Какова температура плавления меди и ее различных сплавов

Медь - удивительный металл с богатой историей применения человеком. Ее невысокая температура плавления позволила нашим предкам выплавлять медь из руды уже в глубокой древности.

Физические свойства меди

Медь обладает уникальным набором физических свойств, которые определяют широкий спектр ее применения в различных отраслях промышленности и быта.

  • Плотность - 8,9 г/см3
  • Твердость по Бринеллю - 45-60 МПа
  • Электропроводность - 59,6·106 См/м
  • Теплопроводность - 401 Вт/(м·К)

Кристаллическая решетка меди имеет гранецентрированную кубическую структуру. Благодаря такому строению атомы меди легко смещаются относительно друг друга, что обеспечивает высокую пластичность металла.

Кристаллизация меди

Температура плавления чистой меди

Температура плавления чистой меди составляет 1083оС. При нагревании до этой температуры происходит разрушение кристаллической решетки металла и переход вещества из твердого состояния в жидкое.

В жидкой меди атомы хаотично движутся, соударяясь друг с другом. Однако благодаря электромагнитному взаимодействию они не разлетаются, а удерживаются вместе.

При плавлении объем меди увеличивается примерно на 9,9%, а плотность уменьшается с 8,9 до 8,0 г/см3.

Для перехода 1 грамма меди из твердого состояния в жидкое требуется 13,1 кДж энергии, это значение называется удельной теплотой плавления.

Особенности кристаллизации меди

При охлаждении расплавленной меди ниже 1083оС начинается обратный процесс - кристаллизация. Атомы меди упорядочиваются в пространстве, образуя кристаллы.

  1. Зародышеобразование - формируются центры кристаллизации;
  2. Рост кристаллов - к зародышам присоединяются новые атомы;
  3. Коалесценция - отдельные кристаллы сливаются между собой.

Скорость охлаждения существенно влияет на размер кристаллов. Быстрое охлаждение способствует образованию мелких, а медленное - крупных кристаллов.

Температура кипения меди

При дальнейшем нагреве расплавленной меди выше 1083оС интенсивность теплового движения атомов возрастает. Энергии становится достаточно для преодоления сил межатомного взаимодействия, в результате на поверхности жидкости образуются паровые пузыри.

Температура, при которой это явление становится значительным, называется температурой кипения. Для меди она составляет 2595оС.

Температура, °C 100 500 1000
Давление насыщенного пара, атм 0,00001 0,0013 1,33

В таблице приведены значения давления насыщенного пара меди при различных температурах.

Сплавы меди

Для улучшения эксплуатационных свойств медь чаще используют не в чистом виде, а в составе сплавов. Наиболее распространены сплавы с оловом (бронза), цинком (латунь) и никелем (мельхиор).

Легирующие компоненты влияют на температуру плавления - для бронз она составляет 930-1140оС, а для латуней - 900-1050оС.

Кузница для плавки меди

Применение меди и ее сплавов

Благодаря своим уникальным свойствам медь и сплавы на ее основе находят широкое применение:

  • Электротехника и электроника - обмоточные провода, контакты, токопроводящие детали;
  • Строительство и ЖКХ - трубы, радиаторы отопления, кровельное покрытие;
  • Посуда, скульптуры, украшения и другие декоративные изделия.

Плавление меди в домашних условиях

Расплавить медь дома можно с использованием муфельной печи. Необходимую температуру 1100-1200°С обеспечат модели мощностью от 1,5 кВт.

Процесс включает следующие этапы:

  1. Поместить медь в тигель из жаропрочной керамики;
  2. Установить тигель в камеру разогретой печи;
  3. Дождаться полного расплавления металла;
  4. Аккуратно вылить расплав в форму для застывания.

Оборудование для плавки меди

Для расплавления меди в домашних условиях потребуется следующее оборудование:

  • Муфельная печь мощностью от 1,5 кВт с температурой нагрева до 1200°С;
  • Тигель из жаропрочной керамики емкостью 0,5-2 литра;
  • Металлургические щипцы и крюк для работы с расплавом;
  • Форма для заливки расплавленного металла.

Дополнительно может потребоваться вытяжка, защитные очки и перчатки.

Подготовка сырья

В качестве сырья для переплавки пригодны:

  • Слитки и прутки технической меди;
  • Медный лом - провода, трубы, детали из медных сплавов;
  • Бытовые предметы с высоким содержанием меди.

Перед плавкой сырье очищают от загрязнений, обезжиривают и высушивают.

Техника безопасности

Чтобы избежать травм при работе с расплавленным металлом, необходимо:

  • Надевать защитную одежду, перчатки и маску;
  • Не допускать попадания воды на расплав;
  • Иметь под рукой средства для тушения металла - песок, соду;
  • Работать в хорошо проветриваемом помещении.

Возможности использования расплавленной меди

Расплавленную медь можно использовать для:

  • Литья декоративных изделий - посуды, скульптур мелкого размера;
  • Получения заготовок для дальнейшей обработки - прутков, листов;
  • Нанесения медных покрытий на металлические изделия методом горячего окунания.

Преимущества переплавки меди в домашних условиях

К преимуществам домашней плавки меди относятся:

  • Возможность получения чистого металла из лома и отходов;
  • Экономия средств по сравнению с покупкой готовых заготовок;
  • Гибкость и возможность экспериментирования в небольших объемах.

Ограничения при плавке меди в домашних условиях

Несмотря на определенные преимущества, домашняя плавка меди имеет некоторые ограничения:

  • Невозможность расплавления больших объемов металла;
  • Сложность получения качественных отливок со сложной геометрией;
  • Необходимость строгого соблюдения правил техники безопасности.

Кроме того, без специального аналитического оборудования сложно точно контролировать химический состав получаемого сплава.

Влияние примесей на свойства меди

Некоторые примеси оказывают существенное влияние на свойства меди даже в небольших концентрациях:

  • Сера резко снижает электро- и теплопроводность, пластичность;
  • Фосфор повышает хрупкость, затрудняет обработку давлением;
  • Свинец ухудшает обрабатываемость резанием.

Поэтому при переплавке важно использовать чистое, незагрязненное сырье или удалять посторонние примеси из расплава.

Способы очистки расплавленной меди

Для очистки жидкой меди от примесей применяются различные способы:

  1. Продувка инертным газом (аргон, азот) - удаление газообразных включений;
  2. Фильтрование - задерживание твердых частиц;
  3. Вакуумирование - удаление растворенных газов;
  4. Электролиз - выделение примесных элементов на электродах.

Выбор конкретного метода зависит от вида и концентрации примесей, а также требований к чистоте металла.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.