После бронзового века люди открыли несколько видов металлов, которые использовались для различных целей с 3300 до 1200 до н.э. В более поздние периоды они развивали эти различные типы металлов, требуя для них других применений. Однако современные ученые еще больше усовершенствовали эти металлы и открыли новые элементы. В настоящее время крупные компании используют эти металлы в тысячах областей применения в зависимости от потребностей рынка.
В сегодняшней статье мы рассмотрим двадцать металлов, наиболее популярных в промышленном производстве. Однако для удобства мы разделили списки на черные и цветные металлы.
Три вида черных металлов
Любой металл с высоким содержанием железа и магнитными свойствами является черным металлом. Твердость, долговечность и прочность на разрыв, присущие черным металлам, находят широкое применение в производстве.
Благодаря своим характеристикам они идеально подходят для изготовления небоскребов, мостов, железнодорожных конструкций и транспортных средств в промышленности и архитектуре. Сталь, чугун и кованое железо - три наиболее распространенных вида черных металлов.
Сталь
Это сплав железа с добавлением нескольких десятых долей углерода для повышения прочности и сопротивления разрушению по сравнению с другими видами железа. Существует четыре вида стали.
- Углеродистые стали: Углеродистая сталь имеет тусклый, матовый вид и подвержена коррозии. Низко-, средне- и высокоуглеродистая сталь бывает трех видов: низкоуглеродистая содержит около 0,30 % углерода, среднеуглеродистая - 0,60 %, а высокоуглеродистая - 1,5 %.
- Легированные стали: Легированная сталь сочетает в себе несколько металлов, таких как никель, медь и алюминий. Автомобильные компоненты, трубопроводы, корпуса судов и механические конструкции предпочитают легированные стали, поскольку они менее дорогие и более устойчивы к коррозии. Концентрация ингредиентов определяет прочность этих сплавов.
- Нержавеющая сталь: Нержавеющие стали - самые популярные на рынке. Этот вид стали имеет блестящий цвет и содержит от 10 до 20% хрома в качестве основного легирующего компонента. Такое сочетание делает сталь устойчивой к коррозии и чрезвычайно легко поддается формовке в различные формы.
- Инструментальная сталь: Инструментальная сталь славится своей твердостью и устойчивостью к нагреву и истиранию. Свое название эти металлы получили потому, что их часто используют для изготовления металлических инструментов, например молотков. Они содержат смесь элементов кобальта, молибдена и вольфрама и являются основной причиной превосходной жаропрочности и выносливости инструментальной стали.
Применение: Листы для глубокой вытяжки автомобильных кузовов и приборов, всех видов строительства, железнодорожных рельсов, проводов и т.д.
Чугун
Это сплав железа, содержащий от 2 до 4% углерода, различное количество кремния и марганца, а также следы серы и фосфора. Производство происходит в доменной печи путем восстановления железной руды.
Применение: Производство труб, машин, автомобильных деталей, кастрюль, сковородок и посуды, якорей для кораблей и т.д.
Кованое железо
По сравнению с чугуном, кованое железо - это сплав железа с очень низкой концентрацией углерода. Это полурасплавленная железная масса с волокнистыми шлаковыми включениями, которые придают ей "зернистость", похожую на древесину, когда ее вытравливают или скручивают до отказа.
Применение: Изготовление труб, прутков для стопорных болтов, болтов для двигателей, заклепок, пластин, уникальных цепей, крюков для кранов и т.д., а также ковка
Семнадцать видов цветных металлов
Цветные металлы - это металлы или сплавы, в состав которых не входит значительное количество железа в металлургии. Эти металлы необходимы для получения желаемых характеристик, таких как уменьшенный вес, лучшая проводимость, немагнитные свойства или устойчивость к коррозии. Они часто дороже черных металлов.
Алюминий
Алюминий - серебристый металл, мягкий и легкий. Он имеет атомный номер 13 и относится к группе бора в периодической таблице. Алюминий - самый распространенный металл в земной коре и третий по распространенности элемент после кислорода и кремния. Он составляет 8% массы твердой поверхности Земли.
Алюминий является отличным тепловым и электрическим проводником. Это легкий металл, плотность и жесткость которого на треть меньше, чем у стали. Поскольку он пластичен и податлив, его можно легко обрабатывать, отливать и выдавливать.
Применение: Линии электропередач, высотные здания, оконные рамы, бытовая электроника, бытовые и промышленные приборы, компоненты самолетов, космических кораблей, судов, поездов, личных автомобилей.
Никель
Никель - элемент природного происхождения, добываемый из ядра Земли. Он имеет серебристо-белый оттенок, блестящую основу и золотистый оттенок. Люди считают никель полезным благодаря его ковкости и устойчивости к коррозии. Шахтеры добывают никель из двух типов руд: магматических сульфидов и латеритов.
Никель может сплавляться со сталью, чугуном, медью, хромом, алюминием, свинцом, кобальтом, серебром, золотом и другими элементами для получения нержавеющей стали, чугуна и других сплавов.
Приложения: Никель широко распространен в производстве сплавов, а также в транспортной, аэрокосмической, морской, архитектурной и потребительской сферах. Он полезен при производстве столовых приборов, монет, магнитов и других металлов.
Медь
Cu - переходный металл с номером 29 в периодической таблице. Его атомный вес составляет 63,55 AMU, а количество нейтронов - 29 (единиц атомной массы). Это ковкий, пластичный металл красновато-золотистого цвета, который также является хорошим проводником тепла и электричества. Медь была первым металлом, с которым имел дело человек, и до сих пор она остается одним из самых распространенных металлов.
Приложения: Медь широко используется при изготовлении проводов, радиаторов, электромагнитов и электродвигателей, а также в производстве конструкционных элементов и труб. Медь имеет преимущество перед другими металлами в этих областях применения, поскольку ее воздушное окисление защищает от дополнительной коррозии.
Латунь
Латунь - это цветной металл красного цвета, состоящий из сплавов меди и цинка. Пропорции меди и цинка изменили их свойства для получения различных механических и электрических характеристик. Латунь является сплавом замещения, поскольку включает в себя атомы двухкомпонентных элементов, которые могут замещать их в одной кристаллической структуре.
Приложения: Латунь хорошо отливается, прочна и красива, а благодаря высокой концентрации меди обладает антибактериальными свойствами. Из латуни часто изготавливают музыкальные инструменты, декоративные украшения, крепеж, гильзы для пуль и многое другое.
Бронза
Бронза - это металлический сплав, состоящий в основном из меди и содержащий 12% олово. Алюминий, мышьяк, марганец, фосфор и кремний, например, имеют свои отличительные особенности. Свинцовая бронза, фосфорная бронза, алюминиевая бронза, кремниевая бронза и марганцевая бронза - вот некоторые из наиболее распространенных сплавов бронзы, состоящих из этих комбинаций.
Бронза обладает множеством отличительных характеристик, которые делают ее идеальным материалом для различных сфер применения, от искусства до компьютерных технологий. Бронза имеет красновато-коричневый оттенок, она сложная и хрупкая, а температура ее плавления составляет 950 градусов Цельсия.
Приложения: Свойства бронзы делают металл идеальным как для практического, так и для эстетического использования, например, в морском деле и рыболовстве. Благодаря отличной коррозионной стойкости бронзовые фитинги и гребные винты часто используются на многих лодках и кораблях.
Благодаря высокой электропроводности некоторые бронзовые сплавы невероятно подходят для электротехнических применений. С другой стороны, низкий коэффициент трения между металлом и металлом делает этот материал идеальным для работы в условиях высоких нагрузок, например, во втулках и подшипниках.
Цинк
Цинк (Zn) - превосходный металл, встречающийся в земной коре и имеющий широкий спектр промышленных и биологических применений. При комнатной температуре он хрупкий и синевато-белый, но если его отполировать, он становится блестящим.
Цинк - это первичный металл, который в основном используется для гальванизации стали, чтобы защитить ее от коррозии. Цинковые сплавы, такие как латунь, популярны в различных областях применения - от коррозионностойких компонентов военно-морского флота до музыкальных инструментов.
Приложения: Кузова автомобилей, столбы уличного освещения, защитные ограждения и подвесные мосты - все это оцинкованная сталь.
Для литья под давлением, необходимого в автомобильной, электротехнической и аппаратной промышленности, требуется большое количество цинка. Латунь, никель-серебро и алюминиевый припой - все это сплавы, в состав которых входит цинк.
Краски, резина, косметика, лекарства, пластмассы, чернила, мыло, батареи, текстиль и электрооборудование - вот лишь некоторые из предметов, в состав которых входит оксид цинка. В светящихся красках, флуоресцентных лампах и рентгеновских экранах используется сульфид цинка.
Серебро
Ag - блестящий белый металл, обладающий хорошей электропроводностью и эстетической привлекательностью. Он входит в число так называемых драгоценных металлов, наряду с золотом и металлами платиновой группы.
При изготовлении печатных электрических схем и в качестве пароосаждаемого покрытия для электронных проводников используется серебро, поскольку оно обладает самой высокой из всех известных металлов электро- и теплопроводностью. Оно также может быть сплавлено с никелем или палладием для использования в электрических соединениях.
Приложения: Серебро издавна использовалось для изготовления монет, украшений и ювелирных изделий. Люди используют серебро в качестве катализатора благодаря его удивительной способности превращать этилен в оксид этилена, предшественника многих химических молекул.
Золото
Au - насыщенный, блестящий желтый драгоценный металл, относящийся к группе 11 (Ib) периода 6. Он обладает рядом характеристик, которые делали его очень ценным на протяжении всей истории человечества. Он обладает приятным цветом и яркостью, практически неразрушим, очень гибок и обычно встречается в природе в относительно чистом виде. История золота не похожа ни на один другой металл, потому что его ценность была понятна еще на заре времен.
Приложения: Золото используется в основном для изготовления валюты, украшений, ювелирных изделий и позолоты. Зеленое золото - популярный выбор для ювелирных изделий. Оно представляет собой сплав золота, серебра и меди с каратами от 14 до 18 карат.
Золото также популярно в текстильной промышленности. В электронных трубках используется позолоченная проволока сетки, обеспечивающая отличную проводимость и снижающая вторичные выбросы.
Вести
Свинец (Pb) - это тяжелый металл, который имеет более высокую плотность, чем большинство других металлов. Он мягкий и податливый, а также имеет низкую температуру плавления. Свинец серебристого цвета с голубым оттенком, когда его только что разрезали; при контакте с воздухом он тускнеет до серого цвета.
Приложения: Автомобильные аккумуляторы, пигменты, боеприпасы, оболочки кабелей, подъемные грузы, пояса для дайвинга, свинцовое стекло и защита от радиации - все это примеры использования свинца.
Свинец подходит для хранения агрессивных жидкостей. Архитекторы используют свинец в витражах и для крыш.
Кобальт
Это недооцененный металл с широким спектром применения, интересными фактами и динамичными характеристиками. Это один из элементов d-блока, или переходных металлов, в периодической таблице.
Кобальт, как и многие другие переходные металлы, обычно встречается в виде сплава. Люди обычно добывают кобальт с помощью горной промышленности, а Конго и Замбия на африканском континенте славятся добычей кобальта.
Применение: Поскольку кобальт, как и железо, может быть магнитным, производство магнитов является примером использования кобальта. Однако сплав с алюминием и никелем позволяет получить мощные магниты.
Высокотемпературные приложения, такие как реактивные турбины и газотурбинные генераторы, также являются одной из областей применения кобальта. Благодаря привлекательному внешнему виду, твердости и устойчивости к коррозии он иногда используется в гальванических покрытиях.
Тысячелетиями люди использовали соли кобальта в красках, фарфоре, стекле, керамике и эмали для создания красивых синих цветов. Кобальт-60, радиоактивный изотоп, используется для лечения рака и облучения продуктов питания в некоторых странах для их сохранения.
Платина
Платина - это нереактивный металл, который в природе встречается в небольших количествах. Она относится к благородным металлам благодаря своей исключительной коррозионной стойкости даже при высоких температурах. Со средним содержанием около 5 мкг/кг она является одним из самых редких элементов в земной коре.
Никелевые и медные руды имеют определенное количество и некоторые коренные месторождения, в основном в Южной Африке, которая производит 80% мирового предложения.
Приложения: Платина часто встречается в ювелирной промышленности. В основном она используется в катализаторах для автомобилей, грузовиков и автобусов. В химической промышленности платина используется в качестве катализатора реакций с азотной кислотой, силиконом и бензолом. В топливных элементах также используется платина в качестве катализатора для повышения их эффективности.
Платина также часто используется в электронике для изготовления жестких дисков и термопар. Из платины изготавливают оптические волокна и ЖК-дисплеи, лопасти турбин, свечи зажигания, кардиостимуляторы и зубные пломбы.
Соединения платины - важнейшие химиотерапевтические препараты, используемые для лечения рака в различных промышленных и биологических условиях.
Олово
Это коррозионно-стойкий серебристый, мягкий и ковкий металл. Он связывается с различными химическими молекулами. Касситерит и станнин - два основных оловосодержащих минерала, встречающихся в Малайзии, Таиланде, Заире, Индонезии и Боливии. При восстановлении угля получается чистое олово. Характеристики и применение олова рассматриваются в этом информационном бюллетене.
Приложения: Чтобы предотвратить коррозию, оно требует высокой полировки и покрывает другие металлы, например, оловянные банки имеют оловянное покрытие стали. Оловянные сплавы, такие как мягкий припой, олово, бронза и фосфористая бронза, также являются одним из видов использования олова. Сверхпроводящие магниты также требуют сплава ниобия с оловом.
Чтобы создать ровную поверхность, большинство оконных стекол производят путем наплавления расплавленного стекла на расплавленное олово. Электропроводящие покрытия изготавливаются путем распыления солей олова на стекло.
Вольфрам
Это переходный металл, который находится в одной колонке с хромом и молибденом в периодической таблице. Самый тяжелый представитель этой группы - вольфрам, атомная масса которого составляет 183 грамма на моль.
Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов и используется для усиления других металлов. В металлообработке, горнодобывающей и нефтяной промышленности используется карбид вольфрама, потому что он очень твердый. Он производится путем нагрева вольфрама и углеродного порошка до 2200°C и их соединения.
Приложения: До двадцатого века вольфрам использовался в нитях накаливания старых ламп, но многие страны уже отказались от их использования. Они выделяют значительно больше тепла, чем света, так как не отличаются особой энергоэффективностью.
Вольфрам и его сплавы используются в различных высокотемпературных областях, включая электроды для дуговой сварки и нагревательные элементы высокотемпературных печей.
Оборудование для резки и сверления, изготовленное из карбида вольфрама, является выдающимся, включая новое "безболезненное" стоматологическое сверло, вращающееся на сверхвысоких скоростях. В люминесцентном освещении часто используются тунгстаты кальция и магния.
Титан
Это легкий, высокопрочный, низкокоррозионный конструкционный металл, используемый в качестве сплава для компонентов высокоскоростной авиации.
Он распространен в изобилии и составляет 0,44 процента земной коры. Почти все горные породы, песок, глина и другие почвы содержат этот металл в той или иной форме. Он также может содержаться в растениях, животных, природных водных путях, глубоководных грунтах, метеоритах и звездах.
Приложения: Благодаря низкой плотности и способности противостоять перепадам температур, титановые сплавы широко используются в самолетах, космических кораблях и ракетах. Их используют в клюшках для гольфа, портативных компьютерах, велосипедах и костылях.
В конденсаторах электростанций титан используется благодаря своей коррозионной стойкости. Он также используется в опреснительных установках и защищает корпуса кораблей, подводных лодок и других сооружений, подвергающихся воздействию соленой воды, благодаря своей высокой устойчивости к коррозии в морской воде.
Поскольку титан эффективно соединяется с костью, для хирургических операций, таких как замена суставов (особенно тазобедренных) и зубных имплантатов, требуется титан.
Чаще всего титан используется в виде оксида титана(IV). Его можно найти в самых разных продуктах, включая краски для дома, краски для художников, пластмассы, эмали и бумагу. Поскольку он препятствует проникновению ультрафиолетового излучения в кожу, солнцезащитные средства также содержат титан.
Палладий
В настоящее время это самый дорогой из четырех основных драгоценных металлов. Менее чем за год цена на этот металл удвоилась, в результате чего он стал дороже золота. Он является важнейшим компонентом систем контроля загрязнения для автомобилей и грузовиков.
Приложения: В первую очередь палладий используется в автомобильных катализаторах. Некоторые зубные пломбы и коронки, а также ювелирные изделия. Керамические конденсаторы, используемые в портативных компьютерах и мобильных телефонах, применяемых в электронном секторе, также являются примером применения палладия. Они состоят из слоев палладия, помещенных между керамическими слоями.
Уран
Это тяжелый металл, который уже более 60 лет используется в качестве концентрированного источника энергии. Он содержится в большинстве горных пород в количестве от 2 до 4 частей на миллион, и в земной коре его много, как и олова, вольфрама и молибдена.
Приложения: Атомные электростанции используют уран для производства энергии в качестве ядерного топлива. Другие синтетические трансурановые элементы производятся в основном из этого вещества. Военные также используют его для питания атомных подводных лодок и оружия.
Висмут
Самый металлический и самый малораспространенный элемент группы азота - висмут (Bi). Висмут - твердый, хрупкий, блестящий металл с крупнокристаллической структурой. Его цвет - серо-белый с красноватым оттенком - отличает его от всех других металлов.
Приложения: Висмут используется в пожарных сигнализациях и огнетушителях, а также в электрических предохранителях и припоях.
Резюме
Этот мир полон тысяч неизвестных типов металлов, которые до сих пор не открыты нашими учеными. Мы все еще ожидаем увидеть эти неизвестные превосходные элементы, которые мы сможем использовать во многих промышленных отраслях в будущем.
Однако в сегодняшней статье речь пойдет о двадцати наиболее часто используемых в мире металлах. Мы разделили их на группы черных и цветных металлов. Кроме того, мы указали область применения каждого из них.