соляной кислоте при 100 °С в десятки раз выше, чем у технически чистого титана. Добавка циркония к молибдену заметно повышает твердость этого металла. Цирконий вводят в марганцовистую латунь, в алюминиевые, никелевые, свинцовые бронзы.

И все же, как ни важна и почетна роль легирующего элемента для сталей и сплавов, она не могла удовлетворить цирконий. Он продолжал искать и нашел свое настоящее призвание. Но прежде чем рассказать об этом, вернемся к его колыбели — в химическую лабораторию Мартина Клапрота.

Дело в том, что в 1789 году Клапрот открыл не только цирконий, но и еще один замечательный элемент, которому суждено было сыграть выдающуюся роль в науке и технике XX века. Этим элементом был уран. Ни сам Клапрот, ни кто-либо другой не могли тогда предвидеть, как сложатся судьбы " братьев" — циркония и урана. Пути их разошлись надолго: в течение полутора веков ничто не связывало эти элементы. И только в наши дни после долгой разлуки они встретились вновь. Сначала об этом знали лишь очень немногие ученые и инженеры, работавшие в области ядерной энергетики, куда, как известно, посторонним вход воспрещен. Встреча состоялась в атомных реакторах, где уран использовали как ядерное топливо, а цирконий должен был служить оболочкой для урановых стержней. Впрочем, точности ради, отметим, что еще за несколько лет до этого американские ученые попробовали применять цирконий в качестве материала для ядерного реактора, который был установлен на первой атомной подводной лодке США " Наутилус". Однако вскоре выяснилось, что из циркония выгоднее делать не стационарные детали активной зоны реактора, а оболочки топливных элементов. Вот тогда-то уран и попал в объятия циркония.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒