Кольорові метали

Кольоро́ві мета́ли — це промислова назва всіх металів, крім заліза та елементів його групи. Зазвичай ознакою кольорового металу був його специфічний колір, відмінний від темно-сірого, наприклад, білий (алюміній, срібло), жовтий (золото), червоний (мідь) тощо.

Кольорові метали, такі, як мідь а також олово, свинець почали застосовувати раніше від заліза і його сплавів, початок їх застосування належить до «бронзової доби».

Властивості кольорових металів визначаються особливістю їхньої атомної будови. Установлена чітко виражена періодична залежність багатьох властивостей елементів від їхнього атомного номера.

Характеристики

Характеристики кольорових металів та сплавів[1]
Назва матеріалів	Густина, кг/м³	Температура плавлення, °С	Питомий опір при 20°С, Ом·мм²/м
Алюміній	2 700	660	0,027—0,030
Бронза	8 800—8 900	890—1 050	0,02—0,05
Вольфрам	18 000—19 300	3 370—3 400	0,053—0,055
Латунь	8 400—8 700	900—960	0,03—0,08
Мідь	8 700—8 900	1 080	0,0175—0,018
Нікель	8 800—8 900	1 450	0,068—0,072
Олово	7 300	232	0,012
Платина	21 450	1 755	0,096—0,10
Свинець	11 340	327	0,217—0,227
Срібло	10 500	960	0,015—0,016
Цинк	6 900—7 100	420	0,054—0,063
Ніхром	8 200	1 360 (1 000)[2]	1,10
Фехраль	7 600	1 450 (850)	1,20
Константан	8 800	1 270 (500)	0,50
Манганін	8 300	940 (300)	0,46
Нейзильбер	8 400	1 050 (250)	0,35

Класифікація за фізико-хімічними властивостями

Легкі та важкі метали

Кольорові метали і сплави умовно підрозділяють на легкі і важкі. До легких належать метали, у яких густина не перевищує 5 г/см³: магній, берилій, алюміній, титан і ін. (найлегший метал — літій — 0,536 г/см³). До важких належать метали, у яких щільність перевищує 5 г/см³. Найважчими елементами є осмій (22,48 г/см³), іридій (22,46 г/см³), золото і вольфрам (19,3 г/см³).

Класифікація за температурою плавлення

Кольорові метали підрозділяють також за температурою плавлення. Легкоплавкі мають Т_пл. до 600 °C (цинк, свинець, кадмій, бісмут, олово й ін.). Середню Т_пл. (600–1600 °C) має мідь. Тугоплавкими вважаються метали, що плавляться при температурах вище 1600 °C — титан, хром, ванадій, цирконій і ін.

Міцнісні характеристики

Серед кольорових металів є маломіцні, з границею міцності при розтягу σ_в < 50 МПа (олово, свинець, бісмут, кадмій). Практично всі метали, що є основою сучасних конструкційних сплавів (алюміній, магній, мідь, цинк, нікель та інші) мають σ_в до 500 МПа.

За пластичністю кольорові метали поділяють на пластичні з відносним подовженням, δ, понад 3–5 % і крихкі. Більше кольорових металів є пластичними. До крихких металів належать бісмут, стибій, марганець. Пластичність металів суттєво залежить від концентрації в них природних домішок. Чим чистішим є метал, тим він має більшу пластичність.

Електропровідність

Більшість кольорових металів мають високу електропровідність (срібло, мідь, золото, алюміній).

Корозійна стійкість

Корозієстійкими є золото, хром, ніобій, тантал, свинець. Кольорові метали є дорогими.

Часто з кольорових металів умовно виділяють такі групи:

• легкі метали: алюміній, титан і магній;
• важкі метали: мідь, цинк, нікель, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні;
• дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в ювелірній промисловості;
• лужні метали: калій, натрій і літій
• лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії.
• рідкісні важкі метали: кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, бісмут, використовуються в сплавах з важкими металами.

Характеристика кольорових металів та сплавів^[3]

				Фізико-хімічні характеристики
№№ груп та підгруп	Назва групи (підгрупи)	Кількість елементів	Елементи	Густина, кг/м³	Температура плавлення, °С	Тепловий ефект утворення нижчого оксиду, кДж/моль, O2	Кларк. % мас.
I 1	Важкі основи	5	Ni, Cu, Zn, Sn, Pb	7,3...11,3 Sn  Pb	232...1455 Sn  Ni	${\displaystyle \geqslant 310}$	6·10-4 2·10-2 Sn   Zn
I 2	Важкі малі	6	Co, As, Cd, Sb, Hg, Bi	5,7...13,6 As  Hg	-39...1493 Hg  Co	${\displaystyle \geqslant 180}$	7·10-6 5·10-4 Hg   As
II	Легкі	8	Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Sr, Ba	0,9...4,3 K  Ti	63...1677 K  Ti	${\displaystyle \geqslant 725}$	4·10-2 8,8·102 Sr   Al
III	Благородні	8	Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au	10,5...29,5 Ag  Os	962...3000 Ag  Os	${\displaystyle \geqslant 63}$	5·10-7 2·10-5 Au   Pt
IV 1	Рідкісні тугоплавкі	8	V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re	6,1...21 V  Re	2125...3420 Zr  W	${\displaystyle \geqslant 430}$	1·10-2 2·10-2 Re   Zr
IV 2	Рідкісні розсіяні	6	Ga, Ge, Se, In, Te, Tl	4,4...11,9 Se  Tl	30...936 Ga  Ge	${\displaystyle \geqslant 545}$	1·10-4 1,5·10-3 Te   Ga
IV 3	Рідкісні легкі	4	Li, Be, Rb, Cs	0,5...1,9 Li  Cs	29...1285 Rb  Be	${\displaystyle \geqslant 1215}$	6·10-4 3·10-2 Be   Rb
IV 4	Рідкісноземельні	17	Sc, Y, La лантаноїди	3,0...6,8 Sc  Ce	804...1525 Ce  Y	${\displaystyle \geqslant 1260}$	<10-7 2,8·10-2 Лант. Y
IV 5	Радіоактивні	24	Tc, Po, Fr, Ra, Ac, Th, U, зауранові	6,0...19,1 Ra  U	15...1750 Fr  Th	${\displaystyle \geqslant 1050}$	24мг 8·10-4 Fr   Th
	Чорні	3	Cr, Mn, Fe	7,2...7,9 Fe	1244...1890 Mn  Cr	${\displaystyle \geqslant 545}$	2·10-2 5,1·105 Cr  Fe
	Кремній	1	Si	2,3	1423	880	27,6

Класифікація за призначенням

За промисловим призначенням та використанням кольорові метали і їх сплави розділяють на дві групи:

Конструкційні матеріали

До конструкційних належать кольорові метали і сплави, що використовуються для виготовлення різних деталей, вузлів машин і конструкцій. До них належать більшість сплавів на основі міді, алюмінію, магнію, титану тощо:

• матеріали з особливими технологічними властивостями (сплави на основі міді — латуні і бронзи);
• матеріали з малою густиною (сплави на основі алюмінію і магнію);
• матеріали з високою питомою міцністю (титан, берилій і сплави на їх основі);
• антифрикційні матеріали — підшипникові сплави (бабіти та ін.);
• матеріали, стійкі до впливу температури і робочого середовища — корозієстійкі (срібло, золото, платина та ін.), жаротривкі, жароміцні, холодотривкі, радіаційно-тривкі матеріали та ін.

Матеріали з особливими фізичними властивостями

До кольорових металів і сплавів з особливими фізичними властивостями належать:

• матеріали з особливими електричними властивостями — з високою електропровідністю, з високим електричним опором для нагрівальних елементів і реостатів, припої, напівпровідникові матеріали;
• матеріали з особливими магнітними властивостями;
• матеріали з особливими тепловими властивостями.

З урахуванням того, що один і той самий метал часто є основою сплавів різного призначення, поширеною є класифікація металевих сплавів за основним металом. Найбільше застосування в техніці відповідно до цієї класифікаційної ознаки знаходять наступні матеріали:

• сплави на основі міді;
• сплави на основі алюмінію;
• сплави на основі титану;
• сплави на основі магнію;
• сплави на основі берилію
• сплави на основі легкоплавких металів — цинку, олова, свинцю та ін.;
• тугоплавкі метали (V, Nb, Zr, W, Mo, Ta) і сплави на їх основі;
• благородні метали (Ag, Au, Pt та ін.) і сплави на їх основі.