Общие свойства металлов и их сплавов

О настоящее время известно 105 химических элементов, из них более 70 металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере. Можно сказать, что соединения металлов находятся повсюду.

Были сделаны подсчеты содержания химических элементов в горных породах. Результаты очень любопытны. Оказалось, что в 1 м³ горных пород содержится:

Запасы каждого из остальных элементов не превышают 2,7 кг на 1 м³.

Металлы находятся и в воде, хотя в очень небольших количествах. Но если собрать их из всех вод земного шара, то это будет составлять миллиарды тонн. Так, например, подсчеты показывают, что золота в воде земного шара содержится около 500 млн. г, а серебра и ртути — десятки миллионов тонн.

По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. «Металлы,—писал он,—тела твердые, ковкие, блестящие». Это простое определение сохранилось и по настоящее время. Все металлы имеют металлический блеск, почти все они ковкие и прочные.

Металлы хорошо проводят теплоту, электрический ток. Именно благодаря этим свойствам они широко распространены в технике. Из всех 70 металлов наибольшее распространение и применение получили железо, алюминий и их сплавы. Наиболее используется в технике железо, но не потому, что оно широко распространено в земной коре, сравнительно легко выплавляется, но главным образом благодаря тому, что в сплавах с различными другими металлами, а также неметаллами оно обладает чрезвычайно важными свойствами: сплавы железа прочны, тверды, а некоторые из них коррозионно-устойчивы и т. д.

Иногда достаточно незначительных примесей другого элемента, чтобы резко изменить свойства сплава. Так, если в железо добавить 0,2% углерода, то его прочность увеличится больше чем в 2 раза по сравнению с чистым железом. Добавка к алюминию меди, магния и марганца делает его прочнее в 3—4 раза. Поэтому в практике и используют преимущественно сплавы.

Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы — железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы.

Иногда в легированные стали входят 5—6 различных металлов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других — высокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих — коррозионной устойчивостью, т. е. способностью не разрушаться под действием внешней среды.

Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро — белые, свинец — голубовато-белый, золото — желтое. Из сплавов в практике нашли большое применение: бронза — сплав меди с оловом и другими металлами, латунь — сплав меди с цинком, баббит — сплав олова с сурьмой и медью и др.

Это деление на черные и цветные металлы условно. Среди цветных металлов встречаются металлы даже более черные, чем сплавы железа, например некоторые сплавы свинца.

Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.

Наиболее широко применяются в промышленности металлы и сплавы, относящиеся к классу черных металлов. Они сравнительно легко разрушаются под действием воды, воздуха и газов, содержащихся в воздухе, в растворах солей, кислот и щелочей.

Поэтому в дальнейшем, говоря о коррозии и защите металлов от нее, мы главным образом будем иметь в виду группу черных металлов. Познакомимся со строением металлов, в первую очередь — черных металлов.