Неорганическая химия. Т. 3, кн. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975566), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Подобные процессы можно повторять многократно. Если деформированный образец жестко, зафиксировать в устройстве для создания давления и нагреть выше температуры мартенситного перехода, он мог бы восстановить приобретенную деформацию. Но из-за жесткой фиксации образца эта деформация перейдет в упругую или упругопластическую, которая передастся на фиксирующее устройство и вызовет механические напряжения, называемые реактивными. Они достигают весьма больших значений — для сплавов меди до 600 М Па, для материалов на основе никелида титана до 1300 МПа. Это явление широко используют в технике, науке, медицине, Металлы и сплавы, обладающие способностью к регенерации деформаций, можно заставить выполнять сложные движения.
Уже созданы и работают самораскрывающиеся космические антенны и солнечные батареи, самовыдвигающиеся телескопы, перестраиваемые несущие конструкции. Можно скреплять трубы и стержни с помощью надетых на них муфт из сплавов с памятью формы — наружной стягивающей муфтой или 24 внутренней распорной муфтой из никелида титана. Таким образом удается соединять металл с резиной, пластмассами, керамикой. Особенно важно, что для проявления эффекта памяти формы не требуется сильного нагревания. Этой цели можно достичь горячей водой (рис. 6.8, в), солнечным светом или даже суточными перепадами температуры.
Парк одного из европейских городов украшает скульптура в форме кисти человека, выполненная из никелида титана. В ночное время при понижении температуры кисть сжимается в кулак, утром при повышении температуры срабатывает эффект памяти формы*, и кисть расжимается. л Тихонов А. С., Твравимвв Л. П, Пвохвввва И И. Применение эффвкхл памяти формы в современном машиностроении.
— М: Машиностроение, 1981. Нахождение в природе кобальта и никеля. Кобальт встречается в природе главным образом в виде соединений с мышьяком: смальтита СОАчэ (кобальтового шпейса) и кобальтита СОАлЯ (кобальтового блеска), однако эти минералы слишком редки и не образуют самостоятельных месторождений. Также кобальт входит в состав комплексных медно-кобальтово-никелевых и медно-кобальтовь1х сульфидных руд; в небольших количествах содержится в глинах и сланцах, которые образовались в условиях недостатка кислорода. Никель подобно кобальту имеет высокое сродство к мышьяку и сере, а изза близости ионных радиусов часто изоморфен соединениям кобальта, железа и меди.
Благодаря этому большое количество никеля в литосфере связано в полисульфидные медно-никелевые руды. Среди сульфидных минералов наибольшее значение имеют миллерит Н1$ (желтый никелевый колчедан), пентландит (Ге, Н1)вбм хлоантит %Аз, (белый никелевый колчедан). Другим важным никелевым сырьем являются серпентиновые породы, представляющие собой основные силикаты, например гарниерит (%, МВ)в[5140ш(ОН)в! 4Н.О.
В небольшом количестве соединения никеля содержатся в ископаемых углях, сланцах, нефти. Получение кобальта и никеля. Главным сырьем для производства кобальта и никеля служат полисульфидные руды*. Агломерированную руду смешивают с серной кислотой и переплавляют в шахтной печи в штейн, состоящий из сульфидов железа, кобальта, никеля и меди.
Это позволяет отделить его от силикатов, образующих шлаки. При охлаждении расплавленного штейна сульфиды выделяются в кристаллическом виде. Их измельчают, а затем нагревают до 1300'С в токе воздуха. Способность сульфидов к окислению убывает в ряду ГеЬ > Соб > ЩБп поэтому сначала с кислородом реагирует сульфид железа, который превращают в шлак добавлением кремнезема. Дальнейшее окисление приводит к образованию оксидов кобальта и никеля: 3СОЯ ь 50, = Со,04 А- 3БОэ; 2М,Ьэ -к 70э --- 6МО ь 450, * Сияпкаты и лругив кислородоодержашие никелевые руды предварительно переводят в сульфиды сплввлопяем с обелвожепным гипсом и углем при температуре 1500 С: Са80, + 4С = Сав + 4СО; 3191О в ЗСвз = 1908, л ЗСаО + 8 25 Их переводят в раствор обработкой серной кислотой или прибегая к анодному окислению, Примесь меди удаляют введением никелевого порошка, восстанавливаюшего ее до простого вещества. Кобальт и никель обладают близкими химическими свойствами.
Для их разделения раствор подшелачивают и обрабатывают хяоратом натрия или хлором, который окисляет лишь ибны кобальта: 2Со804 ь С1з + 3)х1азСОз + Н00 = 2СоООНЗ ч- 2(х1аС1 + ЗСО 1 -ь 2Р1аз804 В слабокислой среде кобальт остается в осадке в форме оксогидроксида, а никель переходит в раствор в виде соли, которую переводят в гидроксид. Оксиды, полученные прокаливанием гидроксидов, восстанавливают углем; 1000 С СозОз + 4С вЂ” э ЗСо + 4СО 1000 С МО + С э 1Ч1+ СО При восстановлении образуются также карбиды СозС, МзС, для их удаления оксид берут в избытке: )х11зС + 1х110 = 4% + СО Для получения более чистых металлов применяют электролитическое рафинирование, что позволяет выделить также платиновые металлы, содержавшиеся в штейне.
Применение кобальта и никеля. Более половины производимых кобальта и никеля расходуется на производство сплавов. Магнитные сплавы на основе кобальта (Ге — Со — Мо, Ее — 1х11 — Со — А1, Ят — Со) способны сохранять магнитные свойства при высоких температурах. Металлокерамические сплавы, представляющие собой карбилы титана, вольфрама, молибдена, ванадия и тантала, цементированные кобальтом, идут на изготовление режущих инструментов. Стали с большим содержанием никеля и хрома не корродируют на воздухе, из них делают хирургические инструменты, аппаратуру для химической промышленности. Жаростойкий хромоникелевый сплав нихром, содержащий 20 — 30% хрома, обладает высоким электрическим сопротивлением, из него изготавливают спирали электронагревателей.
В качестве нагревательных элементов также используют медно-никелевые сплавы константан (40% М, 60% Сп) и никелин (30% Н1, 56% Сп, 14% Хп); из монеля (68 % )х(1, 28% Сц, 2,5% Ге, 1,5% Мп) чеканят монету. Важное значение имеют сулерсплави — материалы на основе железа, кобальта или никеля, специально разработанные для эксплуатации при высоких температурах. Они обладают высокой коррозионной стойкостью, сохраняют прочность в интервале температур, при которых работают газовые турбины, характеризуются высоким модулем упругости и низким коэффициентом термического расширения. По сочетанию стойкости к окислению и прочности эти материалы не находят себе равных. Многие суперсплавы имеют кубическую гранепентрированную решетку, которая, будучи наиболее плотной из всех кристаллических структур, обеспечивает исключительные термомеханические свойства материала.
Сплав состоит из основы (ге, Со, )ч1), содержит добавки металлов, повышаюших стойкость поверхности (Сг), и элементы (А1), формируюшие кубическую т'-фазу (у'-)ч1зА1), обладающую высокой прочностью и устой- 26 чи востью к окислению. Введение в суперсплавы небольших количеств углерода (0,05— 0,2%) приводит к образованию карбидов, например Т<С, которые за время эксплуатации сплава при высоких температурах постепенно превращаются в карбиды состава МиС, и М,С, легко поддающиеся воздействию термической обработки.
Выделяющийся прн этом углерод переходит в форму твердого раствора. Таким образом, структуру суперсплава можно представить в виде твердого раствора с мелкокристаллнческнми включениями интерметаллидоа н карбидов, обеспечивающих его твердость и прочность. Дополнительное легнроаание способствует замедлению диффузионных процессов, повышению стабильности структуры при высоких температурах. Одним нз первых в 1935 г. был разработан суперсплав Кех-78, на 60% состоящий из железа, на 18% — из никеля, на 14% — из хрома, а также содержащий небольшое количество молибдена, титана, меди, бора, углерода.
Его используют для изготовлении рабочих лопаток турбин и сопел', Мелкодисперсные кобальт и никель обладают вь<сокой каталитической активностью. Тонкий порошок кобальта, осажденный на носителе, служит катализатором гидроформилирования по Фишеру — Тропшу. Никель часто заменяет платину в процессах гидрирования, например растительных жиров. В лаборатории каталитически активный мелкодисперсный порошок никеля (скелетный никель, никель Ренея) получают обработкой никельалюминиевого сплава щелочью в инертной или восстановительной атмосфере.
Никель идет на производство щелочных аккумуляторов. Многие соединения кобальта ярко окрашены и издревле попользуются в качестве пигментов для приготовления красок: алюминат кобальта СоА1,0«(«синий кобальт», гжельская синяя») имеет синий цвет; станнат Со,Яп04 («церулеум», «небесно-голубой») — голубой с синеватым оттенком; фосфаты Со,(РО«), («кобальт фиолетовый темный» ) и СоХН«РО« Н,О ( кобальт фиолетовый светлый») — красновато-фиолетовые; смешанный оксид кобальта(!1) и цинка иСоО. ш2пО («зеленый кобальт», «ринманова зелень») — ярко-зеленый; силикаты кобальта («<имальта», «кобш<ьтовое стекло») — темно-синие**.
Добавление оксида кобальга в стекло придает ему синий цвет. Железные пигменты обычно имеют желто-коричневую или красно-коричневую окраску разных оттенков. Среди природных пигментов наиболее известны охра — кристаллический оксогидроксид ГеО(ОН) и сиена, содержащая глину. При прокаливании они дегидратируются, приобретая красный цвет. Коричневая умбра образуется при выветривании железных руд, содержащих марганец.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
