Медь в чистом виде: Применение меди

Применение меди

При производстве различных изделий используют медь в чистом виде и в виде сплавов с различными металлами. Широчайшее применение находит в разных областях производства медный лист и лента, которые используются как в электротехнике, так и в строительстве конструкций и оформлении интерьера.

Медь как электропроводник

Чистую медь используют и применяют для производства проводов, кабелей, сетевых проводников, электропередач. Сердцевина кабелей — это медная жила в производстве которой используют только очень чистый металл, любые примеси снижают эффект электропроводимости меди. Низкое удельное сопротивление позволяет использовать медь в электротехнике для изготовления силовых кабелей и других проводников, а также силовых шин проводящих высокие токи, провода из высокочистой меди используют в обмотках электроприводов и силовых трансформаторов.

Медь в быту

В настоящее время при монтаже электропроводки в жилых помещениях допускаются провода только с медной жилой, которые производятся из медной проволоки высокой частоты, которая, в свою очередь, производится из медной катанки класса А.

Таким образом, медная проволока применяется в наших квартирах для работы всех электроприборов и освещения. Применение в проводах меди вместо алюминия обусловлено не только лучшей электропроводностью меди, но, в основном, лучшей пожаробезопасностью. Медь меньше алюминия подвержена коррозии и меньше реагирует с водой, что позволяет использовать медные трубки и трубы для передачи жидкостей и газов в различных системах домашнего отопления и кондиционирования.

Применение меди в разрезе теплопроводности

Высокая электропроводность меди является лишь одним из главных свойств, которые определяют широчайшие использования в быту и промышленности. Вторым основополагающим свойством меди является ее крайне высокая теплопроводность, которая при наличии примесей олова, мышьяка, фосфора, железа их других элементов резко падает вместе с ростом электрического сопротивления. Высокая теплопроводность, хороший теплообмен позволяют применять медь в теплообменниках, теплоотводах и приборах где они используются — холодильниках, кулерах, в кондиционерах.

Лучшие компьютерные кулеры используют медные радиаторы, которые отводят тепло от процессоров и видеокарт.

Примеры применения меди — медицина, ювелирка, аксессуары

В настоящее время проводится широкий спектр исследований бактерицидных свойств меди. Издавна считалось, что медная посуда способствует уничтожению болезнетворных бактерий и является очень гигиеничным. Современные научные изыскания говорят о том, что использование меди в быту снижают перенос бактерий. Таким образом, возникают рекомендации использование меди в больничном быту и в поликлиниках как антисептика.
Окружающие нас золотые изделия из золота разных проб являются стволам меди и золота, их пропорции и называют пробой. Чистое золото без меди мы видим , практически, только в слитках , которые хранятся в банках.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде медного купороса — пятиводного сульфата меди. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых дозах медь совершенно необходима всему живому.
Также медь используют для никелирования и хромирования стали. Можно заметить, что когда с блестящих ручек и прочих элементов хоть капельку стирается серебристый блестящий слой, то под ним мы видим не сталь, а розоватый, тончайший слой медного напыления. Без этого слоя хромированные, никелированные детали становились бы облезлыми и некрасивыми очень быстро.

Медь в строительстве — токоотводы, кровля

При строительстве домов медь неизменно используется в качестве громоотводов, молниезащиты. Для молниезащиты используется медная жила толщиной 8 мм из чистейшей меди, то есть для этого необходимо медная проволока марки ММ, так как благодаря чистоте меди этой марки обеспечивается эффективный отвод тока. Также в строительстве используется листовая медь в качестве кровли. Медь, и так обладающая хорошими антикоррозионными свойствами, благодаря образованию патины на поверхности листов или ленты из раскисленной меди служат больше 2 веков, в течении жизни не менее пяти поколений владельцев дома.

Химические свойства меди

Поговорим о первом из металлов, освоенных человеком. О меди. В периодической таблице химических элементов, медь находится в одиннадцатой группе, в так называемой, троице дорогих металлов – меди, серебра и золота. Согласно археологическим данным, первые медные изделия человек начал изготавливать в VII тысячелетии до н.э. То есть, около девяти тысяч лет назад. Из-за своей малой активности, медь была первым металлом, полученным человеком в чистом виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс получения меди очень прост. Берется малахитовая руда или основной карбонат меди и смешивается с углем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем смесь нагревается. В результате образуется угарный газ, который восстанавливает медь из малахита до металлического состояния. Полученную медь можно переплавить, а затем обработать и сделать из нее какое-нибудь изделие.Латинское название меди – cuprum, произошло от слова Кипр, где было богатое месторождение малахитовой руды. Медь иногда встречается и в виде самородков. Для демонстрации химических свойств меди. Возьмем тот самый ее основной карбонат или малахитовую руду, но более чистую, чем та, которая находится в природе. При приливании раствора аммиака, к основному карбонату меди, образуется растворимый аммиачный комплекс меди. Эту реакцию можно использовать для очистки медных изделий от патины. Только вместо аммиака, от запаха которого хочется убежать, можно использовать менее вонючее вещество, трилон б, тоже хороший комплексообразователь. Металлическая медь представляет собой довольно стабильный и малоактивный металл. Именно поэтому, шпили старых церквей покрывали медными листами, защищающими кровлю на долгие годы. Металлическая медь не растворяется в разбавленных серной и соляных кислотах, так как находится в ряду напряжений металлов после водорода.

Однако, с концентрированной азотной кислотой, медь реагирует довольно активно, образуя диоксид азота — бурый газ и с неприятным запахом и нитрат меди. Если перейти к соединению меди, то самая часто встречающаяся медная соль, в обычной жизни, это конечно же, медный купорос и сульфат меди. Его используют для дезинфекции растений от насекомых, а так же в аналитической химии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если к сульфату меди прилить гидроксид натрия, в осадок выпадет гидроксид меди, с помощью которого можно определить наличие сахара во фруктах. В стаканчик с гидроксидом меди добавим натертого яблока и нагреем смесь. Со временем, глюкоза, содержащаяся в яблочном соке, восстанавливает медь из двухвалентного состояния до одновалентного. И спустя время, раствор становится оранжевым. В стаканчике, из гидроксида меди образовался оксид меди один, что является качественной реакцией на наличие глюкозы в яблоке. Оксид одновалентной меди растворяется в растворе аммиака, образуя аммиакат одновалентной меди. Раствор соединения одновалентной меди бесцветный, но при окислении такого раствора перекисью водорода, раствор синеет. Из-за окисления меди до двухвалентного состояния. Так же, если смешать синий гидроксид меди и глицерин, раствор станет ярко синим. Из-за образования глицината меди, что является качественной реакцией на многоатомные спирты. Вообще, соединения меди используются во множестве аналитических реакций, с помощью которых можно определить даже концентрацию спирта в растворе. Существует еще одна интересная реакция, с помощью которой можно получить медное зеркало.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В стаканчик с раствором медного купароса приливают мощный растворитель – раствор гидразина. При этом, атомы азота в гидразине окисляются, а медь восстанавливается из раствора до металла, покрывая стенки стакана блестящим, красивым слоем меди. Но на этом, свойства сульфата меди не заканчиваются. Если нагреть синий, привычный всем, сульфат меди, то со временем он побелеет, из-за того, что при нагревании сульфата меди, испаряется вода, оставляя безводный сульфат белого цвета. Если к такому сульфату меди добавить воды, синий цвет снова вернется. Так как, к молекуле сульфата меди снова присоединится вода, образуя кристаллогидрат. Если внести медный купорос в пламя горелки, то оно окрасится в зеленый цвет из-за ионов меди. Сама по себе, металлическая медь является одним из лучших проводников тепла и электричества. Из-за этого свойства, сейчас из меди делают провода во многих приборах, а также теплоотводов в компьютерах. Свойство меди хорошо проводить электричество я продемонстрирую на одном опыте. Сначала посмотрим, как падает мощный неодимовый магнит на поверхность стола. А теперь сравним с этим падением магнита медную пластину. Можно заметить, что на медную пластину магнит падает медленнее. Этот эффект возникает из-за образующихся токов внутри медной пластины, вызванных движением магнита.

Так называемый эффект индукции можно усилить, если охладить медную пластину в жидком азоте. При этом, магнит зависает гораздо дольше над пластиной, так как при охлаждении внутреннее сопротивление меди снизилось. Образующийся ток может существовать дольше. Если сделать специальную керамику, в состав которой, вместо меди входит итрий барий кислород, то получится сверхпроводник,, ток в котором не кончается и магнит под ним может левитировать бесконечно, пока керамику охлаждают в жидком азоте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сейчас из меди изготавливают и медные трубы. Медь входит в состав и множества сплавов, таких, как бронзовые сплавы, семейство латунных сплавов, мельхиор и другие. Многим известно выражение – «голубая кровь». В действительности, ни земле есть существа, кровь которых голубого цвета из-за содержащегося в ней белка гемоцианина, аналога гемоглобина, содержащего ионы меди вместо ионов железа. Голубую кровь мечехвостов используют для тестирования медицинских препаратов на наличие заражения. Оказалось, что обычная и всем привычная медь является не такой простой, как кажется.

Медь — Copper — qaz.wiki

Химический элемент с атомным номером 29

Химический элемент с атомным номером 29

Медь,  ₂₉ Cu

Медь
Внешность	красно-оранжевый металлический блеск
Стандартный атомный вес A r, std (Cu)	63,546 (3)
Медь в периодической таблице
Атомный номер ( Z )	29
Группа	группа 11
Период	период 4
Блокировать	d-блок
Электронная конфигурация	[ Ar ] 3d 10 4s 1
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 1
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	1357,77  К (1084,62 ° С, 1984,32 ° F)
Точка кипения	2835 К (2562 ° С, 4643 ° F)
Плотность (около  rt )	8,96 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )	8,02 г / см 3
Теплота плавления	13,26  кДж / моль
Теплота испарения	300,4 кДж / моль
Молярная теплоемкость	24,440 Дж / (моль · К)
Давление газа P   (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T   (K) 1509 1661 1850 г. 2089 2404 2834
Атомные свойства
Состояния окисления	-2, 0, +1 , +2 , +3, +4 (умеренно основной оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,90
Энергии ионизации	1-я: 745,5 кДж / моль 2-я: 1957,9 кДж / моль 3-я: 3555 кДж / моль ( больше )
Радиус атома	эмпирический: 128  pm
Ковалентный радиус	132 ± 16 часов
Радиус Ван-дер-Ваальса	140 вечера
Спектральные линии меди
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	​ гранецентрированная кубическая (ГЦК)
Скорость звука тонкого стержня	(отожженный) 3810 м / с (при  комнатной температуре )
Тепловое расширение	16,5 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность	401 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	16,78 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	диамагнитный
Магнитная восприимчивость	−5,46 · 10 −6  см 3 / моль
Модуль для младших	110–128 ГПа
Модуль сдвига	48 ГПа
Объемный модуль	140 ГПа
коэффициент Пуассона	0,34
Твердость по Моосу	3. 0
Твердость по Виккерсу	343–369 МПа
Твердость по Бринеллю	235–878 МПа
Количество CAS	7440-50-8
История
Именование	после Кипра , главное место добычи в римскую эпоху ( Киприум )
Открытие	Ближний Восток ( 9000 г. до н.э. )
Основные изотопы меди
Категория: Медь | использованная литература

Медь — это химический элемент с символом Cu (от латинского : cuprum ) и атомным номером 29. Это мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой теплопроводностью и электропроводностью . Свежая поверхность из чистой меди имеет розовато-оранжевый цвет . Медь используется как проводник тепла и электричества, как строительный материал и как составная часть различных металлических сплавов , таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях , мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет , и константан, используемый в тензодатчиках и термопарах. для измерения температуры.

Медь — один из немногих металлов, которые могут встречаться в природе в металлической форме, пригодной для непосредственного использования ( самородные металлы ). Это привело к очень раннему использованию человеком в нескольких регионах, начиная с ок. 8000 г. до н.э. Тысячи лет спустя это был первый металл, выплавленный из сульфидных руд, c. 5000 г. до н.э .; первый металл, который нужно отлить в форму в форме, c. 4000 г. до н.э .; и первый металл, который будет намеренно сплавлен с другим металлом, оловом , для создания бронзы , c. 3500 г. до н.э.

В римскую эпоху медь добывалась в основном на Кипре , происхождение названия металла от aes сyprium (металл Кипра), позже преобразованного в сuprum (латинское). От него произошли копер ( древнеанглийский ) и медь , позднее это написание впервые было использовано около 1530 года.

Обычно встречающиеся соединения — это соли меди (II), которые часто придают синий или зеленый цвет таким минералам, как азурит , малахит и бирюза , и исторически широко использовались в качестве пигментов.

Медь используется в зданиях, как правило , для кровли, окисляется с образованием зеленого Verdigris (или патины ). Медь иногда используется в декоративном искусстве как в виде элементарного металла, так и в виде пигментов. Соединения меди используются как бактериостатические средства , фунгициды и консерванты для древесины.

Медь важна для всех живых организмов в качестве микроэлемента в пище, поскольку она является ключевым компонентом цитохром-с-оксидазы комплекса респираторных ферментов . У моллюсков и ракообразных медь является составной частью пигмента гемоцианина крови , который у рыб и других позвоночных заменяется гемоглобином, связанным с железом . У людей медь содержится в основном в печени, мышцах и костях. В организме взрослого человека содержится от 1,4 до 2,1 мг меди на килограмм веса тела.

Характеристики

Физический

Медь чуть выше точки плавления сохраняет свой розовый блеск, когда достаточно света затмевает оранжевый цвет накаливания.

Медь, серебро и золото входят в группу 11 периодической таблицы; Эти три металла имеют один s-орбитальный электрон на заполненной d- электронной оболочке и характеризуются высокой пластичностью , а также электрической и теплопроводностью. Заполненные d-оболочки в этих элементах мало способствуют межатомным взаимодействиям, в которых преобладают s-электроны через металлические связи . В отличие от металлов с неполными d-оболочками, металлические связи в меди не имеют ковалентного характера и являются относительно слабыми. Это наблюдение объясняет низкую твердость и высокую пластичность монокристаллов меди. В макроскопическом масштабе введение в кристаллическую решетку протяженных дефектов , таких как границы зерен, препятствует течению материала под действием приложенного напряжения, тем самым увеличивая его твердость. По этой причине медь обычно поставляется в мелкозернистой поликристаллической форме, которая имеет большую прочность, чем монокристаллические формы.

Мягкость меди частично объясняет ее высокую электропроводность (59,6 × 10 ⁶   См / м) и высокую теплопроводность, занимающую второе место (уступающее только серебру) среди чистых металлов при комнатной температуре. Это связано с тем, что сопротивление переносу электронов в металлах при комнатной температуре возникает в основном из-за рассеяния электронов на тепловых колебаниях решетки, которые относительно слабы в мягком металле. Максимально допустимая плотность тока меди на открытом воздухе составляет примерно 3,1 × 10 ⁶  А / м ² площади поперечного сечения, при превышении которой она начинает чрезмерно нагреваться.

Медь — один из немногих металлических элементов с естественным цветом, отличным от серого или серебристого. Чистая медь оранжево-красный и приобретает красноватую тусклость при воздействии воздуха. Характерный цвет меди является результатом электронных переходов между заполненными 3d и полупустыми 4s-оболочками атомов — разность энергий между этими оболочками соответствует оранжевому свету.

Как и в случае с другими металлами, если медь контактирует с другим металлом, произойдет гальваническая коррозия .

Химическая

Неокисленный медный провод (слева) и окисленный медный провод (справа)

Медь не реагирует с водой, но медленно реагирует с атмосферным кислородом, образуя слой коричнево-черного оксида меди, который, в отличие от ржавчины , образующейся на железе во влажном воздухе, защищает лежащий под ней металл от дальнейшей коррозии ( пассивации ). Зеленый слой яри — медянка (карбонат меди) часто можно увидеть на старых медные структуры, такие , как кровли многих старых зданий и Статуя Свободы . Медь тускнеет под воздействием некоторых соединений серы , с которыми она реагирует с образованием различных сульфидов меди .

Изотопы

Есть 29 изотопов меди. ⁶³ Cu и ⁶⁵ Cu являются стабильными, причем ⁶³ Cu составляет примерно 69% меди природного происхождения; оба имеют спин из ³ / ₂ . Остальные изотопы радиоактивны , наиболее стабильным из которых является ⁶⁷ Cu с периодом полураспада 61,83 часа. Были охарактеризованы семь метастабильных изотопов ; ^68m Cu является самым долгоживущим с периодом полураспада 3,8 минуты. Изотопы с массовым числом выше 64 распадаются на β ^— , тогда как изотопы с массовым числом ниже 64 распадаются на β ⁺ . ⁶⁴ Cu с периодом полураспада 12,7 часа распадается в обоих направлениях.

⁶² Cu и ⁶⁴ Cu имеют важное применение. ⁶² Cu используется в ⁶² Cu-PTSM в качестве радиоактивного индикатора для позитронно-эмиссионной томографии .

Вхождение

Самородная медь с полуострова Кевино, штат Мичиган, около 2,5 дюймов (6,4 см) в длину.

Медь производится в массивных звездах и присутствует в земной коре в количестве около 50 частей на миллион (ppm). В природе медь встречается в различных минералах, в то числе самородной меди , сульфиды меди , такие как халькопирит , борнит , digenite , ковеллин и халькозин , медь сульфосолей , такая как tetrahedite-теннантит и энаргит , медные карбонаты , такие как азурит и малахит , и в виде оксидов меди (I) или меди (II), таких как куприт и тенорит , соответственно. Самая большая обнаруженная масса элементарной меди весила 420 тонн и была обнаружена в 1857 году на полуострове Кевинау в Мичигане, США. Самородная медь представляет собой поликристалл , размер самого большого из когда-либо описанных монокристаллов составляет 4,4 × 3,2 × 3,2 см.

Производство

Тенденция мирового производства Цены на медь в 2003–2011 гг. В долларах США за тонну

Большая часть меди добывается или извлекается в виде сульфидов меди из крупных карьеров на медно-порфировых месторождениях, содержащих от 0,4 до 1,0% меди. Участки включают Чукикамата в Чили, шахту Бингем-Каньон в Юте, США, и шахту Эль-Чино в Нью-Мексико, США. По данным Британской геологической службы , в 2005 году Чили была крупнейшим производителем меди с долей не менее одной трети в мире, за ней следовали США, Индонезия и Перу. Медь также может быть извлечена путем выщелачивания на месте . Несколько сайтов в штате Аризона считаются первыми кандидатами на использование этого метода. Количество используемой меди увеличивается, а доступного количества едва хватает, чтобы позволить всем странам достичь уровня использования в развитых странах мира.

Резервы

Медь использовалась не менее 10 000 лет, но более 95% всей меди, когда-либо добытой и выплавленной , было добыто с 1900 года, а более половины — за последние 24 года. Как и в случае со многими другими природными ресурсами, общее количество меди на Земле огромно, около 10 ¹⁴ тонн в верхнем километре земной коры, что составляет около 5 миллионов лет при нынешних темпах добычи. Однако только малая часть этих запасов экономически жизнеспособна при нынешних ценах и технологиях. Оценки запасов меди, доступных для добычи, варьируются от 25 до 60 лет, в зависимости от основных предположений, таких как темпы роста. Переработка — основной источник меди в современном мире. Из-за этих и других факторов будущее производства и поставок меди является предметом многочисленных споров, включая концепцию пика меди , аналогичного пику добычи нефти .

Цена на медь исторически была нестабильной, и ее цена выросла с 60-летнего минимума 0,60 доллара США за фунт (1,32 доллара США за кг) в июне 1999 года до 3,75 доллара США за фунт (8,27 доллара США за кг) в мае 2006 года. Она упала до 2,40 доллара США за фунт. за фунт (5,29 долл. США / кг) в феврале 2007 года, а затем подскочил до 3,50 долл. США за фунт (7,71 долл. США за кг) в апреле 2007 года. В феврале 2009 года из-за ослабления мирового спроса и резкого падения цен на сырьевые товары по сравнению с пиками предыдущего года цены на медь составили 1,51 долл. США. за фунт (3,32 доллара за кг).

Методы

Схема процесса взвешенной плавки

Концентрация меди в рудах составляет в среднем всего 0,6%, и большинство промышленных руд представляют собой сульфиды, особенно халькопирит (CuFeS ₂ ), борнит (Cu ₅ FeS ₄ ) и, в меньшей степени, ковеллит (CuS) и халькоцит (Cu ₂ S). . Эти минералы концентрируются из дробленых руд до уровня 10–15% меди путем пенной флотации или биовыщелачивания . Нагревание этого материала с диоксидом кремния при взвешенной плавке удаляет большую часть железа в виде шлака . В процессе используется более легкое преобразование сульфидов железа в оксиды, которые, в свою очередь, реагируют с кремнеземом с образованием силикатного шлака, который плавает поверх нагретой массы. Полученный медный штейн, состоящий из Cu ₂ S, обжигается для преобразования всех сульфидов в оксиды:

2 Cu ₂ S + 3 O ₂ → 2 Cu ₂ O + 2 SO ₂

Закись меди при нагревании превращается в черновую медь:

2 Cu ₂ O → 4 Cu + O ₂

В процессе производства штейна Садбери только половина сульфида превращалась в оксид, а затем этот оксид использовался для удаления остальной серы в виде оксида. Затем он был подвергнут электролитической очистке, и анодный шлам был использован для получения содержащихся в нем платины и золота. На этом этапе используется относительно легкое восстановление оксидов меди до металлической меди. Природный газ продувается через блистер, чтобы удалить большую часть оставшегося кислорода, а полученный материал подвергается электрорафинированию для получения чистой меди:

Cu ²⁺ + 2 e ^— → Cu

Переработка отходов

Как и алюминий , медь пригодна для вторичной переработки без потери качества как в сыром виде, так и в результате производства. По объему медь является третьим по величине перерабатываемым металлом после железа и алюминия. По оценкам, 80% всей когда-либо добытой меди все еще используется. По данным Международной группы ресурсов «s Металлические запасов в отчете общества , глобальная душа запас меди в использовании в обществе 35-55 кг. Большая часть этого приходится на более развитые страны (140–300 кг на душу населения), а не на менее развитые страны (30–40 кг на душу населения).

Процесс переработки меди примерно такой же, как и при извлечении меди, но требует меньшего количества шагов. Медный лом высокой чистоты плавится в печи, затем восстанавливается и разливается в заготовки и слитки ; Лом более низкой чистоты очищается гальваническим способом в ванне с серной кислотой .

Сплавы

Было разработано множество медных сплавов , многие из которых нашли важное применение. Латунь — это сплав меди и цинка . Бронза обычно относится к сплавам медь- олово , но может относиться к любому сплаву меди, например, алюминиевой бронзе . Медь является одним из наиболее важных составных частей серебра и карат золота припоев , используемых в ювелирной промышленности, изменяя цвет, твердость и температуру плавления получаемых сплавов. Некоторые бессвинцовые припои состоят из олова, легированного небольшой долей меди и других металлов.

Сплав меди и никеля , называемый мельхиора , используется в монетах малого достоинства, часто для внешнего покрытия. Американская пятицентовая монета (в настоящее время называемая никелем ) состоит из 75% меди и 25% никеля в однородном составе. До появления мельхиора, который получил широкое распространение в странах во второй половине 20-го века, также использовались сплавы меди и серебра , а в США до 1965 года использовался сплав, состоящий из 90% серебра и 10% меди. Серебро в обращении было удалено из всех монет, за исключением полдоллара — они были обесценены до сплава 40% серебра и 60% меди в период с 1965 по 1970 год. Сплав 90% меди и 10% никеля, отличающийся своей устойчивостью к Коррозия, используется для различных объектов, подверженных воздействию морской воды, хотя она уязвима для сульфидов, которые иногда встречаются в загрязненных гаванях и устьях. Сплавы меди с алюминием (около 7%) имеют золотистый цвет и используются в украшениях. Сякудо — это японский декоративный сплав меди с низким процентным содержанием золота, обычно 4–10%, который можно патинировать до темно-синего или черного цвета.

Соединения

Медь образует широкий спектр соединений, обычно со степенью окисления +1 и +2, которые часто называют медью и медью соответственно. Соединения меди, будь то органические комплексы или металлоорганические соединения , способствуют или катализируют многочисленные химические и биологические процессы.

Бинарные соединения

Как и другие элементы, простейшие соединения меди представляют собой бинарные соединения, то есть соединения, содержащие только два элемента, основными примерами которых являются оксиды, сульфиды и галогениды . Оба одновалентные и двухвалентные медь оксиды известны. Среди многочисленных сульфидов меди , важные примеры включают меди (I) сульфид и меди (II) сульфид .

Галогениды меди (с хлором , бромом и йодом ) известны, как и галогениды меди с фтором , хлором и бромом . Попытки получить иодид меди (II) дают только йодид меди и йод.

2 Cu ²⁺ + 4 I ^— → 2 CuI + I ₂

Координационная химия

Медь образует координационные комплексы с лигандами . В водном растворе медь (II) существует как [Cu (H
^{₂ O)
₆ ] 2+
_{. Этот комплекс демонстрирует самую быструю скорость водообмена (скорость присоединения и отсоединения водных лигандов) для любого комплекса переходного металла . Добавление водного гидроксида натрия вызывает осаждение светло-голубого твердого гидроксида меди (II) . Упрощенное уравнение:}}

Диаграмма Пурбе для меди в несложной среде (анионы, отличные от ОН-, не рассматриваются). Концентрация ионов 0,001 м (моль / кг воды). Температура 25 ° C.

Cu ²⁺ + 2 OH ^— → Cu (OH) ₂

Водный аммиак дает такой же осадок. При добавлении избытка аммиака осадок растворяется с образованием тетраамминмеди (II) :

Cu (H
^{₂ O)
₄ (ОЙ)
₂ + 4 NH ₃ → [Cu (H
₂ O)
₂ (NH
₃ )
₄ ] 2+
_{+ 2 Н 2 О + 2 ОН —}}

Многие другие оксианионы образуют комплексы; они включают медь (II) ацетат , меди (II) нитрат и меди (II) карбонат . Меди (II) сульфат образует синий кристаллический пент гидрат , наиболее знакомое соединение меди в лаборатории. Он используется в фунгициде, называемом бордосской смесью .

Полиолы , соединения, содержащие более одной спиртовой функциональной группы , обычно взаимодействуют с солями меди. Например, соли меди используются для проверки восстанавливающих сахаров . В частности, при использовании реагента Бенедикта и раствора Фелинга о присутствии сахара свидетельствует изменение цвета с синего Cu (II) на красноватый оксид меди (I). Реагент Швейцера и родственные комплексы с этилендиамином и другими аминами растворяют целлюлозу . Аминокислоты образуют очень прочные хелатные комплексы с медью (II). Существует множество влажных химических тестов на ионы меди, в том числе с участием ферроцианида калия , который дает коричневый осадок с солями меди (II).

Медьорганическая химия

Соединения, содержащие связь углерод-медь, известны как медноорганические соединения. Они очень реактивны по отношению к кислороду с образованием оксида меди (I) и имеют много применений в химии . Их синтезируют обработкой соединений меди (I) реактивами Гриньяра , концевыми алкинами или литийорганическими реагентами ; в частности, последняя описанная реакция дает реактив Гилмана . Они могут пройти замещение с алкилгалогенидами с образования соединения продуктов ; как таковые, они важны в области органического синтеза . Меди (I) Ацетилид весьма чувствительные к ударам , но является промежуточным продуктом в реакции , такие как муфты Cadiot-Ходкевичах и муфты Соногашира . Конъюгат дополнение к енонам и carbocupration алкин также может быть достигнуто с organocopper соединений. Медь (I) образует множество слабых комплексов с алкенами и оксидом углерода , особенно в присутствии аминных лигандов.

Медь (III) и медь (IV)

Медь (III) чаще всего встречается в оксидах. Простой пример является калий купрат , KCuO ₂ , сине-черным твердым вещества. Наиболее изученными соединениями меди (III) являются купратные сверхпроводники . Оксид иттрия-бария-меди (YBa ₂ Cu ₃ O ₇ ) состоит из центров Cu (II) и Cu (III). Как оксид, фторид является весьма основным анионом и , как известно для стабилизации ионов металлов в высоких степенях окисления. Известны как фториды меди (III), так и даже фториды меди (IV), K ₃ CuF ₆ и Cs ₂ CuF ₆ соответственно.

Некоторые белки меди образуют оксокомплексы , в состав которых также входит медь (III). С тетрапептидами комплексы меди (III) пурпурного цвета стабилизируются депротонированными амидными лигандами.

Комплексы меди (III) также встречаются в качестве промежуточных продуктов в реакциях медноорганических соединений. Например, в реакции Хараша – Сосновского .

История

Временная шкала меди показывает, как металл продвигал человеческую цивилизацию за последние 11000 лет.

Доисторический

Медный век

Многие инструменты эпохи энеолита включали медь, например лезвие этой копии топора Эци.

Медь встречается в природе как самородная металлическая медь и была известна некоторым из древнейших известных цивилизаций. История использования меди восходит к 9000 г. до н.э. на Ближнем Востоке; медный кулон был найден в северном Ираке и датируется 8700 годом до нашей эры. Данные свидетельствуют о том, что золото и метеоритное железо (но не плавленое железо) были единственными металлами, которые использовались людьми до меди. Считается, что история металлургии меди следует такой последовательности: сначала холодная обработка самородной меди, затем отжиг , плавка и, наконец, литье по выплавляемым моделям . В юго-восточной Анатолии все четыре этих метода появляются более или менее одновременно в начале неолита c. 7500 г. до н.э.

Плавка меди была изобретена независимо в разных местах. Вероятно, он был обнаружен в Китае до 2800 года до нашей эры, в Центральной Америке около 600 года нашей эры и в Западной Африке примерно в 9 или 10 веке нашей эры. Литье по выплавляемым моделям было изобретено в 4500–4000 годах до нашей эры в Юго-Восточной Азии, а углеродное датирование позволило установить добычу в Олдерли Эдж в Чешире , Великобритания, в период с 2280 по 1890 год до нашей эры. Ледяной Эци , мужчина, датируемый 3300–3200 гг. До н.э., был найден с топором с медной головкой чистотой 99,7%; высокий уровень мышьяка в его волосах предполагает участие в плавлении меди. Опыт работы с медью помог развитию других металлов; в частности, плавка меди привела к открытию плавки железа . Производство на старом медном комплексе в Мичигане и Висконсине датируется периодом от 6000 до 3000 г. до н.э. Природная бронза, разновидность меди, сделанная из руд, богатых кремнием, мышьяком и (редко) оловом, стала широко использоваться на Балканах около 5500 г. до н.э.

Бронзовый век

Впервые легирование меди с оловом для получения бронзы было начато примерно через 4000 лет после открытия плавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «естественная бронза» стала широко использоваться. Бронзовые артефакты винческой культуры датируются 4500 годом до нашей эры. Шумерские и египетские артефакты из меди и бронзовых сплавов датируются 3000 годом до нашей эры. Бронзовый век начался в Юго — Восточной Европе около 3700-3300 г. до н.э., в Северо — Западной Европе около 2500 г. до н. Он закончился началом железного века, 2000–1000 гг. До н.э. на Ближнем Востоке и 600 г. до н.э. в Северной Европе. Переход между периодом неолита и бронзовым веком ранее назывался периодом энеолита (медно-каменный), когда медные орудия использовались с каменными. Этот термин постепенно потерял популярность, потому что в некоторых частях мира энеолит и неолит совпадают с обоих концов. Латунь, сплав меди и цинка, возникла гораздо позже. Он был известен грекам, но во времена Римской империи стал важным дополнением к бронзе.

Древний и постклассический

В Греции медь была известна под названием халкос (χαλκός). Это был важный ресурс для римлян, греков и других древних народов. В римские времена он был известен как aes Cyprium , aes — общий латинский термин для медных сплавов и Cyprium с Кипра , где добывали много меди. Фраза была упрощена до меди , отсюда и английское слово « медь» . Афродита ( Венера в Риме) олицетворяла медь в мифологии и алхимии из-за ее сияющей красоты и ее древнего использования в производстве зеркал; Кипр был священным для богини. Семь небесных светил, известных древним, были связаны с семью металлами, известными в древности, а Венера была связана с медью.

Впервые медь была использована в Древней Британии примерно в III или II веке до нашей эры. В Северной Америке добыча меди началась с незначительных разработок коренных американцев. Самородная медь, как известно, добывалась на островах Рояль с помощью примитивных каменных орудий между 800 и 1600 годами. Медная металлургия процветала в Южной Америке, особенно в Перу около 1000 года нашей эры. Были обнаружены медные погребальные украшения 15 века, но коммерческое производство металла началось только в начале 20 века.

Культурная роль меди была важна, особенно в денежном выражении. Римляне в VI-III веках до нашей эры использовали куски меди в качестве денег. Сначала ценилась сама медь, но постепенно форма и внешний вид стали более важными. У Юлия Цезаря были свои монеты, сделанные из латуни, а монеты Октавиана Августа Цезаря были сделаны из сплавов Cu-Pb-Sn. Предполагаемый годовой объем производства около 15 000 тонн, римская деятельность по добыче и плавке меди достигла непревзойденного до времен промышленной революции масштаба ; в провинции наиболее интенсивно добывали были те Hispania , Кипр и в Центральной Европе.

В воротах Иерусалимского храма использована коринфская бронза, обработанная истощенной позолотой . Этот процесс был наиболее распространен в Александрии , где, как считается, началась алхимия. В древней Индии медь использовалась в целостной медицинской науке Аюрведе для хирургических инструментов и другого медицинского оборудования. Древние египтяне ( ~ 2400 г. до н.э. ) использовали медь для стерилизации ран и питьевой воды, а позже для лечения головных болей, ожогов и зуда.

Медные украшения

Современный

Медный чайник 18 века из Норвегии из шведской меди

Great Copper Mountain была шахта в Фалуне, Швеция, которая действовала с 10 — го века в 1992 году удовлетворены две трети потребления меди в Европе в 17 — м веке и помог фонд многих войн Швеции в это время. Его называли национальной сокровищницей; В Швеции была валюта, обеспеченная медью .

Медь используется в кровле, валюте и в фототехнике, известной как дагерротип . Медь использовалась в скульптуре эпохи Возрождения и использовалась для создания Статуи Свободы ; медь по-прежнему используется в строительстве разного типа. Медь и медная обшивка широко использовались для защиты подводных корпусов кораблей — метод, впервые примененный Британским Адмиралтейством в 18 веке. Norddeutsche Affinerie в Гамбурге был первым современным гальванического завода, начиная свое производство в 1876. немецкого ученого Готтфрид Osann изобретены порошковой металлургии в 1830 году при определении атомной массы этого металла в; Примерно тогда же было обнаружено, что количество и тип легирующего элемента (например, олова) в медь влияют на тона звонка.

Во время роста спроса на медь в эпоху электричества, с 1880-х годов до Великой депрессии 1930-х годов, Соединенные Штаты производили от одной трети до половины мировой добычи меди. Основные районы включали район Кевинау на севере Мичигана, в основном месторождения самородной меди, который в конце 1880-х годов затмил обширные сульфидные месторождения Бьютта, штат Монтана , которые сами по себе были затмины порфировыми месторождениями Южного Запада Соединенных Штатов, особенно в каньоне Бингем. Юта и Моренси, Аризона . Внедрение карьерной добычи с использованием паровой лопаты и инновации в плавке, рафинировании, флотационном обогащении и других этапах обработки привели к массовому производству. В начале двадцатого века первое место занимала Аризона , затем Монтана , затем Юта и Мичиган .

Взвешенная плавка была разработана компанией Outokumpu в Финляндии и впервые применена в Harjavalta в 1949 году; на энергоэффективный процесс приходится 50% мирового производства первичной меди.

Межправительственный совет стран — экспортеров меди , образованная в 1967 году в Чили, Перу, Заире и Замбии, эксплуатируемые на рынке меди в ОПЕК делает в масле, хотя он никогда не достиг такого же влияния, в частности потому , что второй по величине производитель, Соединенные Штаты Америки , никогда не был членом; он был распущен в 1988 году.

Приложения

Медная арматура для паяных сантехнических соединений

Основные области применения меди — это электрические провода (60%), кровля и сантехника (20%), а также промышленное оборудование (15%). Медь используется в основном как чистый металл, но, когда требуется большая твердость, ее добавляют в такие сплавы, как латунь и бронза (5% от общего использования). Более двух столетий медная краска использовалась на корпусах лодок, чтобы контролировать рост растений и моллюсков. Небольшая часть поставляемой меди используется для производства пищевых добавок и фунгицидов в сельском хозяйстве. Обработка меди возможна, хотя сплавы предпочтительны из-за хорошей обрабатываемости при создании сложных деталей.

Провода и кабель

Несмотря на конкуренцию со стороны других материалов, медь остается предпочтительным электрический проводник в почти все категориях , за исключением электрических проводов воздушной передачи электрической энергии , где алюминий часто является предпочтительной. Медный провод используется в производстве электроэнергии , передачи электроэнергии , распределения электроэнергии , телекоммуникаций , электроники схемы, и бесчисленное множество типов электрооборудования . Электропроводка — самый важный рынок для медной промышленности. Сюда входят структурная силовая проводка, силовой распределительный кабель, приборный провод, коммуникационный кабель, автомобильный провод и кабель, а также магнитный провод. Примерно половина всей добываемой меди используется для изготовления электрических проводов и кабельных жил. Многие электрические устройства полагаются на медную проводку из-за множества присущих ей полезных свойств, таких как высокая электропроводность , предел прочности , пластичность , сопротивление ползучести (деформации) , коррозионная стойкость, низкое тепловое расширение , высокая теплопроводность , простота пайки , пластичность. , и простота установки.

На короткий период с конца 1960-х до конца 1970-х годов медная проводка была заменена алюминиевой во многих проектах жилищного строительства в Америке. Новая проводка была причастна к нескольким домашним пожарам, и промышленность вернулась к производству меди.

Электроника и сопутствующие устройства

Медные электрические шины для распределения электроэнергии по большому зданию

В интегральных схемах и печатных платах все чаще используется медь вместо алюминия из-за ее превосходной электропроводности; В радиаторах и теплообменниках используется медь из-за ее превосходных теплоотводящих свойств. Электромагниты , вакуумные лампы , электронно-лучевые трубки и магнетроны в микроволновых печах используют медь, как и волноводы для микроволнового излучения.

Электродвигатели

Превосходная проводимость меди повышает эффективность электродвигателей . Это важно, поскольку на двигатели и моторные системы приходится 43–46% всего мирового потребления электроэнергии и 69% всей электроэнергии, используемой в промышленности. Увеличение массы и поперечного сечения меди в катушке увеличивает КПД двигателя. Медные роторы электродвигателей — новая технология, разработанная для двигателей, в которых экономия энергии является первоочередной задачей при проектировании, позволяет асинхронным электродвигателям общего назначения соответствовать и превосходить стандарты эффективности Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) .

Архитектура

Старая медная посуда в ресторане Иерусалима

Медь использовалась с древних времен как прочный, устойчивый к коррозии и атмосферостойкий архитектурный материал. Козырьки , отливы , водостоки , водосточные трубы , купола , шпили , своды, и двери были сделаны из меди в течение сотен или тысяч лет. Архитектурное использование меди в наше время расширилось за счет включения внутренней и наружной облицовки стен , компенсационных швов в зданиях , защиты от радиочастот , а также антимикробных и декоративных изделий для помещений, таких как привлекательные поручни, сантехника и столешницы. Некоторые из других важных преимуществ меди как архитектурного материала включают низкое тепловое движение , легкий вес, молниезащиту и возможность вторичной переработки.

Характерная естественная зеленая патина металла давно стала желанной для архитекторов и дизайнеров. Финальная патина представляет собой особо прочный слой, который обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии, тем самым защищая лежащий под ним металл от дальнейшего атмосферного воздействия. Это может быть смесь карбонатных и сульфатных соединений в различных количествах, в зависимости от условий окружающей среды, таких как серосодержащие кислотные дожди. Архитектурная медь и ее сплавы также можно «обработать», чтобы придать им особый вид, ощущение или цвет. Отделка включает механическую обработку поверхности, химическое окрашивание и нанесение покрытий.

Медь имеет отличные пайки и пайки свойства и может быть сварена ; Наилучшие результаты дает сварка металлическим электродом в газе .

Антибиообрастание

Медь является биостатической , что означает, что на ней не могут расти бактерии и многие другие формы жизни. По этой причине он давно используется для защиты частей кораблей от ракушек и мидий . Первоначально он использовался в чистом виде, но с тех пор был заменен краской Muntz на основе металла и меди. Точно так же, как уже говорилось о медных сплавах в аквакультуре , медные сплавы стали важными сеточными материалами в аквакультуре, поскольку они обладают антимикробными свойствами и предотвращают биообрастание даже в экстремальных условиях и обладают сильными структурными и коррозионно-стойкими свойствами в морской среде.

Противомикробный

Сенсорные поверхности из медного сплава обладают естественными свойствами, которые уничтожают широкий спектр микроорганизмов (например, E. coli O157: H7, метициллин- резистентный золотистый стафилококк ( MRSA ), стафилококк , Clostridium difficile , вирус гриппа A , аденовирус и грибы ). Было доказано, что около 355 медных сплавов убивают более 99,9% болезнетворных бактерий всего за два часа при регулярной очистке. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) одобрило регистрацию этих медных сплавов в качестве « антимикробных материалов с пользой для общественного здравоохранения»; это разрешение позволяет производителям предъявлять юридические претензии в отношении пользы для здоровья продуктов, изготовленных из зарегистрированных сплавов. Кроме того, EPA одобрило длинный список противомикробных медных продуктов, изготовленных из этих сплавов, таких как перила, поручни , прикроватные столики, раковины , смесители , дверные ручки , туалетная фурнитура, компьютерные клавиатуры , оборудование для оздоровительных клубов и тележки для покупок. ручки (полный список см .: Антимикробные сенсорные поверхности из медного сплава # Одобренные продукты ). Медные дверные ручки используются в больницах для уменьшения распространения болезней, а болезнь легионеров подавляется медными трубками в водопроводных системах. Антимикробные изделия из медного сплава в настоящее время устанавливаются в медицинских учреждениях Великобритании, Ирландии, Японии, Кореи, Франции, Дании и Бразилии, а также востребованы в США и в системе транзита метро в Сантьяго, Чили, где Поручни из медно-цинкового сплава были установлены примерно на 30 станциях в период с 2011 по 2014 год. Текстильные волокна можно смешивать с медью для создания антимикробных защитных тканей.

Спекулятивное инвестирование

Медь может использоваться в качестве спекулятивных инвестиций из-за прогнозируемого увеличения использования в связи с ростом мировой инфраструктуры и важной роли, которую она играет в производстве ветряных турбин , солнечных панелей и других возобновляемых источников энергии. Другой причиной прогнозируемого роста спроса является тот факт, что электромобили содержат в среднем в 3,6 раза больше меди, чем обычные автомобили, хотя влияние электромобилей на спрос на медь обсуждается. Некоторые люди инвестируют в медь через акции горнодобывающих компаний, ETF и фьючерсы . Другие хранят физическую медь в форме медных слитков или круглых изделий, хотя они, как правило, имеют более высокую премию по сравнению с драгоценными металлами. Те, кто хочет избежать наценки на медные слитки, в качестве альтернативы хранят старую медную проволоку , медные трубки или американские пенни, выпущенные до 1982 года .

Народная медицина

Медь обычно используется в ювелирных изделиях, и, согласно некоторым фольклорам, медные браслеты облегчают симптомы артрита . В одном исследовании остеоартрита и одном исследовании ревматоидного артрита не было обнаружено различий между медным браслетом и контрольным браслетом (без меди). Нет доказательств того, что медь может всасываться через кожу. Если бы это было так, это могло бы привести к отравлению медью .

Компрессионная одежда

Недавно на рынке появилась компрессионная одежда с плетеной медью с заявлениями о здоровье, аналогичными заявлениям народной медицины. Поскольку компрессионная одежда является действенным средством лечения некоторых заболеваний, одежда может иметь это преимущество, но добавленная медь может не принести никакой пользы, кроме эффекта плацебо .

Деградация

Chromobacterium violaceum и Pseudomonas fluorescens могут мобилизовать твердую медь в виде цианидного соединения. Эрикоидные микоризные грибы, связанные с Calluna , Erica и Vaccinium, могут расти на металлоносных почвах, содержащих медь. Эктомикоризный гриб Suillus luteus защищает молодые деревья сосны от токсичности меди. Образец гриба Aspergillus niger был обнаружен растущим из раствора для добычи золота и, как было обнаружено, содержит цианокомплексы таких металлов, как золото, серебро, медь, железо и цинк. Грибок также играет роль в солюбилизации сульфидов тяжелых металлов.

Биологическая роль

Богатые источники меди включают устрицы, говядину и печень ягненка, бразильские орехи, мелассу, какао и черный перец. Хорошие источники — омары, орехи и семена подсолнечника, зеленые оливки, авокадо и пшеничные отруби.

Биохимия

Белки меди играют разнообразную роль в биологическом переносе электронов и кислорода, процессах, в которых используется легкое взаимное превращение Cu (I) и Cu (II). Медь необходима для аэробного дыхания всех эукариот . В митохондриях он содержится в цитохром с оксидазе , которая является последним белком в окислительном фосфорилировании . Цитохром с оксидаза — это белок, который связывает О ₂ между медью и железом; белок передает 8 электронов молекуле O ₂ , чтобы восстановить ее до двух молекул воды. Медь также содержится во многих супероксиддисмутазах , белках, которые катализируют разложение супероксидов , превращая его (путем диспропорционирования ) в кислород и перекись водорода :

• Cu ²⁺ -SOD + O ₂ ^— → Cu ⁺ -SOD + O ₂ (восстановление меди; окисление супероксида)
• Cu ⁺ -SOD + O ₂ ^— + 2H ⁺ → Cu ²⁺ -SOD + H ₂ O ₂ (окисление меди; восстановление супероксида)

Белок гемоцианин является переносчиком кислорода у большинства моллюсков и некоторых членистоногих, таких как подковообразный краб ( Limulus polyphemus ). Поскольку гемоцианин имеет синий цвет, у этих организмов есть голубая кровь, а не красная кровь гемоглобина на основе железа . Структурно с гемоцианином связаны лакказы и тирозиназы . Вместо обратимого связывания кислорода эти белки гидроксилируют субстраты, что подтверждается их ролью в образовании лаков . Биологическая роль меди началась с появлением кислорода в атмосфере Земли. Некоторые белки меди, такие как «белки голубой меди», не взаимодействуют напрямую с субстратами; следовательно, они не ферменты. Эти белки передают электроны посредством процесса, называемого переносом электронов .

Фотосинтез функционирует с помощью сложной цепи переноса электронов внутри тилакоидной мембраны . Центральным звеном в этой цепи является пластоцианин , белок голубой меди.

Уникальный четырехъядерный медный центр был обнаружен в редуктазе закиси азота .

Химические соединения, которые были разработаны для лечения болезни Вильсона, были исследованы для использования в терапии рака.

Питание

Медь является важным микроэлементом для растений и животных, но не для всех микроорганизмов. В организме человека содержится около 1,4–2,1 мг меди на кг массы тела.

Абсорбция

Медь всасывается в кишечнике, а затем транспортируется в печень в связке с альбумином . После обработки в печени медь распределяется по другим тканям во второй фазе, в которой участвует белок церулоплазмин , несущий большую часть меди в крови. Церулоплазмин также несет в себе медь, которая выделяется с молоком, и особенно хорошо усваивается как источник меди. Медь в организме обычно подвергается энтерогепатической циркуляции (около 5 мг в день по сравнению с примерно 1 мг в день, абсорбируемой с пищей и выводимой из организма), и организм может при необходимости выводить излишки меди с желчью , который выводит из печени часть меди, которая не всасывается в кишечнике.

Диетические рекомендации

США Институт медицины (IOM) обновлен ожидаемые средние требования (колос) и рекомендуемые диетические пособия (РАР) для меди в 2001 году , если нет достаточной информации для установления Ушей и АРР, оценка обозначается Адекватное Потребление используются (AI) вместо. AI для меди составляют: 200 мкг меди для мужчин и женщин в возрасте 0–6 месяцев и 220 мкг меди для мужчин и женщин в возрасте 7–12 месяцев. Для обоих полов РСНП для меди составляют: 340 мкг меди для детей 1–3 лет, 440 мкг меди для детей 4–8 лет, 700 мкг меди для детей 9–13 лет, 890 мкг меди для детей 14–14 лет. 18 лет и 900 мкг меди для людей в возрасте 19 лет и старше. При беременности 1000 мкг. При кормлении грудью 1300 мкг. Что касается безопасности, IOM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (ПД) витаминов и минералов, когда доказательств достаточно. В случае меди верхний предел установлен на уровне 10 мг / день. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются рекомендуемыми диетическими потребностями .

Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) относится к коллективному набору информации , как диетическое эталонных значений, с справочном населения Intake (PRI) вместо АРР, и средняя потребность вместо EAR. AI и UL определены так же, как в США. Для женщин и мужчин в возрасте 18 лет и старше ИА установлены на уровне 1,3 и 1,6 мг / день соответственно. ИВ при беременности и кормлении грудью — 1,5 мг / сут. Для детей в возрасте от 1 до 17 лет AI увеличивается с 0,7 до 1,3 мг / день. Эти AI выше, чем RDA США. Европейское управление по безопасности пищевых продуктов рассмотрело тот же вопрос о безопасности и установило UL на уровне 5 мг / день, что вдвое меньше значения в США.

Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы (% DV). Для целей маркировки меди 100% дневной нормы составляло 2,0 мг, но по состоянию на 27 мая 2016 года она была пересмотрена до 0,9 мг, чтобы привести ее в соответствие с RDA. Соблюдение обновленных правил маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов и более и к 1 января 2021 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания менее 10 миллионов долларов. В течение первых шести месяцев после даты соответствия 1 января 2020 года FDA планирует сотрудничать с производителями, чтобы соответствовать новым требованиям, предъявляемым к этикеткам Nutrition Facts, и не будет сосредоточиваться на принудительных мерах в отношении этих требований в течение этого времени. Таблица старых и новых суточных значений для взрослых приведена в Справочном дневном потреблении .

Дефицит

Из-за своей роли в облегчении усвоения железа дефицит меди может вызывать симптомы, похожие на анемию , нейтропению , аномалии костей, гипопигментацию, нарушение роста, повышенную частоту инфекций, остеопороз, гипертиреоз и нарушения метаболизма глюкозы и холестерина. И наоборот, болезнь Вильсона вызывает накопление меди в тканях организма.

Тяжелый дефицит может быть обнаружен при тестировании на низкий уровень меди в плазме или сыворотке крови, низкий уровень церулоплазмина и низкий уровень супероксиддисмутазы красных кровяных телец; они не чувствительны к маргинальному статусу меди. «Активность цитохром-с-оксидазы лейкоцитов и тромбоцитов» была заявлена ​​как еще один фактор дефицита, но результаты не были подтверждены репликацией.

Токсичность

При попытках самоубийства потреблялись граммы различных солей меди, которые вызывали острую токсичность меди у людей, возможно, из-за окислительно-восстановительного цикла и образования активных форм кислорода, которые повреждают ДНК . Соответствующие количества солей меди (30 мг / кг) токсичны для животных. Сообщается, что минимальная диетическая ценность для здорового роста кроликов составляет не менее 3 частей на миллион в рационе. Однако более высокие концентрации меди (100 ppm, 200 ppm или 500 ppm) в рационе кроликов могут благоприятно влиять на эффективность преобразования корма , скорость роста и процент разделки туш.

Хроническая токсичность меди обычно не возникает у людей из-за транспортных систем, регулирующих абсорбцию и выведение. Аутосомно-рецессивные мутации в транспортных белках меди могут вывести из строя эти системы, что приведет к болезни Вильсона с накоплением меди и циррозу печени у людей, унаследовавших два дефектных гена.

Повышенный уровень меди также был связан с ухудшением симптомов болезни Альцгеймера .

Воздействие на человека

В США Управление по охране труда (OSHA) определило допустимый предел воздействия (PEL) для медной пыли и паров на рабочем месте как средневзвешенный по времени (TWA) 1 мг / м ³ . Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел Рекомендуемый экспозиции (REL) от 1 мг / м ³ , временное среднее значение. Значение IDLH (непосредственная опасность для жизни и здоровья) составляет 100 мг / м ³ .

Медь входит в состав табачного дыма . Растение табака легко поглощает и накапливает тяжелые металлы , такие как медь из окружающей почвы в листы. Они легко всасываются в тело пользователя после вдыхания дыма. Последствия для здоровья неясны.

Смотрите также

Пиковая медь

использованная литература

Заметки

Диаграммы Пурбе для меди

в чистой воде, кислотных или щелочных условиях. Медь в нейтральной воде благороднее водорода.	в воде, содержащей сульфид	в 10 М растворе аммиака	в растворе хлорида

дальнейшее чтение

• Массаро, Эдвард Дж., Изд. (2002). Справочник по фармакологии и токсикологии меди . Humana Press. ISBN   978-0-89603-943-8 .
• « Медь: Технология и конкурентоспособность (Резюме) Глава 6: Технология производства меди» (PDF) . Управление оценки технологий. 2005 г.
• Current Medicinal Chemistry, Volume 12, Number 10, May 2005, pp. 1161–1208 (48) Металлы, токсичность и окислительный стресс
• Уильям Д. Каллистер (2003). Материаловедение и инженерия: введение (6-е изд.). Вили, Нью-Йорк. Таблица 6.1, стр. 137. ISBN   978-0-471-73696-7 .
• Материал: медь (Cu), насыпь , MEMS и информационный центр по нанотехнологиям.
• Kim BE; Невитт Т; Тиле DJ (2008). «Механизмы приобретения, распределения и регулирования меди». Nat. Chem. Биол . 4 (3): 176–85. DOI : 10,1038 / nchembio.72 . PMID   18277979 .

внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Медью

Викискладе есть медиафайлы по теме меди .

Поищите медь в Викисловаре, бесплатном словаре.

В Wikisource есть оригинальный текст, относящийся к этой статье:

Где найти медь на металлолом и как сдать в пункты приема?

Медь — один самых востребованных цветных металлов, и один из самых дорогих. Расскажем, где найти медный лом, и как отличить медь от других металлов.

В чистом виде медь представляет собой красновато-розовый мягкий металл. Благодаря своей высокой электропроводности, она широко используется в электротехнике, применяется в электрических проводах и преобразователях тока. Как электрический проводник используется половина всей меди в мире.

Медь отлично проводит тепло, поэтому часто используется в нагревательных приборах и теплообменниках.

Основные источники медного лома

1. Бытовые электроприборы. Это один из самых простых и доступных источников медного лома. Медь используется в электродвигателях холодильников и стиральных машин. Особенно много меди содержится в старых ламповых телевизорах — около 1,5 килограммов. В новых моделях этого цветного металла меньше — около 0,5 кг. В двигателе холодильника может быть до 950 грамм меди.
2. Электрические провода и кабели. Это основной источник меди высокого качества. Кабели могут быть как в виде неиспользованных обрезков, так и просто пришедшие в негодность от долгой эксплуатации.
3. Отходы с металлургических производств. Чаще всего это медная стружка или куски металла.
4. Переходники и фитинги из меди, которые остаются после монтажа водопроводной и отопительной систем.
5. Трубы: кондиционерные, холодильные, медицинские для кислорода.
6. Теплообменники старых газовых колонок и газовые горелки.
7. Старинные предметы утвари: самовары, посуда статуэтки и украшения.

Места для сбора лома

Есть много мест, где можно легально найти и собрать металлолом, в том числе медный:

1. Свалки. Это место для поиска старый бытовой техники: старых телевизоров, холодильников, радиоприёмников, стиральных машин и многого другого.
2. Гаражи. В любом гаражном кооперативе можно найти и предложить вывезти не подлежащие восстановлению двигатели, трансформаторы, реле, пускатели, автомобильные поршни, стартеры и так далее.
3. Заброшенные цеха и производства. Там можно обнаружить множество источников меди: в основном, неработающие технические приборы и старые кабели.
4. Ремонтные базы. В таких местах находят множество запчастей, старые моторы, поршни и цилиндры, старые кабели и обрывки кабельной оплетки, использованные аккумуляторы.

Как определить медь

Медь — мягкий цветной металл и легко подвержена механическим воздействиям, поэтому для создания различных конструкций в чистом виде не применяется. В таких случаях её легируют с помощью добавок, дополняя свойства меди нужными качествами в зависимости от сферы применения. Сплавы меди: латунь, бронза, сплав меди с никелем.

Сложнее всего отличить медь от латуни, потому что латунь на 70% состоит из меди. Отличать важно, потому что лом латуни в пункта приёма почти в два раза дешевле лома меди.

Их можно отличить по виду, весу и степени твёрдости. Латунь – сплав меди с цинком и оловом. Она золотисто-жёлтого цвета, не такая пластичная, как медь, и более лёгкая, прочная и твердая. У меди стружка получается закрученная в спираль, а у латуни — игольчатая.

Как сдавать медный лом

Чтобы извлекать именно цветные металлы из старых моторов и вышедшей из строя техники, их нужно разбирать. Вам понадобится болгарка, газорезка, резак по металлу и вспомогательные ручные инструменты для извлечения меди из техники и приборов. Кроме того, стоит подумать о транспорте для перевозки изделий и техники, месте для хранения и разборки металлолома. Это может быть гараж или склад.

Таким образом, если всё правильно организовать, то сдача лома цветных металлов становится простым и доходным делом. Найденный лом можно сдать в пункты приёма компании «МетТранс». У нас высокие тарифы на лом чёрных и цветных металлов и есть всё необходимое оборудование для правильного взвешивания и оценки лома.

позвоните по тел: +7 495 103 40 88

Задавайте вопросы:

По данной услуге: медь цветной лом цветные металлы

Свойства меди и ее применение

Медь широко используется в чистом виде и в виде сплавов в электротехнической и радиотехнической промышленности, где расходуется около 50% получаемой меди, в машиностроении и приборостроении, и военной технике. Чистая медь — металл розо­вого цвета с плотностью 8,93, температурой плавления 1084° С и температурой кипения 2582° С. Медь имеет высокую электро­проводность и теплопроводность, обладает хорошей ковкостью и тягучестью, легко прокатывается в тонкий лист и вытягивается в проволоку.

С давних пор известны и нашли широкое распространение сплавы меди с цинком — латуни и меди с оловом — бронзы. Латунь содержит от 10 до 30% 2п и в ряде случаев небольшие количества олова и свинца. Латуни хорошо обрабатываются, имеют более высокую по сравнению с медью механическую проч­ность и, кроме того, дешевле чистой меди. Бронза содержит до 20% Бп. Несмотря на относительно высокую твердость, бронзы хорошо обрабатываются и хорошо заполняют форму при литье. Бронзы обладают высокой устойчивостью к износу, небольшим коэффициентом трения и поэтому используются для приготовле­ния вкладышей подшипников, шестерен и других деталей. Бронза используется также в химическом производстве.

Медь очень хорошо проводит электричество и тепло. Удель­ное сопротивление меди равно 0,018 Ом•мм²/м, а тепло­проводность при 20 °С составляет 385 Вт/(м • К). По электропроводности медь лишь немного уступает серебру. Ее электропроводность в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и примерно в 6 раз выше, чем у платины и железа. Медь обла­дает ценными механическими свойствами — ковкостью и тягу­честью.

В присутствии воздуха, влаги и сернистого газа медь постепенно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основной серно-кислой соли, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Поэтому медь и ее сплавы находят широкое применение при строительстве линий электропередач и устройстве различного вида связи, в электромашинострое­нии и приборостроении, в холодильной технике (производст­во теплообменников охлаждающих устройств) и химическом машиностроении (изготовление вакуум-аппаратов, змееви­ков). Около 50 % всей меди расходует электропромышлен­ность. На основе меди создано большое число сплавов с такими металлами, как Zn, Sn, Al, Ве, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au и др. , и реже с неметаллами P, S, О и др. Область при­менения этих сплавов очень обширна. Многие из них обла­дают высокими антифрикционными свойствами. Сплавы приме­няют в литом и кованом состоянии, а также в виде изделий из порошка.

Например, широко применяют сплавы типа оловянных (4— 33 % Sn), свинцовых (~ 30 % Pb), алюминиевых (5—11 % Al), кремниевых (4—5 % Si) и сурьмяных бронз. Бронзы применяют для изготовления подшипников, теплообменников и других изделий в виде листа, прутков и труб в химической, бумаж­ной и пищевой промышленности.

Сплавы меди с хромом и порошковый сплав с вольфрамом идут на изготовление электродов и электроконтактов.

В химической промышленности и машиностроении также ши­роко применяют латунь — сплав меди с цинком (до 50 % Zn), обычно с добавками небольших количеств других элементов (Al, Si, Ni, Mn). Сплавы меди с фосфором (6—8 %) исполь­зуют в качестве припоев.

Известны два способа извлечения меди из руд и концентра­тов: гидрометаллургический и пирометаллургический.

Первый из них не нашел широкого применения. Его ис­пользуют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позвляет извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Большую часть меди (85—90%) производят пирометаллургическим способом из сульфидных руд. Одновременно решает­ся задача извлечения из руд помимо меди других ценных сопутствующих металлов. Пирометаллургический способ про­изводства меди является многостадийным. Основные стадии этого производства: подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг), плавка на штейн (выплавка медного штейна), конвертирование штейна с получением черновой ме­ди, рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем электролитическое).

МЕДНЫЙ ПРОКАТ | Кристалтрейд

Медный прокат широко востребован в кровельной промышленности, судостроении, автомобилестроении, машиностроении, железнодорожной промышленности, электротехнике и приборостроении, отоплении и водоснабжении.

Основные виды медного проката изготавливаются промышленными способами, посредством таких операций, как литье, прокат, штамповка.

Компания “КристаллТрейд” предлагает все наиболее популярные и востребованные виды медного проката (медный лист, медная плита, медная лента, медная труба, медный пруток, медная шина, медная проволока, медная полоса, медные аноды, медный профиль, медный слиток.

Лист медный производится горячекатаным и холоднокатаным. На нашем складе в продаже лист медный раскроя 600х1500мм. Медный лист холоднокатаный бывает нормальной и повышенной точности.

Лист медный изготавливается согласно требованиям ГОСТ 495-92. Для его производства используются марки меди – М3, М3р, М2, М2р и М1, М1р. Использованная в производстве листов медь должна соответствовать ГОСТ 859.
Листовая медь имеет широкое распространение в производстве изделий благодаря своей пластичности. Медный лист занимает важное положение среди другого медного проката. Лист медный является оптимальным материалом для кровли. Медный лист позволяет делать кровлю самой разной формы, конфигурации и сложности. Медный лист устойчив к агрессивным средам, климатическим воздействиям, хорошо сочетается с другими материалами.

Лента медная изготавливается по требованиям ГОСТ 1173-93 из марок меди, соответствующих ГОСТ 859. К маркам меди, допущенных для производства изделий медной ленты разрешены М3, М3р, М2, М2р и М1, М1р (ГОСТ 859). Основным показателем качества и характеристик медных лет является точность изготовления – толщина и ширина ленты.

Медная лента является универсальным и долговечным кровельным материалом (Лента М1ф кровельная). Лента медная относится к основным кровельным комплектующим и называется лентой кровельной медной. Медная лента является одним из самых дешевых видов кровли и гарантирует продолжительный срок службы. Кровельная медь в виде ленты М1ф долговечный материал.
Проволока медная. Проволока медная круглая электротехническая.
Проволока круглая медная электротехническая ММ произведена по ТУ 16-705.492-2005. Качество продукции обеспечивается сертифицированной системой менеджмента качества ИСО 9001:2000.

Медная проволока намотана на катушки или в бухтах:
-диаметр 0,2-2,5мм – катушки по 18-25кг,
-диаметр 3,0-8,0мм – бухты от 50 до 100 кг.
Проволока медная диаметром более 1 мм по желанию заказчика может быть отмотана в любом количестве.

Сплавы меди и их применение

Один из самых распространенных цветных металлов – медь. Она часто встречается в природе, и ее залежи находятся относительно неглубоко.

Преимущества меди:

• высокая прочность;
• устойчивость к коррозии;
• хорошая электропроводность;
• пластичность;
• отличная теплопроводность.

Медь в чистом виде больше всего используется в производстве электротехники. Почти половина добываемого металла в мире уходит именно на нужды этой отрасли. Наибольший процент меди идет на изготовление кабелей и проводов. Высокая электропроводность делает медь идеальным материалом для этих целей. А благодаря хорошей теплопроводности медь широко используют в производстве систем охлаждения и отопления. Также из этого металла изготавливают трубы для транспортировки жидкостей и газов. Медь также рекомендуют использовать для систем водоснабжения, поскольку медные трубы экологичны, устойчивы к высоким и низким температурам, практически не изнашиваются.

Тем временем, в остальных сферах чаще всего используют не чистую медь, а ее сплавы: латунь, бронзу и медно-никелевые соединения.

Латунь

Этот сплав достаточно дешев, прочен, тверд, легок в обработке. Область применения латуни широка: химическая промышленность, машиностроение, производство крепежей и фурнитуры для мебели. Также из латуни часто создают декоративные элементы для дома, перила лестниц, медали и оружейные гильзы.

Для получения такого сплава медь в равных пропорциях соединяют с цинком. Также в состав латуни может входить марганец, кремний, никель либо алюминий, которые придают сплаву разные свойства.

Бронза

Это самый востребованный сплав меди, который использовали испокон веков. В Древнем Египте из бронзы изготавливали украшения, а в Средние века из нее отливали боевые орудия. Сплав бронзы и олова в соотношении 9:1 получился особо устойчивым к коррозии, легко обрабатываемым и довольно декоративным. Что интересно, бронза гораздо тверже своих «родителей» – меди и олова. Сегодня в состав сплава вместо олова может входить свинец или алюминий, из-за чего у бронзы появляются новые преимущества. Например, алюминий придает сплаву прочность.

Медно-никелевые сплавы

Такие материалы отличаются интересным серебристо-белым цветом и очень устойчивы к коррозии. Их не разрушает даже воздействие соленой воды, поэтому медно-никелевые сплавы активно используют в судостроении.

Основные виды медно-никелевых сплавов:

мельхиор – сплав с долей никеля до 33%, применяется для штамповки монет, изготовления посуды, украшений;

нейзильбер – сплав меди, никеля и цинка. Из него делают особо прочный медицинский инструмент и декоративные элементы;

манганин – сплав меди с марганцем и никелем. Благодаря высокой электрической сопротивляемости его активно применяют в точных электронных приборах.

Специалисты считают, что запасы меди еще долгое время не будут исчерпаны. Кроме того, возможность вторичной переработки меди говорит о том, что этот материал со временем будет применяться все больше, а сферы его использования значительно расширятся.

Медь — получение чистой меди — анод, катод, жидкость и раствор

Чрезвычайно чистая медь (более 99,95%), называемая электролитической медью, может быть получена путем электролиза . Высокая чистота необходима, потому что большая часть меди используется для изготовления электрического оборудования, а небольшие количества примесных металлов в меди могут серьезно снизить ее способность проводить электричество . Например, даже 0,05% примеси мышьяка в меди снизят ее проводимость на 15%. Поэтому электрические провода должны быть сделаны из очень чистой меди, особенно если электричество должно передаваться на многие мили по высоковольтным линиям электропередачи.

Для электролитической очистки меди из примесной металлической меди делают анод (положительный электрод) в электролитической ячейке. Тонкий лист предварительно очищенной меди используется в качестве катода (отрицательный электрод ). Электролит (токопроводящая жидкость между электродами) представляет собой раствор сульфата меди и серной кислоты . Когда ток проходит через элемент, положительно заряженные ионы меди (Cu ²⁺ ) вытягиваются из анода в жидкость и притягиваются к отрицательному катоду, где они теряют свои положительные заряды и плотно прилипают как нейтральные. атомов чистой металлической меди.По мере продолжения электролиза нечистая медь на аноде растворяется, и чистая медь накапливается в виде более толстого и более толстого покрытия на катоде. Положительные ионы примесных металлов, таких как железо, никель, мышьяк и цинк, также покидают анод и переходят в раствор, но остаются в жидкости, потому что напряжение намеренно поддерживается слишком низким, чтобы нейтрализовать их на катоде. Другие примеси, такие как платина, серебро и золото, также выделяются из анода, но они не растворяются в растворе и просто падают на дно, где собираются в виде очень ценного осадка. Фактически, шлам серебра и золота обычно достаточно ценен, чтобы оплачивать большое количество электричества, которое используется в процессе электролиза.

Инновации: Введение в медь: Типы меди

Применение меди в металлургии меди и медных сплавов

Автор: Вин Калькутт

Медь с высокой проводимостью | Раскисленная медь | Медные сплавы | Медь в других металлах | Переработка меди | Здоровье | Окружающая среда | Соединения меди

Медь с высокой проводимостью

От трети до половины всей производимой меди используется в той или иной форме для применения в электротехнике и электроснабжении дома.Причина проста — среди легкодоступных инженерных материалов медь уникальна. Он не только чрезвычайно пластичен и может быть легко превращен в широкий спектр изделий, особенно из проволоки, но и имеет почти уникально высокие значения теплопроводности и электропроводности, превосходящие только серебро. Высокая электропроводность особенно важна для эффективной передачи и использования электрической энергии, поэтому медь является основным материалом для изготовления проводов и кабелей, шин, обмоток двигателей и трансформаторов.

Существует несколько типов или сортов по существу чистой меди. Эти сорта немного различаются по чистоте и типам содержащихся «примесных» элементов, но все они содержат не менее 99,3% Cu. Дополнительную информацию по этому вопросу можно найти далее в этой статье. Список марок меди, классифицируемых в рамках Единой системы нумерации (UNS), доступен при поиске в базе данных свойств деформируемых и литых медных сплавов. Ниже приведены популярные типы кованой меди, каждый из которых подходит для различных целей.Также производится несколько сопоставимых сплавов литой меди, но они не будут здесь обсуждаться из-за гораздо большей коммерческой значимости деформируемых сплавов.

Электролитически очищенная медь с высокой проводимостью (HC) используется для большинства электрических применений, таких как провода и кабели, шины и обмотки. Наиболее часто используемый сорт известен в Северной Америке как медь с твердым электролитическим пеком (ETP), UNS C11000, а в других странах — как «электро». Медь ETP имеет номинальную проводимость от 100% до 101.5% IACS (международный стандарт отожженной меди, значение проводимости, установленное около 100 лет назад для самой чистой меди того времени). Медь с высокой проводимостью очень легко обрабатывается как в горячем, так и в холодном состоянии. Он обладает отличной пластичностью, что означает, что его можно легко растянуть до тонкой проволоки, и он доступен во всех других готовых формах. Медь ETP содержит минимум 99,90% меди, причем кислород является основным вторичным элементом.

Существует несколько сортов меди высокой степени очистки, которые почти не содержат кислорода или других примесей.Это так называемые бескислородные котлы с высокой проводимостью. (Аббревиатура от термина бескислородная медь с высокой проводимостью, OFHC ^TM , является зарегистрированным товарным знаком компании Phelps Dodge Specialty Copper Products. Сопоставимые универсальные продукты обычно обозначаются просто как OF меди.) Медь производится путем электролитического литья. рафинированная медь в контролируемой, т. е. неокислительной атмосфере. Применяется там, где особенно важна простота сварки и пайки. Котлы OF имеют электропроводность выше 100% IACS.

Сертифицированная бескислородная медь с высокой проводимостью (Electronic Grade, UNS C10100) содержит не менее 99,99% меди, что делает ее самым чистым металлом, который обычно используется. Он содержит очень низкие уровни остаточных летучих примесей и поэтому используется для высоковакуумных электронных устройств, таких как передающие трубки, волноводные трубки, линейные ускорители и уплотнения стекло-металл. Фактическое удаление кислорода также позволяет избежать некоторых проблем при сварке, встречающихся в кислородсодержащих марках, что улучшает технологичность.

Рисунок 6 . Бесплатная обработка меди

Медь, полученная методом свободной механической обработки, содержит около 0,5% серы или теллура, что повышает степень обрабатываемости меди с 20 до 90 (на основе 100-балльной шкалы, которую возглавляет автоматная латунь UNS C36000). Свинец действует аналогичным образом в меди, хотя самонесущая свинцовая медь как таковая (то есть, кроме специальных материалов, используемых для подшипников) не включена в текущую классификацию UNS. Области применения таких свободно обрабатываемых марок, как теллурсодержащая медь (UNS C14500 и другие) и серосодержащая медь (C14700), включают механически обработанные электрические компоненты, сопла для газовой сварки, наконечники горелок и наконечники паяльника.

Стоимость этих компонентов для электротехнической промышленности остается низкой, поскольку они производятся из меди, не подлежащей механической обработке. Они отливаются или выковываются почти до окончательной формы и обрабатываются с жесткими допусками. (Томас Болтон)

Медь раскисленная

Раскисленная медь используется для другой основной области применения котлов в строительстве зданий, помимо электрических услуг, в основном для систем центрального отопления, труб для газо- и водоснабжения, а также листов для кровли и других архитектурных применений. Кислород из меди обычно удаляется добавлением к расплаву фосфора в качестве медно-фосфорного отвердителя или бора в случае отливок. Это дает материал, который можно легко паять или сваривать, не опасаясь охрупчивания из-за контакта с водородом. Поэтому он идеально подходит для использования в водопроводных системах и бытовом газоснабжении. Способность меди образовывать защитную и эстетически приятную поверхность, или патину, в результате атмосферных воздействий способствовала ее использованию для кровли больших зданий на протяжении многих веков.Сегодня такие архитектурные применения расширяются за счет включения стеновых панелей, облицовки колонн и других предметов.

Медные сплавы

Медь более свободно образует сплавы, чем большинство металлов, и с широким диапазоном легирующих элементов. Цинк, олово, никель и алюминий являются наиболее распространенными легирующими добавками и производят следующие простые типы сплавов. Есть несколько других типов, не перечисленных здесь.

Олово	бронза
Олово и фосфор	Фосфорная бронза
Алюминий	Алюминиевая бронза
цинк	Латунь
Олово и цинк	Красная латунь или бронза
Никель	Медно-никелевый
Никель и цинк	Нейзильбер

На практике многие комбинации легирующих элементов используются в комбинации для оптимизации свойств для очень широкого диапазона применений.Эффекты этого суммированы на Рисунок 8 .

Рисунок 8 . Некоторые эффекты легирующих добавок на свойства меди

Сплавы на основе меди классифицируются как цветные (черные материалы — это железо; например, сталь). Полезные легирующие добавки других элементов к перечисленным выше типам сплавов в небольших количествах могут включать алюминий, мышьяк, сурьму, бериллий, кадмий, хром, кобальт, кадмий, железо, свинец, марганец, никель, ниобий, кислород, фосфор, кремний, серебро. , сера, теллур, олово, цинк и цирконий.Все они содержатся в стандартной меди и медных сплавах и добавляются по мере необходимости в небольших количествах для придания особых свойств, подходящих для многих требовательных приложений.

Некоторые легирующие элементы использовались с медью с давних времен. Развитие знаний в области металлургии и коррозии дало множество ответов на конкретные металлургические явления или явления коррозии, и эти улучшения, в свою очередь, иногда приводили к использованию других легирующих элементов с медью. Хорошим примером этого синергизма является разработка новых и улучшенных сплавов для использования в электронной промышленности.

Медь в других металлах

Помимо использования в сплавах на основе меди, есть и другие металлы, в которые добавляется медь для улучшения свойств. Конструкционные стали могут содержать около 0,5% меди, что делает их устойчивыми к атмосферным воздействиям и сильному прогрессирующему ржавлению. Несколько процентов меди также имеют полезный эффект упрочнения стали.

Добавление меди (около 2–4%) к дуплексным нержавеющим сталям и супераустенитным сталям с высоким содержанием никеля повышает коррозионную стойкость в кислых средах, а также может обеспечить большую устойчивость к некоторым формам воздействия морской воды.

Самый важный сплав никеля с медью, известный как металлический монель, содержит около 30-35% меди. Он обладает высокой устойчивостью ко многим формам коррозии, особенно при химической обработке и морских применениях.

Сплавы алюминия с содержанием меди около 4% можно подвергать термообработке для получения высокой прочности. Например, медь является важным компонентом алюминиевых литейных сплавов, используемых в автомобильных блоках двигателей и головках цилиндров.

Переработка меди

Медь и медные сплавы перерабатывались на протяжении тысячелетий.(Было сказано, что даже часть меди, используемая в древнеегипетских водопроводных трубах, вероятно, перерабатывалась много раз на протяжении веков. ) Это была нормальная экономическая практика, частично основанная на высокой стоимости меди. Говорят, что одно из чудес древнего мира, Колосс Родосский, Греция, огромная статуя у входа в гавань Родоса в древнегреческие времена, было сделано из меди. От него не осталось никаких следов после того, как он был переработан для изготовления полезных артефактов.

Вся экономика промышленности меди и медных сплавов зависит от экономической переработки любых излишков продукции.По оценкам, количество переработанной меди составляет около 35% от общего годового потребления меди в США. Использование наиболее подходящего и дешевого сырья — например, медного лома — для изготовления компонентов позволяет производить такие материалы, как медные сплавы, по разумной цене, в то же время экономя энергию, необходимую для производства первичного металла из руды.

Медь хорошего качества с высокой проводимостью может быть переработана путем простого плавления и контрольного анализа перед литьем до готовой формы или для последующего изготовления. Однако это обычно относится только к технологическому лому высшего качества (так называемому немедленному лому), возникающему на медном заводе. Медь, которая была паяна, спаяна, сварена или покрыта металлическими покрытиями, может содержать другие металлы, которые делают ее непригодной для повторного использования в качестве меди с высокой проводимостью, но такая медь может быть — и обычно — переплавляется и используется для изготовления полезных сплавов. Если медь была смешана с другими металлами и должна быть повторно рафинирована, ее обычно переплавляют и отливают до формы анода, чтобы ее можно было подвергнуть электролитическому рафинированию.В некоторых случаях, как в случае с водопроводной трубой, ее можно просто очистить огнем в подходящей печи. Если, однако, уровень примесей в литом аноде является значительным, маловероятно, что произведенный катод будет соответствовать очень высоким стандартам, требуемым для меди класса «А» (коммерческое обозначение типа катодной меди, торгуемой на биржах). используется для производства тонкой проволоки. Такая медь используется как сырье для производства сплавов.

Если медь и лом медных сплавов очень загрязнены и не подходят для простой переплавки, его можно переработать другими способами для извлечения меди в виде металла или для получения некоторых из многих соединений меди, необходимых для промышленности и сельского хозяйства.Это обычная практика для извлечения пригодной для использования меди из шлака, окалины или прокатной окалины, возникающих в результате производственных процессов или из узлов с истекшим сроком службы компонентов, содержащих полезные количества меди.

Медь никогда не теряется полностью. Даже находясь в почве, медь очень медленно выщелачивается и попадает через реки в море, обычно в форме биологически недоступных химических комплексов или соединений. Здесь за геологические периоды времени медь может выпадать в осадок вблизи центров термической активности и образовывать конкреции на морском дне.Их можно извлечь, хотя до сих пор их эксплуатации препятствовали экономические и политические проблемы. Со временем они сформируют основу рудного пласта, который выдвигается к поверхности движением земли, и станут будущим источником ценных минералов.

Здоровье

Медь — один из относительно небольшой группы металлических элементов, необходимых для здоровья человека. Эти элементы, наряду с аминокислотами и жирными кислотами, а также витаминами, необходимы для нормальных метаболических процессов.Однако, поскольку организм не может синтезировать медь, человеческий рацион должен обеспечивать ее регулярное поступление для усвоения. Большинство мяса, рыбы, моллюсков и овощей являются источниками меди, причем одни больше, чем другие. (См. «Медь в здоровье человека», «Краткие сведения о здоровье и питании» и «Дефицит меди» для получения дополнительной информации.) В организме взрослого человека содержится от 0,6 до 0,95 миллиграмма меди на фунт массы тела (от 1,4 до 2,1 мг / килограмм). Следовательно, здоровый человек весом 130 фунтов (60 кг) содержит примерно 0.1 г меди. Однако это небольшое количество абсолютно необходимо для общего благополучия человека; без него, конечно, умер бы.

Медь в сочетании с определенными белками производит ферменты, которые действуют как катализаторы, помогая ряду функций организма. Некоторые из этих ферментов помогают обеспечивать энергию, необходимую для биохимических реакций; другие участвуют в преобразовании меланина для пигментации кожи, а третьи помогают формировать поперечные связи в коллагене и эластине и, таким образом, поддерживать и восстанавливать соединительные ткани.Этот процесс особенно важен для сердца и артерий. Фактически, исследования показывают, что дефицит меди является одним из факторов, повышающих риск развития ишемической болезни сердца.

До недавнего времени считалось, что большинство людей потребляют достаточное количество меди. Однако современные исследования показали, что это не так. Действительно, Всемирная организация здравоохранения недавно отметила, что дефицит меди, вероятно, является распространенным явлением во всем мире. Многие типичные блюда были проанализированы на содержание металлов. Согласно недавним опросам, проведенным в 1980-х годах, только 75% населения США потребляет количество меди в день, которое, по оценкам Совета по продовольствию и питанию США Национальной академии наук США, является достаточным. что суточная доза должна составлять от 0,4 мг / день для детей 1-3 лет до 1,2 мг / день для взрослых.

Медь использовалась в качестве лекарства в течение тысяч лет, включая лечение ран грудной клетки и очистку питьевой воды (для получения дополнительной информации по этой теме см. Медь в моей аптечке? Недавно исследования показали, что медь помогает предотвратить воспаление. при артрите и подобных аутоиммунных заболеваниях.Продолжаются исследования противоязвенных и противовоспалительных препаратов, содержащих медь, и их использования в радиологии, а также для лечения судорог и эпилепсии. Хотя нет никаких эпидемиологических доказательств того, что контакт с медью может предотвратить артрит, были сделаны отдельные утверждения, что ношение медных браслетов действительно облегчает симптомы. В статье по URL-адресу в начале этого абзаца содержится дополнительная информация о меди и артрите.

Окружающая среда

Медь абсолютно необходима для нормального здорового роста и воспроизводства большинства, если не всех высших растений и животных.Потери урожая и животных, вызванные нехваткой меди, могут, в одном случае, быть общими. Например, ягнята могут погибнуть от раскачивания, а посевы на недавно освоенных торфяных болотах или песчаных пустошах могут полностью погибнуть. К счастью, такие случаи довольно редки. Гораздо менее драматичным, но экономически очень важным является снижение урожайности примерно на 20%, которое может быть результатом нераспознанного (субклинического) дефицита меди во многих культурах без появления каких-либо очевидных симптомов. Еще большее влияние на прибавку живой массы может иметь домашний скот с субклиническим дефицитом меди, особенно крупный рогатый скот.Помимо своей важной роли, медь также оказывает очень благоприятное влияние на эффективность преобразования корма свиньями. За счет добавления сульфата меди в рацион свиней на откорме был получен среднесуточный прирост живой массы до 9,1%.

Дефицит меди был обнаружен во всем мире во всех климатических зонах, где выращиваются сельскохозяйственные культуры или содержатся животные на фермах. Заболеваемость варьируется в зависимости от почвы, урожая, домашнего скота и факторов управления. В частности, дефицит может возникать в сельскохозяйственных культурах, растущих на почвах с песчаной текстурой (которые выводят медь из воды), на культурах, богатых органическими веществами (которые усложняют медь, что делает ее биологически недоступной) и на известковых почвах (которые связывают медь как карбонат), но другие факторы почвы также могут вызвать дефицит.Интенсивное управление высокопродуктивными сортами сельскохозяйственных культур и породами животных часто может усугубить дефицит меди, особенно при использовании большого количества азотных и фосфорных удобрений. Поскольку медь является таким важным микроэлементом, важно распределение и концентрация меди в окружающей среде. Обычно в источниках пресной воды содержится 4,5 микрограмма на галлон (1 мкг / л) меди.

В почве медь обычно присутствует в соединениях, которые плохо растворяются в воде. Только ограниченный процент, обычно менее 1%, доступен в растворимой форме и, следовательно, является биодоступным.Эта медь может быть поглощена корнями растений по мере необходимости, а затем перерабатывается в виде гниения листьев и древесины, концентрируясь в верхних 4 дюймах (100 мм) или около того. И когда животные пасутся на этих растениях, медь в почве пополняется из их экскрементов. Интенсивное земледелие без этой переработки может привести к дефициту меди, который необходимо восполнить с помощью удобрений.

Соединения меди

Сульфат меди — это коммерчески наиболее важное соединение меди, которое когда-то называли «медный купорос» из-за его тесной связи с серной кислотой.Обычно это исходный материал для производства большинства других соединений меди. Мировое потребление составляет около 200 000 тонн в год, из которых примерно 75% используется в сельском хозяйстве. Оксид меди, оксид меди, ацетат меди, хлорид меди, оксихлорид меди, нитрат меди и нафтенат меди избирательно используются для этих целей из-за простоты их использования или других особых свойств. Использование соединений меди включает:

• электролит для рафинирования меди и гальваники
• Краски противообрастающие
• катализаторы для многих промышленных процессов в нефтехимической и резиновой промышленности, а также в текстильном производстве.
• добавки к цементу для контроля скорости схватывания и роста лишайников
• фунгицидная добавка к гипсу
• протравы для крашения
• красители для красок, стекла и фейерверков
• консерванты для красок, клеев, древесины, текстильных изделий и переплетов книг

Также в этом выпуске:

2007 г. | 2006 г. | 2005 г. | 2004 г. | 2003 г. | 2002 г. | 2001 г. | 2000 г. | 1999 г. | 1998 г. | 1997 г.

Чистая медь и аддитивное производство

Учитывая высокую стоимость аддитивного производства металлов, применение в сложных отраслях в целом остается прежним.Они выполняются с такими материалами, как титан, инконель, алюминий или сталь. Удивительно, но в последние годы появилась технология 3D-печати / аддитивного производства медью. Как? Почему сейчас? А для каких приложений? Это то, что мы собираемся обсудить в этом досье.

Цель данной статьи — представить подробное представление об использовании чистой меди в аддитивном производстве и о том, как профессионалы могут извлечь из этого максимальную пользу. Чтобы изучить эту тему, мы пригласили производителя 3D-принтеров Farsoon Technologies и производителя материалов Elementum 3D.Вэнью Гуо, менеджер по производству металлических изделий в Farsoon Technologies, будет говорить от имени компании, а Якоб Нуэхтерлейн, президент и генеральный директор Elementum 3D, поделится опытом компании в этом досье.

Также были упомянуты исследования и последние разработки Optomec, Института лазерных технологий Фраунгофера (ILT) и Virtual Foundry.

Чистая медь против меди?

Среди всех существующих металлов медь — один из тех редких металлов, которые можно найти в природе в металлической форме, пригодной для непосредственного использования.Он описывается как мягкий, податливый и пластичный материал, обладающий очень высокой теплопроводностью и электропроводностью.

Чтобы проверить, чиста ли медь, те, у кого нет технических знаний, используют то, что мы называем «старый добрый рецепт бабушки»: они наносят на нее лимонный сок, затем промывают водой, и если она светится как красноватый цвет, тогда это признак чистой меди.

В противном случае плотность металла позволяет определить его «чистоту». Профессионалу просто нужно взвесить компонент на электронной весоизмерительной машине и измерить объем.
В обрабатывающей промышленности этот металл может использоваться в определенной области промышленности.

Какая технология производства чистой меди?

Интересно отметить, что использование чистой меди в производственных процессах начинается не с аддитивного производства.

До того, как специалисты по аддитивному производству начали использовать медь в различных процессах: например, в старом традиционном процессе, который основан на обжиге, плавке в отражательных печах или электрических печах для более сложных руд.Это позволяет производить штейн и конвертировать в черновую медь, которая затем очищается до катодной меди.
Кроме того, иногда конечный продукт и объем производства определяют идеальный технологический маршрут для использования.

Например, для медных труб, если компания планирует производство с высокой годовой производительностью, следовательно, производственный процесс будет включать вертикальную установку непрерывной разливки, горячее формование с экструзией и последующее вытягивание.

Для небольших объемов производства и тонкостенных труб небольшого диаметра производители могут предусмотреть использование горизонтальной машины непрерывного литья под давлением.

Глядя на эти объяснения, причины, по которым следует использовать специальный производственный процесс для чистой меди, имеют смысл, но должны ли они быть основными критериями измерения?

Использование аддитивного производства для чистой меди

В аддитивном производстве необходимость достижения технической сложности, необходимой для некоторых деталей, смещает баланс в сторону этого производственного процесса.

На вопрос об основных причинах, по которым чистая медь вызывает интерес в производстве, Якоб Нюхтерляйн, президент и генеральный директор Elementum 3D, отвечает, уделяя особое внимание аддитивному производству:

«Теплообменники используются в основном в аддитивном производстве из-за сложной конструкции и внутренних каналов.Чистая медь имеет одну из самых высоких коэффициентов теплопроводности среди всех металлов. Чрезвычайно высокая проводимость, превышающая 350 Вт / мК, стимулирует применение этого материала ».
Что касается технологий AM, наиболее известной технологией, используемой для обработки чистой меди, является технология AM металла, особенно прямое лазерное спекание металла (DMLS).

Однако технология металлического AM — не единственная технология, с помощью которой можно обрабатывать чистую медь

Оказывается, некоторым производителям материалов удалось разработать нить с добавлением меди, которую можно обрабатывать на 3D-принтере FDM.Один интересный пример, который может проиллюстрировать этот момент, — это Filamet ™, медная нить, содержащая около 90% металла. Производитель Virtual Foundry объяснил, что при плотности 4,3 г / куб.см, после обжига в печи для спекания отпечатанная деталь становится на 100% металлической.

Одной из проблем, возникающих при использовании этого метода, является потеря связующего PLA, что приведет к усадке печатного компонента на 15-20%, но это то, что можно решить до процесса печати.

Кроме того, поскольку невозможно отливать два металла одновременно в литейном цехе, одним из основных преимуществ такого типа нити является возможность 3D-печати форм более чем одним металлом за раз. Наконец, хотя это и не чистая медь, печатная часть, полученная из этого материала, имеет такую ​​же электропроводность, что и чистая медь.

Чистая медь, обработанная методом аддитивного производства металлов

Как видно на примере 3D-печати FDM, производственный процесс сопряжен с определенными проблемами.В аддитивном производстве металлов все еще есть некоторые проблемы, но на другом уровне. В основном это отражательная способность и высокая теплопроводность.

Мы рассмотрим использование чистой меди, обработанной DMLS. Напоминаем, что DMLS требует использования лазера с высокой плотностью мощности для плавления и сплавления металлических порошков. Производственный процесс позволяет получать более прочные и плотные детали, чем металлические детали, отлитые по выплавляемым моделям, при этом допускаются сложные геометрические формы, которые не всегда можно получить с помощью других методов производства металла.

Несмотря на большие преимущества, следует отметить, что для этого процесса требуются инструменты, аналогичные тем, которые используются в пескоструйной системе. Кроме того, перед использованием систем на основе DMLS следует учитывать условия безопасности для здоровья.

Desktop Metal запускает аддитивное производство чистого металла из меди

Desktop Metal добавил чистую медь в библиотеку материалов, которые можно использовать с его системой Studio (любезно предоставлено Desktop Metal). Компания

Desktop Metal, Берлингтон, Массачусетс, США, объявила о выпуске чистой меди для использования в ее Studio System ^TM , машине для производства материалов методом экструзии (MEX), предназначенной для мелкосерийного производства.

Благодаря своей высокой теплопроводности и электропроводности медь считается идеальным материалом для передачи тепла или электричества и используется практически во всех электронных устройствах, а также во многих теплообменниках, используемых в различных отраслях промышленности, включая нефтегазовую. , автомобильные и потребительские товары.

В процессах аддитивного производства на основе лазера, таких как наплавление порошка с помощью лазерного луча (PBF-LB), часто используются медные сплавы, так как чистая медь будет чрезвычайно трудно обрабатывать с помощью этого метода.Тем не менее, используя запатентованный компанией Desktop Metal процесс Bound Metal Deposition ^TM , разновидность Fused Filament Fabrication (FFF), Studio System может изготавливать детали из чистой меди, позволяя пользователям в полной мере использовать преимущества материала.

«Медь, известная своей превосходной теплопроводностью и электропроводностью, является очень востребованным материалом для различных отраслей и применений, таких как теплообменники и электрические компоненты для тяжелой промышленности и потребительских товаров», — заявил Йона Майерберг, технический директор и соучредитель компании Настольный металл.«Будь то радиаторы, компоненты электродвигателя и электросети или электроды для контактной сварки, 3D-печать из меди на Studio System — идеальный выбор для изготовления деталей с s-образной геометрией».

Ранние заявки клиентов, демонстрирующие преимущества материала, включают:

Производство: электрододержатель

Держатели электродов удерживают электроды на месте при сварке резистивной гайки. Эта деталь изготовлена ​​из меди и имеет внутренние конформные каналы охлаждения для улучшения регулирования температуры.Электроды являются расходными материалами и требуют быстрой и доступной замены, когда они изнашиваются, для поддержания производственной линии в рабочем состоянии. Использование меди в сочетании с конформными каналами охлаждения помогает отводить тепло от электрода, лучше регулируя температуру, что приводит к лучшему сварному шву и более длительному сроку службы детали.

Автомобильная промышленность: радиатор двигателя

Теплообменники предназначены для отвода тепла от электродвигателя во время работы электродвигателя, поддерживая температуру электродвигателя ближе к идеальной рабочей температуре. Система Studio позволяет производить медные теплообменники, которые соответствуют форме двигателя и, таким образом, более эффективно распределяют тепло от двигателя в окружающую среду. Высокие и тонкие ребра в этом радиаторе двигателя легко настраиваются с помощью AM в Studio System, в то время как их сложнее изготовить путем механической обработки из-за дребезга при обрезке ребер.

Химическая обработка: спиральный теплообменник

Спиральные теплообменники используются для охлаждения горячего газа, протекающего по трубе.Система Studio позволила изготовить теплообменник с внутренним спиральным каналом, через который может течь охлаждающая жидкость. Сложная геометрия этого канала может быть получена только с помощью аддитивного производства.

Распределение электроэнергии: шина

Шины используются для местного распределения сильноточной энергии. При передаче энергии шина начинает нагреваться, а внутренние каналы охлаждения помогают регулировать температуру. Превосходный показатель теплопроводности меди обеспечивает эффективную передачу тепла от шины к хладагенту.Конструкция шины включает сложные каналы охлаждения, проходящие через ее сердечник. Используя Studio System, шину можно легко сконструировать как единую медную деталь с внутренним охлаждением. Используя традиционные методы, каналы потребуют сборки из нескольких частей для создания окончательной детали.

Помимо меди, библиотека материалов Studio System включает хромомолибденовую сталь 4140, инструментальную сталь h23 и нержавеющую сталь 316L и 17-4 PH. Компания заявляет, что в дополнение к уже доступным материалам ее команда материаловедов постоянно работает над разработкой новых материалов и процессов, которые сделают AM доступными для более широких отраслей и приложений.

www.desktopmetal.com

Прочный каркас из чистой меди путем экструзии 3D-печати для усовершенствованных анодов из металлического лития

rsc.org/schema/rscart38″> Применение анодов из металлического лития затруднено из-за проблем безопасности, связанных с нежелательным ростом дендритов Li. Чтобы решить эту проблему, разработка трехмерных пористых медных токоприемников является эффективной стратегией изменения поведения осаждения лития. Однако известные процессы изготовления этих пористых коллекторов обычно сложны, дороги и немасштабируемы.Также недостаточно исследований их механической прочности, что является важным фактором для практического применения. Здесь мы разрабатываем простой, недорогой и масштабируемый процесс изготовления прочного медного пористого каркаса с помощью экструзионной 3D-печати . Каркас из меди, напечатанный на 3D-принтере (3DP-Cu), может хорошо поддерживать встроенные микроканалы между нитями даже при высоком давлении сжатия ~ 1,4 МПа, что позволяет выдерживать массивное осаждение Li, предотвращать рост дендритов Li и смягчать большие изменения объема во время зарядки. / разгрузка.Таким образом, 3DP-Cu достигает значительно более высокой емкости 20 мА · ч · см ⁻² с равномерно нанесенным слоем Li со скоростью 1 мА · см ⁻² . Кроме того, в симметричных ячейках достигается стабильное поведение покрытия / снятия лития даже при высокой скорости 10 мА · см ^-2 , благодаря большой способности эффективно рассеивать высокие локальные плотности тока с помощью пористой сети внутри нитей. Важно отметить, что робокастинг позволяет строить конструкции в любых желаемых конфигурациях и размерах, тем самым вдохновляя производство индивидуальных аккумуляторов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

GE Additive Arcam EBM запускает поддержку D-материала для чистой меди и высоколегированной инструментальной стали

Коллективный подход еще больше раскрывает потенциал электронно-лучевого плавления

Франкфурт, Германия — GE Additive Arcam объявила сегодня об общем выпуске в 2020 году вспомогательного материала для разработки (D-материал) для чистой меди и высоколегированной инструментальной стали.

Предложение новых материалов основано на многих широко известных технологических преимуществах электронно-лучевой плавки (ЭЛП), таких как высокая производительность и глубокий опыт работы с материалами из склонных к образованию трещин сплавов, но также и некоторые из менее известных преимуществ, включая: Чистая среда сборки, низкая окисляемость и низкая отражательная способность.

Коллективный подход и спрос клиентов

Добавление чистой меди и инструментальной стали является прямым ответом на возросший интерес клиентов.Предлагаемый всем клиентам как общий выпуск для чистой меди и инструментальной стали, D-материал описывает зрелость параметров процесса для конкретного материала из семейства материалов. D-материалы соответствуют механическим требованиям к испытательным стержням в ограниченном пространстве сборки согласно соответствующим промышленным стандартам.

Получение тех же свойств для сложных геометрических форм требует дополнительных разработок, в результате чего промышленный материал (I-материал) — с параметрами процесса, оптимизированными для производства по конкретным приложениям заказчика, с механическими и химическими свойствами.

Команда GE Additive AddWorks готова предоставить рекомендации и поддержку по правильным параметрам процесса для их приложений, а также механическим и химическим требованиям для обоих материалов. Также ожидается, что некоторые клиенты будут сами управлять настройкой.

«Этот общий выпуск поддержки из D-материала для чистой меди и инструментальной стали является захватывающим событием и открывает EBM для более широкого круга отраслей и приложений. Мы выбрали открытый, совместный подход и рассмотрим отзывы клиентов, использующих D-материал, и оценим их долгосрочный интерес, прежде чем рассматривать наш подход к индустриализации материалов », — сказал Карл Линдблом, генеральный менеджер Arcam EBM.

Преимущества чистой меди и EBM

EBM — единственная коммерчески доступная технология для аддитивного производства сплавов, склонных к образованию трещин. Более высокие уровни углерода в стальной смеси увеличивают склонность материала к растрескиванию во время производства при больших перепадах температур. Это делает стали с высоким содержанием углерода непригодными для процессов аддитивного производства при низких температурах окружающей среды, таких как наплавка лазерного порошка (PBF).

В результате компонент с более высокими характеристиками по разумной цене.

Способность меди поглощать энергию зависит от длины волны источника энергии. Чистая медь поглощает 80% энергии электронного луча, по сравнению с 2% энергии красного лазерного луча. Это дает EBM преимущество с точки зрения возможности плавления и, в конечном итоге, повышения производительности.

Вакуумная среда, в которой работает EBM, сводит к минимуму поглощение кислорода медью, что позволяет производить медь с высокой проводимостью. Кислород снижает проводимость меди, а также делает компонент хрупким.

Другие аддитивные технологии повышают производительность производства меди за счет добавления легирующих элементов. Добавление легирующих элементов снижает способность меди к проводимости.

По сравнению с другими методами аддитивного производства, только EBM может обеспечить сочетание геометрической свободы, высокой производительности и высокой проводимости. В то время как другие поставщики технологий заявляют, что используют медные процессы, они неизбежно легируют для улучшения поглощения лазерного излучения и производительности и не могут достичь такой же чистоты и, следовательно, проводимости, как EBM.

Способность создавать уникальные сложные геометрические формы из чистой меди без ущерба для высокой электрической или теплопроводности идеально подходит для целого ряда секторов, включая автомобильную промышленность, или клиентов, которым требуются электрические соединители, индукционные катушки и теплообменники.

Преимущества инструментальной стали и EBM

EBM — единственная коммерчески доступная технология для аддитивного производства сплавов, склонных к образованию трещин.Более высокие уровни углерода в стальной смеси увеличивают склонность материала к растрескиванию во время производства при больших перепадах температур. Это делает стали с высоким содержанием углерода непригодными для процессов аддитивного производства при низких температурах окружающей среды, таких как наплавка лазерного порошка (PBF).

Технология

EBM позволяет обрабатывать сплавы с высокой склонностью к растрескиванию из-за высокой температуры сборки и достигать сложности конструкции, чего нельзя достичь с помощью обычных производственных процессов. Вакуумная среда EBM идеально подходит для защиты материалов и снижает проникновение примесей.

Система Arcam EBM Spectra H идеально подходит для материалов, которые требуют горячих процессов из-за их склонности к растрескиванию, а также имеют большой объем сборки, позволяющий штабелировать множество деталей за сборку, и высокая мощность, повышающая производительность.

Это приводит к значительному сокращению этапов процесса от порошка до сложной детали как при разработке продукта, так и в процессе производства.

Проект Fraunhofer IWS позволяет зеленым лазером плавить чистую медь

02 сен 2020

Ранее было невозможно расплавить медь для сложных деталей, напечатанных на 3D-принтере, с помощью инфракрасного лазера.

Создание пластиковых деталей сложной формы с помощью 3D-принтера — это уже не сложный процесс, а повседневная технология. Однако этот сценарий совершенно иной, когда материал представляет собой чистую медь: до сих пор было невозможно полностью расплавить этот металл с низкой температурой плавления для создания сложных компонентов слой за слоем с использованием инфракрасных лазеров.

Но теперь Институт материалов и лучевых технологий им. Фраунгофера (IWS) в Дрездене, Германия, теперь использует новую систему аддитивного производства, в которой металл обрабатывается почти без дефектов с помощью коротковолнового лазера с зеленым излучением.

Эта возможность, по словам IWS, позволяет использовать новые производственные подходы, которые ранее не могли быть реализованы с использованием чистой меди. Таким образом, можно реализовать сложные компоненты из чистой меди и медных сплавов для аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также повысить эффективность электродвигателей и теплообменников.

Fraunhofer IWS теперь может проектировать и создавать компоненты из чистой меди с превосходной электрической и теплопроводностью. Эти компоненты позволяют, например, создавать более эффективные электродвигатели и инновационные радиаторы в силовой электронике.

Кроме того, возможно применение в производстве катушек и индукторов. Медные компоненты аддитивного производства особенно подходят для компактных устройств с небольшим монтажным пространством, высокой эффективностью и высокой производительностью. Например, могут быть изготовлены более эффективные и компактные радиаторы для силовой электроники будущего, а также отдельные отдельные катушки для электрических приводов на спутниках, системы охлаждения в космических двигательных установках и многие другие детали.

Редкая возможность

Новая система плавления с помощью лазерного луча уникальна для Саксонии — в Германии есть только несколько сопоставимых систем.Вместо инфракрасного света с длиной волны 1064 нм в системе используется дисковый лазер с высокоэнергетическим зеленым светом с длиной волны 515 нм.

«Предыдущие эксперименты неоднократно показывали, что источники инфракрасного лазерного луча мощностью до 500 Вт недостаточно эффективны для полного плавления меди», — комментирует Самира Грубер, которая руководит проектом в качестве научного сотрудника IWS.

Только 30 процентов используемой энергии достигает медного материала — остальная часть отражается металлом.Новый зеленый лазер с максимальной мощностью 500 Вт предлагает другое решение: здесь медный порошок поглощает более 70 процентов используемой энергии и полностью плавится, что, в свою очередь, позволяет применять его в аддитивном производстве.

Так как медь очень хорошо проводит тепло и электричество, то, если этот металл также можно перерабатывать в системах аддитивного производства, можно значительно улучшить. «Компоненты, изготовленные из чистой меди и медных сплавов, играют важную роль в аэрокосмической, электронной и автомобильной промышленности, например, в электроприводах или теплообменниках», — сказала Елена Лопес, руководитель отдела аддитивного производства Fraunhofer IWS.

«Детали из меди, произведенные аддитивным способом, превосходят многие решения из алюминия благодаря более высокой удельной объемной проводимости. Это особенно интересно там, где требуются небольшие размеры и высокая производительность ».

Многие медные детали уже сегодня можно подвергнуть механической обработке, ковке или литью. Однако внедрение процессов аддитивного производства открывает новые возможности для производства очень сложных геометрических фигур, которые просто невозможны при традиционном производстве.

Исследователи AM объединяются в Саксонии

Новое оборудование Fraunhofer IWS было реализовано через центр производительности «Умное производство и материалы».