miedzionikiel - Cupronickel

Cupronickel lub miedź-nikiel (CuNi) jest stopem z miedzi , która zawiera nikiel elementów i wzmacniające, takie jak żelaza i manganu . Zawartość miedzi zwykle waha się od 60 do 90 procent. ( Monel jest stopem niklu i miedzi, który zawiera co najmniej 52 procent niklu.)

Pomimo wysokiej zawartości miedzi, miedzionikiel ma kolor srebrny. Cupronickel jest wysoce odporny na korozję powodowaną przez słoną wodę i dlatego jest stosowany w rurociągach, wymiennikach ciepła i skraplaczach w systemach wody morskiej , a także w sprzęcie morskim. Czasami jest używany do śmigieł , wałów śrubowych i kadłubów wysokiej jakości łodzi . Inne zastosowania obejmują sprzęt wojskowy oraz przemysł chemiczny, petrochemiczny i elektryczny.

Innym powszechnym współczesnym zastosowaniem miedzioniklu są srebrne monety . Do tego zastosowania typowy stop ma stosunek miedzi do niklu 3:1, z bardzo małą ilością manganu. W przeszłości prawdziwe srebrne monety były dewaluowane miedzioniklem.

Nazwa

Oprócz cupronickel i miedź-nikiel , kilka innych terminy są stosowane do opisania materiału: nazwami handlowymi alpaka lub Alpacca , Argentan Minargent rejestrowanego francuski termin Cuivre blanc i romanizowana kantoński termin Paktong ,白銅(francuskie i terminy kantoński obie co oznacza „biała miedź”); cupronickel jest również czasami określany jako srebro hotelowe , plata alemana ( po hiszpańsku „ niemieckie srebro ”) , niemieckie srebro i chińskie srebro .

Aplikacje

Inżynieria morska

Stopy cupronickel są wykorzystywane do zastosowań morskich ze względu na ich odporność na działanie wody morskiej korozji , dobrej fabricability, a ich skuteczność w obniżaniu makroosadów poziomów. Stopy o składzie od 90% Cu–10% Ni do 70% Cu–30% Ni są powszechnie stosowane w wymiennikach ciepła lub rurach skraplacza w wielu różnych zastosowaniach morskich.

Ważne zastosowania morskie dla miedzioniklu obejmują:

• Budowa i remonty statków : kadłuby łodzi i statków, chłodzenie wodą morską, zęzy i balast, instalacje sanitarne, przeciwpożarowe, gaz obojętny, agregaty chłodnicze i pneumatyczne.
• Instalacje odsalania : podgrzewacze solanki, odprowadzanie i odzyskiwanie ciepła oraz w przewodach parownika.
• Morskie platformy naftowe i gazowe oraz statki przetwórcze i FPSO : systemy i osłony stref rozbryzgowych.
• Wytwarzanie energii : skraplacze turbin parowych, chłodnice oleju, pomocnicze systemy chłodzenia i podgrzewacze wysokociśnieniowe w elektrowniach jądrowych i na paliwa kopalne.
• Elementy systemu wody morskiej: rury skraplacza i wymiennika ciepła, rury, rurociągi, systemy wysokiego ciśnienia, armatura, pompy i skrzynie wodne.

Waluta

Pięć franków szwajcarskich

Pięć rupii indyjskich upamiętniających MOP .

Pomyślne zastosowanie miedzioniklu w monetach wynika z jego odporności na korozję , przewodności elektrycznej , trwałości , plastyczności , niskiego ryzyka alergii , łatwości stemplowania , właściwości przeciwdrobnoustrojowych i możliwości recyklingu .

W Europie w 1850 r. Szwajcaria była pionierem monet niklowo- bilonowych z dodatkiem srebra. W 1968 r. Szwajcaria przyjęła znacznie tańszy stosunek miedzi do niklu 75:25, który był używany w Belgii , Stanach Zjednoczonych i Niemczech. Od 1947 do 2012 r. wszystkie „srebrne” monety w Wielkiej Brytanii były wykonane z miedzioniklu, ale od 2012 r. dwa najmniejsze nominały miedzioniklu zostały zastąpione tańszymi monetami ze stali niklowanej.

Częściowo ze względu na srebrnym akumulacji w wojnie domowej, Stany Zjednoczone Mint pierwszy zastosowano cupronickel do obiegu monet w trzech centów kawałki począwszy od 1865 roku, a następnie przez pięć centów sztuk rozpoczynających się w 1866 roku przed tymi datami, obie były nominały wykonane tylko w srebrze w Stanach Zjednoczonych. Cupronickel to okładzina po obu stronach półdolarów amerykańskich (50 ) od 1971 r., a wszystkie ćwiartki (25 ) i dziesięciocentówki (10 ) wykonane po 1964 r. Obecnie niektóre monety w obiegu, takie jak nikiel Jeffersona (5 ¢), frank szwajcarski oraz południowokoreański 500 i 100 wonów są wykonane z litego miedzionikilu (stosunek 75:25).

Inne zastosowanie

Złącze termopary jest utworzone z pary przewodników termopary, takich jak żelazo- konstantan , miedź-konstantan lub nikiel-chrom/nikiel-aluminium. Złącze może być chronione osłoną z miedzi, miedzioniklu lub stali nierdzewnej.

Cupronickel jest używany w zastosowaniach kriogenicznych . Jego połączenie dobrego zachowania ciągliwości i przewodności cieplnej w bardzo niskich temperaturach jest korzystne dla urządzeń do przetwarzania i przechowywania w niskich temperaturach, jak również dla wymienników ciepła w instalacjach kriogenicznych.

Od około przełomu XIX i XX wieku powszechnie robiono z tego materiału kamizelki kuloodporne . Wkrótce zastąpiono go metalem pozłacanym, aby zredukować osadzanie się metalu w otworze .

Obecnie podstawowym materiałem do posrebrzanych sztućców pozostają miedzionikiel i srebro niklowe . Jest powszechnie stosowany w sprzęcie mechanicznym i elektrycznym, sprzęcie medycznym, zamkach błyskawicznych, elementach jubilerskich, a także na strunach do instrumentów z rodziny skrzypiec, a także na progach gitarowych. Fender Musical Instruments używało magnesów „CuNiFe” w swoim przetworniku „Wide Range Humbucker ” dla różnych gitar Telecaster i Starcaster w latach 70-tych.

W przypadku wysokiej jakości zamków bębenkowych i systemów zamykania rdzenie bębenkowe są wykonane z odpornego na ścieranie miedzioniklu.

Cupronickel został użyty jako alternatywa dla tradycyjnych stalowych przewodów hamulcowych, ponieważ nie rdzewieje. Ponieważ miedzionikiel jest znacznie bardziej miękki niż stal, łatwiej się zgina i rozszerza, a ta sama właściwość pozwala mu tworzyć lepsze uszczelnienie z elementami hydraulicznymi.

Nieruchomości

Cupronickel nie ma koloru miedzi ze względu na wysoką elektroujemność niklu, co powoduje utratę jednego elektronu w powłoce d miedzi (pozostawiając 9 elektronów w powłoce d w porównaniu z typowymi 10 elektronami czystej miedzi).

Ważne właściwości stopów miedzioniklu obejmują odporność na korozję , naturalną odporność na makroporosty , dobrą wytrzymałość na rozciąganie , doskonałą ciągliwość po wyżarzaniu , przewodność cieplną i charakterystykę rozszerzalności odpowiednią dla wymienników ciepła i skraplaczy , dobrą przewodność cieplną i ciągliwość w temperaturach kriogenicznych oraz korzystne właściwości antybakteryjne powierzchni dotykowej .

Stopy to:

• Wartości te mogą się różnić w innych normach

Subtelne różnice w odporności na korozję i wytrzymałości decydują o wyborze stopu. W miarę zmniejszania się tabeli zwiększa się maksymalna dopuszczalna prędkość przepływu w rurociągu, podobnie jak wytrzymałość na rozciąganie.

W wodzie morskiej stopy charakteryzują się doskonałą szybkością korozji, która pozostaje niska, dopóki nie zostanie przekroczona maksymalna projektowa prędkość przepływu . Ta prędkość zależy od geometrii i średnicy rury. Charakteryzują się wysoką odpornością na korozję szczelinową , pękanie korozyjne naprężeniowe i kruchość wodorową, która może być kłopotliwa dla innych systemów stopowych. Miedź-nikile w naturalny sposób tworzą cienką ochronną warstwę powierzchniową w ciągu pierwszych kilku tygodni kontaktu z wodą morską, co zapewnia jej stałą odporność. Ponadto mają wysoką naturalną odporność na porosty biologiczne na przywieranie przez makrofoulery (np. trawy morskie i mięczaki ) żyjące w wodzie morskiej. Aby w pełni wykorzystać tę właściwość, stop musi być wolny od efektów lub izolowany od jakiejkolwiek formy ochrony katodowej .

Jednak stopy Cu-Ni mogą wykazywać wysokie szybkości korozji w zanieczyszczonej lub stojącej wodzie morskiej, gdy obecne są siarczki lub amoniak . Dlatego ważne jest, aby unikać narażenia na takie warunki, szczególnie podczas rozruchu i ponownego montażu, gdy folie powierzchniowe dojrzewają. Dozowanie siarczanu żelazawego do systemów wody morskiej może zapewnić lepszą odporność.

Pęknięcie w płycie metalowej 90–10 Cu–Ni spowodowane naprężeniami podczas lutowania srebrem

Ponieważ miedź i nikiel łączą się ze sobą łatwo i mają prostą strukturę, stopy te są plastyczne i łatwe w produkcji. Obróbka na zimno zwiększa wytrzymałość i twardość każdego stopu ; nie są utwardzane przez obróbkę cieplną . Łączenie 90–10 (C70600) i 70–30 (C71500) jest możliwe zarówno przez spawanie, jak i lutowanie . Obydwa są spawalne większością technik, chociaż nie zaleca się metod autogenicznych (spawanie bez materiałów spawalniczych) lub acetylenowo-tlenowych . Materiały spawalnicze 70-30 zamiast 90-10 są zwykle preferowane dla obu stopów i nie jest wymagana obróbka cieplna po spawaniu. Można je również przyspawać bezpośrednio do stali, pod warunkiem, że do spawania używa się 65% niklu i miedzi, aby uniknąć efektu rozcieńczenia żelaza. Stop C71640 jest zwykle używany jako bezszwowe rury i rozszerzany, a nie wspawany w płytę sitową. Lutowanie wymaga odpowiednich stopów lutowniczych na bazie srebra. Należy jednak zachować dużą ostrożność, aby zapewnić, że nie ma naprężeń w lutowanym srebrem Cu-Ni, ponieważ każde naprężenie może spowodować międzykrystaliczną penetrację materiału lutowniczego i poważne pękanie naprężeniowe (patrz rysunek). Dlatego konieczne jest pełne wyżarzanie wszelkich potencjalnych naprężeń mechanicznych.

Zastosowania stopów Cu-Ni przetrwały próbę czasu, ponieważ są nadal szeroko stosowane i obejmują rurociągi systemów wody morskiej, kondensatory i wymienniki ciepła na statkach morskich, żeglugę komercyjną, wielostopniowe odsalanie błyskawiczne i elektrownie. Wykorzystywano je również jako okładziny stref rozbryzgowych na konstrukcjach przybrzeżnych i okładziny ochronne na kadłubach łodzi, a także w samych kadłubach litych.

Produkcja

Ze względu na swoją plastyczność stopy miedzioniklu można łatwo wytwarzać w szerokiej gamie kształtów produktów i kształtek. Rury z miedzioniklu można łatwo rozszerzyć na arkusze sitowe do produkcji płaszczowo-rurowych wymienników ciepła .

Dostępne są szczegółowe informacje na temat procedur produkcyjnych, w tym ogólnej obsługi, cięcia i obróbki, formowania, obróbki cieplnej, przygotowania do spawania, przygotowania do spawania, sczepiania, materiałów spawalniczych, procesów spawania, malowania, właściwości mechanicznych spoin oraz gięcia rur i przewodów rurowych.

Normy

Istnieją normy ASTM , EN i ISO dotyczące zamawiania kutych i odlewanych form miedzioniklu.

Termopary i rezystory, których rezystancja jest stabilna przy zmianach temperatury, zawierają stop Constantan , który składa się w 55% z miedzi i 45% z niklu.

Historia

chińska historia

Stopy cupronickel były znane jako „biały” miedzi na chińskim od około III wieku pne. Niektóre bronie wykonane w okresie Walczących Królestw były wykonane ze stopów Cu-Ni. Teoria o chińskim pochodzeniu baktryjskiego cupronickelu została zasugerowana w 1868 przez Flight, który odkrył, że monety uważane za najstarsze odkryte monety cupronickel były bardzo podobnego stopu do chińskiego paktongu .

Autor-uczony, Ho Wei, dokładnie opisał proces wytwarzania miedzioniklu około 1095 r. n.e. Paktong stopu opisano jako utworzony przez dodanie małych pigułek naturalnie występujące yunnan rudy kąpieli stopionego miedzi. Gdy utworzyła się skorupa żużla , dodano saletrę , stop wymieszano i wlewek natychmiast odlano . Cynk jest wymieniony jako składnik, ale nie ma szczegółowych informacji o tym, kiedy został dodany. Używana ruda jest uważana za dostępną wyłącznie w Yunnan , zgodnie z historią:

„San Mao Chun przebywał w Tanyang podczas roku głodu, kiedy wiele osób zmarło, więc biorąc pewne chemikalia, Ying przeniósł je na srebro, zamieniając je w złoto, a także przekształcił żelazo w srebro – umożliwiając w ten sposób uratowanie życia wielu [ poprzez kupowanie zboża za pomocą tego fałszywego srebra i złota] Następnie wszyscy ci, którzy przygotowali proszki chemiczne przez ogrzewanie i transmutację miedzi za pomocą projekcji, nazywali swoje metody "technikami Tanyang".

Późna literatura Ming i Qing zawiera bardzo niewiele informacji na temat paktongu . Jednak po raz pierwszy wspomniano o nim konkretnie z nazwy w Thien Kung Khai Wu z około 1637 roku:

„Po Shih lu Kan (cynku, węglan kalamin ) lub WO chhein (cynk metaliczny) miesza się i łączy z chih Thung (miedzi), dostaje«żółtą brąz»(zwykłe mosiądzu). W przypadku Phi Shang i inne arsenu substancje ogrzewano to, dostaje białej brąz „” lub Nejzilber: pai stringi kiedy. ałunu i saletra i inne substancje chemiczne są mieszane razem dostaje jeden ching Thung . zielony brąz”

Ko Hung stwierdził w 300 rne: „Miedź Tanyang została stworzona przez wrzucenie eliksiru rtęciowego do miedzi Tanyang i powstanie rozgrzane złoto”. Jednak Pha Phu Tsu i Shen I Ching opisują posąg w zachodnich prowincjach jako wykonany ze srebra, cyny, ołowiu i miedzi Tanyang – który wyglądał jak złoto i mógł być wykuty do platerowania i inkrustowania naczyń i mieczy.

Joseph Needham i in. twierdzą, że cupronickel był przynajmniej znany jako unikalny stop przez Chińczyków podczas panowania Liu An w 120 rpne w Yunnanie. Co więcej, Yunnanese State Tien zostało założone w 334 pne jako kolonia Chu. Najprawdopodobniej współczesny paktong był nieznany Chińczykom w tamtych czasach – ale naturalnie występujący stop miedzi z Yunnanu był prawdopodobnie cennym towarem w handlu wewnętrznym.

Monety grecko-baktryjskie

W 1868 roku W. Flight odkrył monetę grecko-baktryjską zawierającą 20% niklu, datowaną na lata 180-170 p.n.e. z popiersiem Euthydemusa II na awersie. Monety z podobnego stopu z popiersiami jego młodszych braci Pantaleona i Agatoklesa zostały wybite około 170 roku p.n.e. Skład monet został później zweryfikowany przy użyciu tradycyjnej metody mokrej i spektrometrii fluorescencji rentgenowskiej. Cunningham w 1873 roku zaproponował „baktryjską teorię niklu”, która sugerowała, że ​​monety musiały być wynikiem handlu lądowego z Chin przez Indie do Grecji. Teoria Cunninghama została poparta przez uczonych, takich jak WW Tarn, Sir John Marshall i J. Newton Friend, ale została skrytykowana przez ER Caleya i S. van R. Cammanna.

W 1973 r. Cheng i Schwitter w swoich nowych analizach zasugerowali, że stopy Bactrian (miedź, ołów, żelazo, nikiel i kobalt) są bardzo podobne do chińskiego paktongu , a z dziewięciu znanych azjatyckich złóż niklu tylko te w Chinach mogą zapewnić identyczne składy chemiczne. Cammann skrytykował gazetę Chenga i Schwittera, argumentując, że spadek waluty cupronickel nie powinien zbiegać się z otwarciem Jedwabnego Szlaku. Gdyby baktryjska teoria niklu była prawdziwa, według Cammanna, Jedwabny Szlak zwiększyłby podaż miedzioniklu. Jednak koniec grecko-baktryjskiej waluty cupronickel można przypisać innym czynnikom, takim jak koniec Domu Eutydem.

Historia Europy

Wydaje się, że stop został ponownie odkryty przez Zachód podczas eksperymentów alchemicznych . Warto zauważyć, że Andreas Libavius w swojej Alchemii z 1597 r. wspomina o albumie aes z bielonej powierzchniowo miedzi za pomocą rtęci lub srebra. Ale w De Natura Metallorum w Singalarum Part 1, opublikowanym w 1599, ten sam termin został zastosowany do „cyny” z Indii Wschodnich (dzisiejsza Indonezja i Filipiny ) i otrzymał hiszpańską nazwę tintinaso .

Richard Watson z Cambridge wydaje się być pierwszym, który odkrył, że miedzionikiel był stopem trzech metali. Próbując odkryć tajemnicę białego miedzi, Watson critiqued Jean-Baptiste Du HALDE „s History of China (1688), jak mylące określenie paktong”., Zauważył Chińczyków jego dzień nie tworzą go jako stop ale raczej wytopiona łatwo dostępna nieprzetworzona ruda:

„...wyszło na jaw z szerokiej serii eksperymentów przeprowadzonych w Pekinie - że wystąpiła naturalnie jako ruda wydobywana w tym regionie, najbardziej niezwykłą miedzią jest petong lub biała miedź: jest biała po wykopaniu z kopalni, a nawet bardziej biały wewnątrz niż na zewnątrz. Po wielu eksperymentach przeprowadzonych w Pekinie wydaje się, że jego kolor nie jest spowodowany brakiem mieszanki, przeciwnie, wszystkie mieszanki umniejszają jego piękno, bo odpowiednio zarządzany wygląda dokładnie tak samo jak srebro. i gdyby nie było potrzeby mieszania odrobiny tutenagu lub innego metalu, aby go zmiękczyć, byłoby to o wiele bardziej niezwykłe, ponieważ ten rodzaj miedzi nie występuje nigdzie poza Chinami i tylko w prowincji Yunnan”. Niezależnie od tego, co tutaj zostało powiedziane, że kolor miedzi nie wynika z domieszki, jest pewne, że chińska biała miedź, jaką nam przyniesiono, jest mieszanką [sic: mieszaną] metalem; tak, że ruda, z której został wydobyty, musi składać się z różnych substancji metalicznych; i z takiej rudy, że powstało naturalne orichalcum, jeśli kiedykolwiek istniało”.

Podczas szczytowego importu chińskiej białej miedzi w Europie w latach 1750-1800 coraz większą uwagę zwracano na odkrywanie jej składników. Peat i Cookson odkryli, że „najciemniejszy okazał się zawierać 7,7% niklu, a najlżejszy podobno jest nie do odróżnienia od srebra z charakterystycznym dzwonowym rezonansem po uderzeniu i znaczną odpornością na korozję, 11,1%”.

W innym badaniu Andrew Fyfe'a oszacowano zawartość niklu na 31,6%. Domysły skończyły się, gdy James Dinwiddie z ambasady Macartneya sprowadził w 1793 r., na znaczne ryzyko osobiste (przemyt rudy paktong był zbrodnią kary śmierci cesarza Chin), część rudy, z której paktong był wytwarzany. Cupronickel stał się szeroko rozumiany, jak opublikował E. Thomason w 1823 r. w zgłoszeniu, później odrzuconym jako nie będący nową wiedzą, do Royal Society of Arts .

Wysiłki w Europie zmierzające do dokładnego powielenia chińskiego paktongu nie powiodły się z powodu ogólnego braku wymaganej, złożonej, naturalnie występującej rudy kobaltowo-niklowo-arsenowej. Jednak dzielnica Schneeberg w Niemczech , gdzie słynna firma Blaufarbenwerke produkowała błękit kobaltowy i inne pigmenty, posiadała wyłącznie wymagane w Europie złożone rudy kobaltowo-niklowo-arsenowe.

W tym samym czasie pruskie Verein zur Beförderung des Gewerbefleißes (Towarzystwo Doskonalenia Biznesu/Przemysłowości) przyznało nagrodę za opanowanie tego procesu. Nic dziwnego, że dr EA Geitner i JR von Gersdoff z Schneeberg zdobyli nagrodę i wprowadzili swoją markę „niemieckie srebro” pod nazwami handlowymi Argentan i Neusilber (nowe srebro).

W 1829 roku Percival Norton Johnston namówił dr Geitnera, aby założył odlewnię w Bow Common za Regents' Park Canal w Londynie i uzyskał sztabki niklu i srebra o składzie 18% Ni, 55% Cu i 27% Zn. W latach 1829-1833 Percival Norton Johnson był pierwszą osobą, która udoskonaliła cupronickel na Wyspach Brytyjskich. Stał się człowiekiem zamożnym, produkując ponad 16,5 ton rocznie. Stop był głównie wytwarzany na sztućce przez firmę William Hutton z Birmingham i sprzedawany pod nazwą handlową „Argentine”.

Najpoważniejsi konkurenci Johnsonsa, Charles Askin i Brok Evans, pod kierownictwem genialnego chemika, dr EW Bensona, opracowali znacznie ulepszone metody zawiesiny kobaltu i niklu oraz wprowadzili na rynek własną markę niklowego srebra, zwaną „British Plate”.

W latach dwudziestych XX wieku opracowano gatunek miedzi i niklu 70–30 do kondensatorów okrętowych. Wkrótce potem w brytyjskiej elektrowni, która wymagała lepszej odporności na erozję, wprowadzono 2% stopu manganu i 2% żelaza, znanego obecnie jako stop C71640, ze względu na zawartość piasku w wodzie morskiej. Stop 90-10 po raz pierwszy stał się dostępny w latach pięćdziesiątych, początkowo do rurociągów wody morskiej, a obecnie jest szerzej stosowanym stopem.

Zobacz też

• Mosiądz (miedź stopowana z cynkiem )
• Brąz (miedź stopowana z cyną )
• Stopy miedzi w akwakulturze

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Stopy miedzi i niklu
• Stopy miedzi i niklu: właściwości, przetwarzanie, zastosowania (źródło: Niemiecki Instytut Miedzi (DKI))]
• Stopy miedziowo-niklowe zapewniające odporność na korozję w wodzie morskiej i przeciwporostowe — przegląd stanu techniki (CA Powell i HT Michels; Corrosion 2000, NACE March 2000 (NACE))