Рассказы о металлах

Для сплавов никеля находились все новые и новые дела. Вр время первой мировой войны наблюдались случаи, когда боевые корабли, не принимавшие участия в баталиях, тем не менее вынуждены были на длительный срок становиться в док для ремонта. Причиной выхода кораблей из строя была «диверсионная» деятельность морской воды, которая буквально съедала медноцинковые трубки конденсаторов корабельных котлов. Пришлось срочно искать более подходящий материал для злополучных трубок.

Пока ученые занимались поисками, война успела кончиться, но вопрос не был снят с повестки дня. Лишь в 1926 году удалось создать медноникелевый сплав, которому не была противопоказана морская служба. Спустя три года все французские корабли, а затем и флоты других держав обзавелись новыми конденсаторными трубками. Теперь моряки могли быть твердо уверены, что злополучные трубки уже не подведут их в трудную минуту.

Сейчас число никелевых сплавов, находящих широкое применение в технике, в быту, в ювелирном деле, превысило 3000!

Монель-металл, например, успешно трудится в химическом машиностроении, в судостроении. Нихромовые спирали используют в нагревательных приборах, в электропечах сопротивления. Нейзильбер принимает участие в конструировании различных приборов и аппаратов. В точной механике для изготовления калибров и эталонов применяют инвар - сплав с очень малым коэффициентом расширения: при нагреве от 0 до 40°С его объем увеличивается всего на одну миллионную долю по сравнению с первоначальным. Платинит служит заменителем дорогостоящей платины в тех случаях, когда нужно впаять металл в стекло (шприцы, электролампы и т. п.). Упругий сплав элинвар - отличный материал для пружин, в частности часовых. Высокими магнитными свойствами обладают такие сплавы, как мишима, альнико, альни. Пермаллой после специальной термомеханической обработки приобретает необычайно большую магнитную проницаемость, легко намагничивается и размагничивается даже в слабых полях. Этот сплав находит применение в телефонии и радиотехнике. Для изготовления термопар используют хромель и алюмель. Из сплава на основе никеля (до 75%) выполнены турбинные лопатки воздушного лайнера «Ту-104».

Несколько лет назад ученые создали новый сплав - никоси, названный так по первым слогам входящих в него компонентов: 94% никеля, 4% кобальта и 2% кремния («силиция»). Испытания показали, что никоси поможет создать мощные источники ультразвука.

Но, пожалуй, наибольший интерес в научном и промышленном мире вызвал сплав никеля (55%) с титаном - нитинол. Он был создан в одной из лабораторий США еще в начале 60-х годов, но свой «талант» раскрыл не сразу. Достаточно легкий, прочный и пластичный, коррозионностойкий, он считался неплохим сплавом и не более. Однако его создатели продолжали проводить с ним различные эксперименты, и вдруг сплав проявил совершенно уникальную способность - «помнить» свое прошлое. Произошло это во время одного из многочисленных опытов. Нитиноловую спираль после определенной обработки нагрели до 150°С и охладили, а затем к ней подвесили груз, который растянул ее и превратил в совершенно ровную проволоку. Чудеса начались, когда эту проволоку опять нагрели (до 95°С): на глазах изумленных исследователей она превратилась в ...спираль.

Эксперимент ставили снова и снова, придавая металлу все более сложные формы, но он продолжал демонстрировать блестящую «память», невозмутимо принимая свой первоначальный облик. Проволоку, например, согнули таким образом, что она образовала слово «нитинол», затем нагрели, охладили и деформировали до неузнаваемости, но стоило пропустить через эту проволочную путаницу сильный электрический импульс, мгновенно разогревший ее, и взорам ученых вновь предстало название сплава.

Точное объяснение этого явления еще не найдено, зато применений предложено уже сотни. Из нитинола можно делать, в частности заклепки для соединения таких конструкций, к которым можно подобраться лишь с одной стороны. Металлу при этом предлагают «запомнить» форму обычной заклепки, а потом рабочий конец ее превращают в круглый стержень, который и вставляют в отверстие при низкой температуре. Теперь нужно слегка подогреть головку заклепки, и она тут же «вспомнит», что у нее было утолщение и с другой стороны. Такая заклепка крепит детали намертво.

Одна из американских фирм, связанная с космическими исследованиями, уже продемонстрировала антенну из нитинола, которая предназначена для искусственных спутников Земли. Свитая в плотный клубок, она во время запуска занимает немного места, «спрятавшись» в специальном углублении. Но в космосе, когда солнечные лучи нагревают сплав, антенна обретает нужную форму. Этот же принцип предлагается использовать для изготовления радиотелескопа с антенной диаметром более километра.

Никель прекрасно защищает металлы от окисления, придавая изделиям красивый внешний вид. Веселый блеск кастрюль, кофейников и самоваров - все это «проделки» никеля, тонким слоем которого покрыты многие предметы обихода.

Впервые попытку использовать этот металл в качестве покрытия предпринял в 1842 году немецкий ученый Бетгер. Однако ему не удалось добиться своей цели, так как никель, которым располагала в то время техника, содержал посторонние примеси, мешавшие гальваническим путем наносить покрытие. С тех пор гальванотехника шагнула далеко вперед. Тончайшая пленка никеля надежно охраняет сегодня железо, позволяя сберечь от коррозии огромные количества этого металла.

Никель помогает даже бороться против фальшивомонетчиков. Недавно во Франции была выпущена в обращение новая монета достоинством в 5 франков. Главное отличие ее от других монет заключается в том, что она «слоеная»: на немагнитную мельхиоровую основу нанесен слой никеля. Теперь владельцы торговых автоматов могут быть спокойны: пятифранковая монета обладает такими электромагнитными свойствами, что ее практически невозможно подменить каким-нибудь поддельным жетоном.

Ученые и инженеры давно обратили внимание на каталитические способности никеля. Еще в 90-х годах прошлого столетия французские химики Сабатье и Сендерен увлеклись проблемой получения так называемых «отвержденных» жиров из жидких растительных масел. Они установили, что для этого к молекуле растительного масла нужно присоединить определенное количество водорода. Но вот беда: установить-то ученые установили, а присоединить им никак не удавалось. Сначала они пытались просто пропускать водород через жир - газ не желал вступать с ним во взаимодействие. Пробовали вводить различные добавки - безуспешно. Лишь когда в качестве катализатора химики применили мельчайший порошок никеля, цель была достигнута. Полученный при этом отвержденный жир нашел применение в производстве маргарина, который был назван так за сходство, хотя и весьма отдаленное, с перламутром (по-латыни «маргарос» - перламутр).

Из соединений никеля важное значение имеет его окись, используемая для изготовления щелочных железоникелевых аккумуляторов. Эти аккумуляторы, правда, уступают свинцовым по величине электродвижущей силы, но зато выгодно отличаются от них меньшим весом, более продолжительным сроком работы, простотой в обращении.

Недавно одна из фирм США сконструировала бритву с турболучевым приводом. Три батареи, состоящие из соединений никеля и кадмия, сообщают бритве нужную энергию. Как утверждает американская печать, новинкой заинтересовалось Управление по космонавтике: предполагалось, что космонавты возьмут эту бритву в экспедицию на Луну.

Долгие годы врачи не могли выяснить причину аллергических заболеваний, число которых в последнее время возросло во всем мире. Совсем недавно молдавским медикам удалось установить, что в крови больных бронхиальной астмой, гайморитом и насморком, содержится в несколько раз больше никеля и свинца, чем в крови здоровых людей, в то время как содержание других микроэлементов примерно одинаково. Это интересное открытие позволит врачам объяснить механизм возникновения аллергических заболеваний, облегчит их диагностику и поможет найти новые, более эффективные способы лечения.

В Периодической системе никель расположен рядом с железом и кобальтом. Будучи во многом сходными, эти элементы образуют так называемую триаду. Любопытно, что из 104 известных в настоящее время элементов при обычных условиях лишь члены железной триады обладают ферромагнитными свойствами. Эта «семейственность доставляет много хлопот металлургам: отделить никель от кобальта - задача не из легких. Да и другая соседка никеля по таблице элементов - медь - тоже очень неохотно расстается с ним. В природе же и кобальт, и медь, как правило, сопутствуют никелю. Разделение этих элементов - очень сложный многостадийный процесс. Именно по этой причине никель считается одним из наиболее дорогих и дефицитных промышленных металлов.

В земной коре содержится 0,008% никеля. Не думайте, что это мало. Общее количество никеля оценивается приблизительно в 10¹⁵ тонн. Предположим, кому-нибудь пришла в голову мысль никелировать нашу планету. Хватит ли для этого земных запасов? Несложный расчет показывает, что не только хватит, но еще и останется примерно на ...20 тысяч (!) таких же «шариков». Вот вам и 0,008%! А ведь земная кора - это только «скорлупка», под которой находятся гораздо более плотные слои, гдесодержание никеля, по мнению ученых, значительно выше.