Металлы драгоценные

Твердость иридия по шкале Мооса 6,0–6,5. Температура кипения выше 4400 °C. Температура плавления 2450 °C.

Металлический иридий плавится в кислородно-водородном пламени в обычной известковой печи, В пламени светильного газа и кислорода не плавится.

Коэффициент линейного расширения иридия при повышении температуры на 1 °C в интервале температур от 0 до 100 °C составляет 0,0000067.

Природа бедна иридием: земные запасы его не превышают миллионных долей процента. Один из основных источников его получения – осмистый иридий.

Минералы группы осмистого иридия генетически связаны главным образом с ультраосновными изверженными породами (дунитами и перидотитами), в которых они встречаются в тесной ассоциации с минералами группы платины, хромшпинелидами, изредка с сульфидами меди. Известны находки осмистого иридия также в гидротермальных кварцевых золотоносных жилах (встречались сростки невьянскита с золотом).

При выветривании руд осмистый иридий вследствие химической устойчивости вместе с минералами группы платины и золотом переходит в россыпи. Он широко распространен в платиноносных россыпях Свердловской области (Невьянский, Сысертский и другие районы). В незначительных количествах осмистый иридий присутствует во многих золотоносных россыпях Урала, Сибири, а также в россыпях штатов Калифорния и Орегон (США), Британской Колумбии (Канада), Бразилии и в других местах. На о-ве Тасмания (Австралия) известны россыпи, в которых минералы группы осмистого иридия преобладают над платиновыми минералами. Попутно с золотом они добываются в месторождении Витватерсранд (Южная Африка).

В наше время чистый иридий выделяют из самородного осмиридия и остатков платиновых руд, но прежде из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и лишь после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок либо прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, либо переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обычной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии может подвергаться ковке.

Во всем мире производится около 1 т этого металла в год. Это обстоятельство сдерживает спрос и сужает сферы использования иридия. Другим фактором, который осложняет применение иридия, является упомянутая хрупкость. Склонность к хрупкому межзеренному разрушению (ХМР) – одна из главных причин плохой обрабатываемости иридия.

В иридии технической чистоты снижение пластичности происходит за счет сегрегации примесей по границам зерен, что делает такой металл практически необрабатываемым. В высокочистом поликристаллическом иридии ХМР также вызывает снижение пластичности по сравнению с монокристаллом, но сегрегация примесей наблюдается далеко не на всех границах зерен. Иными словами, в таких случаях границы зерен в металле сами по себе являются «опасными» местами. В качестве причины склонности к хрупкости рассматривается торможение дислокаций на границах зерен из-за их специфической структуры.

Существуют два способа подавления межзеренной хрупкости или повышения обрабатываемости иридия. Первый-путем микролегирования повысить «прозрачность» границ для дислокаций. Второй – вывести границы зерен из материала, т. е. вырастить массивный монокристалл, и не допускать рекристаллизации металла при термомеханической обработке. Последний способ применяется, например, на Екатеринбургском заводе ОЦМ, что позволяет получать изделия из иридия любых требуемых размеров и форм.

Поэтому, несмотря на значительные, но преодолимые трудности, иридий используется в целом ряде сфер. И надо сказать, что ему находили применение еще в XIX в.

Если вспомнить о выпуске в России в 1828 г. первой платиновой монеты, то следует отметить, что тот белый червонец не был чисто платиновым, хотя на нем и была надпись: «2 зол. 41 дол, чистой уральской платины». На деле же монета содержала около 97 % платины и 1,2 % иридия (остальное составляли палладий, родий, медь и железо). Это было, если так можно сказать, анонимное применение иридия. Но в том же веке для него было найдено официальное и важное назначение – материал для эталонов мер и весов.

Известно, что такие эталоны должны обладать неизменяемыми с течением времени объемом и длиной, иметь достаточную механическую прочность и не иметь на поверхности даже легких следов окислов. Этим требованиям наилучшим образом отвечал сплав платины и иридия.

Еще в 1872 г. Международная метрическая комиссия постановила изготовить 31 эталон длины – «архивный метр» в виде брусков из сплава платины с 10 % иридия, а через 17 лет в качестве прототипа килограмма была утверждена гиря, выполненная из того же платиноиридиевого сплава, а международными эталонами стали 40 ее точных копий, которые поступили в хранилища разных городов.

В XX в, «архивный метр» был отменен (в 1960 г эталоном метра стала длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения атома изотопа крилтона-86), но платиноиридиевая гиря в форме цилиндра диаметром и высотой 39 мм до конца столетия оставалась международным эталоном килограмма.

В наши дни иридий благодаря своим уникальным свойствам находит применение прежде всего там, где он незаменим в качестве конструкционного материала изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах и при высоких температурах. Обычно для этих изделий используются сплавы иридия с платиной. Основная область применения иридия – в качестве контейнерного материала, который может успешно эксплуатироваться до температуры 2100 °C. Из него изготовляют, например, тигли для выращивания оксидных монокристаллов.

Освоены технологии изготовления тиглей из металла электронно-лучевой плавки, монокристаллической заготовки, а также тиглей, полученных методом гальванопластики. На эти цели идет около 40 % общего потребления иридия.

Кроме тиглей изготовляются контейнеры для малогабаритных источников тепловой и электрической энергии, обмотки для электропечей, катодов, другие изделия.

Наиболее ходовыми являются сплавы платины с 1, 5, 10, 15, 20 и 25 % иридия.

Для производства искусственного шелка применяются фильеры из сплава платины с 2,5 % lr. Этот сплав обладает твердостью по Бринеллю около 45 кгс/мм2 и сопротивлением разрыву около 20 кгс/мм2.

Сплавы с 20–25 % иридия используются для изготовления магнето авиационных и других моторов.

Сплавы платины с 5-10 % иридия применяются в ювелирной промышленности.

Несколько лет назад сплавам с иридием была предложена новая ответственная роль в медицине: из них изготовили зажимы электродов электрических стимуляторов сердечной деятельности. Электроды вживляются в сердце человека, страдающего стенокардией; в теле больного находится и крохотный приемник, присоединенный к электродам и генератору с кольцевой антенной, закрепляемой рядом с приемником (генератор же может располагаться, например, в кармане костюма). Как только начинается приступ стенокардии, больной включает генератор. Поступающие при этом в кольцевую антенну импульсы передаются в приемник, из него – на электроды, а затем через платиноиридиевые зажимы – на нервы, которые заставляют сердце работать активнее.

Многие ценные свойства присущи и сплавам иридия с другими металлами. Незначительные добавки иридия к вольфраму и молибдену позволяют им сохранять прочность при высоких температурах.

Термоэлементами с парой иридий – рутений можно измерять температуру в пределах от 1600 до 2000 °C и выше.

Сплав осмий-иридий благодаря твердости и отсутствию магнитных свойств применяется для изготовления морских компасов.

Окись иридия используется в живописи по фарфору для придания ему черного цвета.