Kneedbaarheid verwijst naar de gevoeligheid van metalen en legeringen voor smeden en andere soorten drukbehandeling. Het kan tekenen, stempelen, rollen of persen zijn. De vervormbaarheid van koper wordt niet alleen gekenmerkt door weerstand tegen vervorming, maar ook door vervormbaarheid. Wat is plasticiteit? Dit is het vermogen van metaal om onder druk zijn contouren te veranderen zonder vernietiging. Smeedbare metalen zijn messing, staal, duraluminium en enkele andere koper-, magnesium-, nikkel- en aluminiumlegeringen. Zij hebben een hoge mate van plasticiteit gecombineerd met een lage weerstand tegen vervorming.
Koper
Ik vraag me af hoe de eigenschap van koper eruit ziet? Het is bekend dat dit een element is van de 11e groep van de 4e periode van het systeem van chemische elementen van D. I. Mendeleev. Het atoom heeft nummer 29 en wordt aangeduid met het symbool Cu. In feite is het een ductiel overgangsmetaal met een roze-gouden kleur. Het heeft trouwens een roze kleur als de oxidefilm afwezig is. Dit element wordt al heel lang door mensen gebruikt.
Geschiedenis
Een van de eerste metalen die mensen actief in hun huishouden begonnen te gebruiken, is koper. Het is inderdaad te toegankelijk om uit erts te halen en heeft een kleinesmelttemperatuur. De mensheid kent al heel lang de zeven metalen, waaronder ook koper. In de natuur komt dit element veel vaker voor dan zilver, goud of ijzer. Oude voorwerpen gemaakt van koper, slakken, zijn het bewijs van het smelten uit ertsen. Ze werden ontdekt tijdens de opgravingen van het dorp Chatal-Khuyuk. Het is bekend dat in de kopertijd koperen dingen wijdverbreid werden. In de wereldgeschiedenis volgt hij de stenen.
S. A. Semyonov en zijn collega's voerden experimentele studies uit, waarin hij ontdekte dat koperen gereedschappen in veel opzichten superieur zijn aan stenen. Ze hebben een hogere snelheid bij het schaven, boren, zagen en zagen van hout. En het bewerken van een bot met een koperen mes duurt net zo lang als met een stenen mes. Maar koper wordt als een zacht metaal beschouwd.
Heel vaak gebruikten ze in de oudheid in plaats van koper de legering met tin - brons. Het was nodig voor de vervaardiging van wapens en andere dingen. Dus de bronstijd kwam in de plaats van het kopertijdperk. Brons werd voor het eerst verkregen in het Midden-Oosten in 3000 voor Christus. AD: Mensen hielden van de sterkte en uitstekende kneedbaarheid van koper. Uit het resulterende brons kwamen prachtige gereedschappen voor arbeid en jacht, gebruiksvoorwerpen en versieringen. Al deze items zijn gevonden in archeologische opgravingen. Daarna werd de Bronstijd vervangen door de IJzertijd.
Hoe kon koper in de oudheid worden verkregen? Aanvankelijk werd het niet gewonnen uit sulfide, maar uit malachieterts. In dit geval was het inderdaad niet nodig om vooraf te schieten. Hiervoor werd een mengsel van steenkool en erts in een aardewerken vat gedaan. Het vaartuig is geplaatst ineen ondiep gat en het mengsel werd in brand gestoken. Toen begon koolmonoxide vrij te komen, wat bijdroeg aan de reductie van malachiet tot vrij koper.
Het is bekend dat er in Cyprus al in het derde millennium voor Christus kopermijnen werden gebouwd, waar koper werd gesmolten.
Op het land van Rusland en aangrenzende staten ontstonden twee millennia voor Christus kopermijnen. e. Hun ruïnes zijn te vinden in de Oeral, en in Oekraïne, en in de Transkaukasus, en in Altai, en in het verre Siberië.
Het industrieel smelten van koper werd in de dertiende eeuw onder de knie. En in de vijftiende in Moskou werd de Cannon Yard gemaakt. Het was daar dat kanonnen van verschillende kalibers uit brons werden gegoten. Er werd een ongelooflijke hoeveelheid koper gebruikt om klokken te maken. In 1586 werd het tsaarkanon van brons gegoten, in 1735 - de tsaarklok, in 1782 werd de bronzen ruiter gemaakt. In 752 maakten ambachtslieden een prachtig beeld van de Grote Boeddha in de Todai-ji-tempel. Over het algemeen is de lijst met gietkunstwerken eindeloos.
In de achttiende eeuw ontdekte de mens elektriciteit. Het was toen dat enorme hoeveelheden koper werden gebruikt voor de vervaardiging van draden en soortgelijke producten. In de twintigste eeuw werden draden gemaakt van aluminium, maar koper was nog steeds van groot belang in de elektrotechniek.
Oorsprong van de naam
Weet je dat Cuprum de Latijnse naam is voor koper, afgeleid van de naam van het eiland Cyprus? Trouwens, Strabo noemt koperen chalkos - de stad Chalkis op Euboea maakt zich schuldig aan de oorsprong van zo'n naam. De meeste oude Griekse namen voor koper enbronzen voorwerpen zijn precies van dit woord afkomstig. Ze hebben een brede toepassing gevonden in het smeden, en bij smidsproducten en gietstukken. Soms wordt koper Aes genoemd, wat erts of mijn betekent.
Het Slavische woord "koper" heeft geen uitgesproken etymologie. Misschien is het oud. Maar het wordt heel vaak gevonden in de oudste literaire monumenten van Rusland. V. I. Abaev nam aan dat dit woord afkomstig was van de naam van het land Midia. De alchemisten gaven koper de bijnaam "Venus". In vroeger tijden heette het "Mars".
Waar wordt koper in de natuur gevonden?
De aardkorst bevat (4, 7-5, 5) x 10-3% koper (in massa). In rivier- en zeewater is het veel minder: respectievelijk 10-7% en 3 x 10-7% (in massa).
Koperverbindingen komen vaak voor in de natuur. De industrie gebruikt chalcopyriet CuFeS2, genaamd koperpyriet, borniet Cu5FeS4, chalcocite Cu 2S. Tegelijkertijd vinden mensen andere kopermineralen: cupriet Cu2O, azuriet Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachiet Cu2CO3 (OH)2 en covelline CuS. Heel vaak bereikt de massa van individuele ophopingen van koper 400 ton. Kopersulfiden worden voornamelijk gevormd in hydrothermale aderen met gemiddelde temperatuur. Vaak zijn in sedimentair gesteente koperafzettingen te vinden - leisteen en koperzandsteen. De meest bekende afzettingen zijn in het Trans-Baikal Territory Udokan, Zhezkazgan in Kazachstan, Mansfeld in Duitsland en de honinggordel van Centraal-Afrika. Andere rijkste koperafzettingen bevinden zichin Chili (Colhausi en Escondida) en de VS (Morenci).
Het grootste deel van het kopererts wordt open-pit gedolven. Het bevat 0,3 tot 1,0% koper.
Fysieke eigenschappen
Veel lezers zijn geïnteresseerd in de beschrijving van koper. Het is een kneedbaar roze-goud metaal. In de lucht wordt het oppervlak onmiddellijk bedekt met een oxidefilm, waardoor het een eigenaardige intense roodgele tint krijgt. Interessant is dat dunne films van koper een blauwgroene kleur hebben.
Osmium, cesium, koper en goud hebben dezelfde kleur, verschillend van het grijs of zilver van andere metalen. Deze kleurtint duidt op de aanwezigheid van elektronische overgangen tussen de vierde halflege en de gevulde derde atoomorbitalen. Tussen hen is er een bepaald energieverschil dat overeenkomt met de golflengte van oranje. Hetzelfde systeem is verantwoordelijk voor de specifieke kleur van goud.
Wat is er nog meer zo geweldig aan koper? Dit metaal vormt een vlak gecentreerd kubisch rooster, ruimtegroep Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Koper staat ook bekend om zijn hoge elektrische en thermische geleidbaarheid. Qua stroomgeleiding staat het bij de metalen op de tweede plaats. Trouwens, koper heeft een gigantische temperatuurweerstandscoëfficiënt en is bijna onafhankelijk van zijn prestaties over een breed temperatuurbereik. Koper wordt een diamagneet genoemd.
Koperlegeringen zijn divers. Mensen hebben geleerd om messing te combineren met zink, en nikkel met kopernikkel, en lood met babbits,en brons met tin en andere metalen.
Isotopen van koper
Koper bestaat uit twee stabiele isotopen, 63Cu en 65Cu, die een atomaire hoeveelheid hebben van respectievelijk 69,1 en 30,9 procent. Over het algemeen zijn er meer dan twee dozijn isotopen die geen stabiliteit hebben. De langstlevende isotoop is 67Cu met een halfwaardetijd van 62 uur.
Hoe wordt koper verkregen?
Het maken van koper is een zeer interessant proces. Dit metaal wordt gewonnen uit mineralen en koperertsen. De basismethoden voor het verkrijgen van koper zijn hydrometallurgie, pyrometallurgie en elektrolyse.
Laten we eens kijken naar de pyrometallurgische methode. Op deze manier wordt koper gewonnen uit sulfide-ertsen, bijvoorbeeld chalcopyriet CuFeS2. Chalcopyrietgrondstof bevat 0,5-2,0% Cu. Eerst wordt het oorspronkelijke erts onderworpen aan flotatieverrijking. Daarna wordt het geoxideerd geroosterd bij een temperatuur van 1400 graden. Vervolgens wordt het gecalcineerde concentraat gesmolten tot mat. Silica wordt aan de smelt toegevoegd om ijzeroxide te binden.
Het resulterende silicaat drijft als slak op en wordt afgescheiden. Mat blijft op de bodem - een legering van sulfiden CU2S en FeS. Daarna wordt het gesmolten volgens de methode van Henry Bessemer. Om dit te doen, wordt gesmolten mat in de converter gegoten. Het vat wordt vervolgens gespoeld met zuurstof. En het ijzersulfide dat overblijft, wordt geoxideerd tot oxide en wordt met behulp van silica uit het proces verwijderd in de vorm van silicaat. Kopersulfide wordt onvolledig geoxideerd tot koperoxide, maar wordt vervolgens gereduceerd tot metallisch koper.
Bhet resulterende blaarkoper bevat 90,95% van het metaal. Vervolgens wordt het onderworpen aan elektrolytische zuivering. Interessant is dat een aangezuurde oplossing van kopersulfaat als elektrolyt wordt gebruikt.
Elektrolytisch koper wordt gevormd op de kathode, die een hoge frequentie heeft van ongeveer 99,99%. Een verscheidenheid aan items is gemaakt van verkregen koper: draden, elektrische apparatuur, legeringen.
De hydrometallurgische methode ziet er een beetje anders uit. Hier worden kopermineralen opgelost in verdund zwavelzuur of in een ammoniakoplossing. Van de bereide vloeistoffen wordt koper verdrongen door metallisch ijzer.
Chemische eigenschappen van koper
In verbindingen vertoont koper twee oxidatietoestanden: +1 en +2. De eerste heeft de neiging tot disproportionering en is alleen stabiel in onoplosbare verbindingen of complexen. Trouwens, koperverbindingen zijn kleurloos.
Oxidatietoestand +2 is stabieler. Zij is het die het zout een blauwe en blauwgroene kleur geeft. Onder ongebruikelijke omstandigheden kunnen verbindingen met een oxidatietoestand van +3 en zelfs +5 worden bereid. Dit laatste wordt meestal aangetroffen in cupbororaan-anionzouten die in 1994 zijn verkregen.
Puur koper verandert niet in lucht. Het is een zwak reductiemiddel dat niet reageert met verdund zoutzuur en water. Geoxideerd door geconcentreerde salpeter- en zwavelzuren, halogenen, zuurstof, koningswater, niet-metaaloxiden, chalcogenen. Bij verhitting reageert het met waterstofhalogeniden.
Als de lucht vochtig is, oxideert koper tot basisch koper(II)carbonaat. Het reageert geweldig met koud en heet verzadigd zwavelzuur, heet watervrij zwavelzuur.
Koper reageert met verdund zoutzuur in aanwezigheid van zuurstof.
Analytische chemie van koper
Iedereen weet wat chemie is. Koper in oplossing is gemakkelijk te detecteren. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de platinadraad te bevochtigen met de testoplossing en deze vervolgens in de vlam van de bunsenbrander te brengen. Als er koper in de oplossing aanwezig is, zal de vlam blauwgroen zijn. Je moet weten dat:
- Meestal wordt de hoeveelheid koper in lichtzure oplossingen gemeten met waterstofsulfide: het wordt vermengd met de stof. In de regel slaat in dit geval kopersulfide neer.
- In die oplossingen waar er geen storende ionen zijn, wordt koper complexometrisch, ionometrisch of potentiometrisch bepaald.
- Kleine hoeveelheden koper in oplossingen worden gemeten met spectrale en kinetische methoden.
Kopergebruik
Mee eens, de studie van koper is erg vermakelijk. Dit metaal heeft dus een lage soortelijke weerstand. Vanwege deze kwaliteit wordt koper in de elektrotechniek gebruikt voor de productie van (stroom)kabels, draden en andere geleiders. Koperdraden worden gebruikt in de wikkelingen van stroomtransformatoren en elektrische aandrijvingen. Om de bovenstaande producten te maken, is het metaal zeer zuiver geselecteerd, omdat onzuiverheden de elektrische geleidbaarheid onmiddellijk verminderen. En als er 0,02% aluminium in koper zit, zal de elektrische geleidbaarheid met 10% afnemen.
De tweede bruikbare kwaliteit van koper isuitstekende thermische geleidbaarheid. Vanwege deze eigenschap wordt het gebruikt in verschillende warmtewisselaars, heatpipes, koellichamen en computerkoelers.
En waar wordt de hardheid van koper gebruikt? Het is bekend dat naadloze ronde koperen buizen een opmerkelijke mechanische sterkte hebben. Ze zijn perfect bestand tegen mechanische verwerking en worden gebruikt om gassen en vloeistoffen te verplaatsen. Meestal zijn ze te vinden in interne gastoevoersystemen, watervoorziening, verwarming. Ze worden veel gebruikt in koelunits en airconditioningsystemen.
De uitstekende hardheid van koper is in veel landen bekend. Dus in Frankrijk, het VK en Australië worden koperen leidingen gebruikt voor de gastoevoer naar gebouwen, in Zweden - voor verwarming, in de VS, Groot-Brittannië en Hong Kong - is dit het belangrijkste materiaal voor de watervoorziening.
In Rusland wordt de productie van koperen water- en gasleidingen gereguleerd door de GOST R 52318-2005-norm, en de federale Code of Rules SP 40-108-2004 regelt het gebruik ervan. Leidingen gemaakt van koper en zijn legeringen worden actief gebruikt in de energie-industrie en scheepsbouw om stoom en vloeistoffen te verplaatsen.
Weet je dat koperlegeringen in verschillende technologische gebieden worden gebruikt? Hiervan worden brons en messing als de meest bekende beschouwd. Beide legeringen omvatten een kolossale familie van materialen, die naast zink en tin ook bismut, nikkel en andere metalen kunnen bevatten. Zo bestond brons, dat tot de negentiende eeuw werd gebruikt om artilleriestukken te maken, uit koper, tin en zink. Het recept veranderde afhankelijk van de plaats enproductietijd gereedschap.
Iedereen kent de uitstekende maakbaarheid en hoge vervormbaarheid van koper. Vanwege deze eigenschappen gaat er een ongelooflijke hoeveelheid koper naar de productie van granaten voor wapens en artilleriemunitie. Het is opmerkelijk dat auto-onderdelen zijn gemaakt van koperlegeringen met silicium, zink, tin, aluminium en andere materialen. Koperlegeringen worden gekenmerkt door een hoge sterkte en behouden hun mechanische eigenschappen tijdens warmtebehandeling. Hun slijtvastheid wordt alleen bepaald door de chemische samenstelling en het effect ervan op de structuur. Houd er rekening mee dat deze regel niet van toepassing is op berylliumbrons en sommige aluminiumbronssoorten.
Koperlegeringen hebben een lagere elasticiteitsmodulus dan staal. Hun belangrijkste voordeel kan een kleine wrijvingscoëfficiënt worden genoemd, gecombineerd voor de meeste legeringen met een hoge ductiliteit, uitstekende elektrische geleidbaarheid en uitstekende weerstand tegen corrosie in een agressieve omgeving. In de regel zijn dit aluminiumbrons en koper-nikkellegeringen. Trouwens, ze hebben hun toepassing gevonden in slipparen.
Vrijwel alle koperlegeringen hebben dezelfde wrijvingscoëfficiënt. Tegelijkertijd zijn slijtvastheid en mechanische eigenschappen, gedrag in een agressieve omgeving direct afhankelijk van de samenstelling van de legeringen. De taaiheid van koper wordt gebruikt in eenfasige legeringen en de sterkte wordt gebruikt in tweefasige legeringen. Kopernikkel (koper-nikkellegering) wordt gebruikt voor het slaan van wisselmunten. Koper-nikkellegeringen, waaronder "Admir alty", worden gebruikt in de scheepsbouw. Ze worden gebruikt om buizen te maken voor condensors die de uitlaatstoom van turbines reinigen. Opmerkelijk is dat de turbines worden gekoeld door buitenboordwater. Koper-nikkellegeringen hebben een verbazingwekkende corrosieweerstand, dus ze zijn gewild in gebieden die onderhevig zijn aan de agressieve effecten van zeewater.
Koper is in feite het belangrijkste bestanddeel van hardsoldeer - legeringen met een smeltpunt van 590 tot 880 graden Celsius. Zij hebben een uitstekende hechting op de meeste metalen, waardoor ze worden gebruikt om verschillende metalen onderdelen stevig met elkaar te verbinden. Dit kunnen pijpfittingen zijn of straalmotoren met vloeibare stuwstof, gemaakt van verschillende metalen.
En nu zetten we de legeringen op een rij waarbij de kneedbaarheid van koper van groot belang is. Dural of duraluminium is een legering van aluminium en koper. Hier is koper 4,4%. Legeringen van koper en goud worden vaak gebruikt in sieraden. Ze zijn nodig om de sterkte van producten te vergroten. Puur goud is immers een heel zacht metaal dat niet bestand is tegen mechanische belasting. Artikelen gemaakt van puur goud worden snel vervormd en geschuurd.
Interessant is dat koperoxiden worden gebruikt om yttrium-barium-koperoxide te maken. Het dient als basis voor de vervaardiging van supergeleiders voor hoge temperaturen. Koper wordt ook gebruikt om batterijen en elektrochemische koperoxidecellen te maken.
Andere toepassingen
Weet je dat koper vaak wordt gebruikt als katalysator voor de polymerisatie van acetyleen? Vanwege deze eigenschap mogen koperen pijpleidingen die worden gebruikt om acetyleen te transporteren:alleen gebruiken als het kopergeh alte niet hoger is dan 64%.
Mensen hebben geleerd om de kneedbaarheid van koper in de architectuur te gebruiken. Gevels en daken van het dunste bladkoper gaan 150 jaar probleemloos mee. Dit fenomeen wordt eenvoudig verklaard: in koperen platen dooft het corrosieproces automatisch. In Rusland wordt koperplaat gebruikt voor gevels en daken in overeenstemming met de normen van de Federal Code of Rules SP 31-116-2006.
In de niet al te verre toekomst zijn mensen van plan om koper te gebruiken als kiemdodende oppervlakken in klinieken om te voorkomen dat bacteriën zich binnenshuis verplaatsen. Alle oppervlakken die door de menselijke hand worden aangeraakt - deuren, handgrepen, balustrades, waterkranen, werkbladen, bedden - worden alleen door specialisten van dit geweldige metaal gemaakt.
Koperen Markering
Welke soorten koper gebruikt iemand om de producten te maken die hij nodig heeft? Er zijn er veel: M00, M0, M1, M2, M3. Over het algemeen worden kopersoorten geïdentificeerd door de zuiverheid van hun inhoud.
Koperkwaliteiten M1r, M2r en M3r bevatten bijvoorbeeld 0,04% fosfor en 0,01% zuurstof, en de klassen M1, M2 en M3 - 0,05-0,08% zuurstof. Er is geen zuurstof in de M0b-klasse en in MO is het percentage 0,02%.
Dus laten we koper eens nader bekijken. De onderstaande tabel geeft nauwkeurigere informatie:
| Koper Grade | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Percentage inhoud koper |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 kopersoorten
Er zijn in totaal zevenentwintig soorten koper. Waar gebruikt een persoon zo'n hoeveelheid kopermaterialen? Overweeg deze nuance in meer detail:
- Cu-DPH-materiaal wordt gebruikt om fittingen te maken die nodig zijn om leidingen aan te sluiten.
- AMF is nodig om warmgewalste en koudgewalste anodes te maken.
- AMPU wordt gebruikt voor de productie van koudgewalste en warmgewalste anodes.
- M0 is nodig om stroomgeleiders en hoogfrequente legeringen te maken.
- Materiaal M00 wordt gebruikt voor de vervaardiging van hoogfrequente legeringen en stroomgeleiders.
- M001 wordt gebruikt voor de vervaardiging van draad, banden en andere elektrische producten.
- M001b is vereist voor de vervaardiging van elektrische producten.
- M00b wordt gebruikt om stroomgeleiders, hoogfrequente legeringen en apparaten voor de elektrovacuümindustrie te maken.
- M00k - grondstof voor het maken van vervormde en gegoten blanks.
- M0b wordt gebruikt om hoogfrequente legeringen te maken.
- M0k wordt gebruikt voor de productie van gegoten en vervormde blanks.
- M1 nodig voor productiedraad en producten van cryogene technologie.
- M16 wordt gebruikt voor de productie van apparaten voor de vacuümindustrie.
- M1E is nodig om koudgewalste folie en strip te maken.
- M1k is nodig om halffabrikaten te maken.
- M1op wordt gebruikt voor de vervaardiging van draad en andere elektrische producten.
- M1p wordt gebruikt om elektroden te maken die worden gebruikt voor het lassen van gietijzer en koper.
- M1pE is nodig voor de productie van koudgewalste band en folie.
- M1u wordt gebruikt om koudgewalste en warmgewalste anodes te maken.
- M1f is nodig om tape, folie, warmgewalste en koudgewalste platen te maken.
- M2 wordt gebruikt om hoogwaardige legeringen en halffabrikaten op koperbasis te maken.
- M2k wordt gebruikt voor de productie van halffabricaten.
- M2p is nodig om repen te maken.
- M3 is nodig voor de vervaardiging van gewalste producten, legeringen.
- M3r wordt gebruikt om gewalste producten en legeringen te maken.
- MB-1 is nodig om berylliumhoudende bronzen beelden te maken.
- MSr1 wordt gebruikt voor de vervaardiging van elektrische constructies.
