Цветные металлы и их характеристика

Цветные металлы и их сплавы применяют в химическом машиностроении для изготовления сварной, паяной и литой аппаратуры, работающей в условиях средней и повышенной агрессивности.

Медь, латунь, алюминий и его сплавы – основные конструкционные материалы для аппаратов, работающих при отрицательных температурах до –254°С.

Алюминий образует в окислительной среде на поверхности прочные оксидные пленки, поэтому его широко используют в производстве азотной кислоты и при хранении концентрированной азотной кислоты. Однако он не стоек к щелочам и разбавленным кислотам. К положительным свойствам можно отнести высокую теплопроводность (в 4,5 раза выше, чем у стали), малую плотность (2700 кг/м³), высокую пластичность, обеспечивающую возможность подвергаться штамповке. Однако алюминий обладает низкими литейными качествами, плохо обрабатывается резанием. Сварку ведут в атмосфере аргона или гелия.

Оборудование из алюминия допускается к работе при давлении не более 600 кПа и температуре не более 70°С или при температуре не более 200°С при отсутствии давления.

Алюминиевые сплавы литейные и деформируемые выпускаются 37 марок от АДО чистотой 99,5% до АД чистотой до 99,3%. Для повышения прочности алюминий модифицируют медью или марганцем (дюралюминий), прочность после модифицировании возрастает в 4–5 раз, но при этом падает сопротивление коррозии, так как снижается стойкость пленки оксида алюминия. Поэтому для повышения коррозионной стойкости на листы дюралюминия при прокате наносят плакирующий слой чистого алюминия. Используются также сплавы алюминия с кремнием – силумины, содержащие до 9–13% Si и обладающие высокой стойкостью к азотной кислоте.

Свинец обладает высокой устойчивостью в слабых растворах кислот, в частности, серной кислоты при 80%, за счет образования PbSO₄. Обладает высокой пластичностью, но низкой прочностью, имеет высокую стоимость. Для повышения механической прочности в него вводят 4–12% сурьмы. Этот сплав (гартблей) используют для изготовления насосов и труб. Он устойчив к соляной кислоте. В настоящее время его использование ограничено, в том числе и в производстве соляной кислоты.

Титан – один из перспективных металлов для изготовления химической аппаратуры. Марки титана ВТ 1-00, ВТ 1-0 и другие отличаются содержанием титана. Например, марка ВТ 1-1 содержит 99,44% Ti. Производят 14 марок титановых сплавов.

Титан химически стоек к кипящей азотной кислоте, растворам нитратов, хлоридов, карбамида, морской воде. Так, выпарные аппараты в производстве KCl, выполненные из легированной стали, требуют ремонта через 3–4 месяца, а титановые аппараты работают без ремонта 3–4 года. Титановая запорная аппаратура служит в 5–10 раз дольше, чем стальная, облицованная эмалью или резиной.

Однако титан разрушается в серной, соляной, плавиковой и фосфорной кислотах, в щелочах. В азотной кислоте с концентрацией 98% он возгорается со взрывом.

Из-за высокой стоимости титан большей частью используется в качестве плакирующего материала с толщиной листа 0,3–10,5 мм.

В настоящее время начинают использовать сплавы титана с цирконием и танталом. Сплав титан – тантал по коррозионной стойкости приближается к платине.

Никель и его сплавы. Никель широко используется по причине высокой коррозионной устойчивости в ряде агрессивных сред при хороших механических свойствах. На воздухе и в среде водяного пара никель можно использовать до 450°С, в расплавах щелочей – до 500°С; он устойчив в серной кислоте, растворах органических кислот и щелочей, но неустойчив в азотной кислоте и соляной кислоте, имеющей концентрацию более 10%.

Из-за высокой стоимости чистый никель используют редко. В частности, никель марок НПЧ, содержащий 99,5% Ni, применяют для облицовки аппаратов из углеродистой стали. Более высокой концентрацией обладают сплавы никеля с медью (монель), молибденом (хастеллой, марка Н70 МФ), хромом (инконель).

Медь и ее сплавы. Медь является ценным конструкционным материалом. Важнейшая ее характеристика – максимальная среди всех конструкционных материалов теплопроводность. Кроме того, медь способна сохранять прочность, теплопроводность и вязкость при низких температурах, поэтому она незаменима для аппаратов глубокого холода и теплообменников. Температурный интервал эксплуатации изделий из меди составляет ±250°С. Она стойка в растворах аммиака, соляной кислоты, щелочей при отсутствии окислителей.

Латунь – сплав меди с цинком (марки Л 68, Л 62 и др.). Ее коррозионная стойкость и прочность выше, чем у меди.

Бронзы – сплавы меди с оловом или другими металлами. Они обладают хорошими прочностными и антикоррозионными показателями в условиях сильного эрозионного износа, применяются для изготовления сальников, деталей центробежных насосов, червячных колес.

Тантал обладает хорошей пластичностью, прочностью, а также тугоплавкостью (температура его плавления 3000 °С) и низкой упругостью паров. Он хорошо куется, плющится, штампуется, но плохо сваривается. Тантал характеризуется чрезвычайно высокой коррозионной устойчивостью к действию большинства органических и неорганических кислот, растворов солей и других агрессивных сред.Однако, как и никель, тантал чрезвычайно дорог. Он стоит примерно в 100 раз дороже хромоникелевой стали. Поэтому, из-за крайне высокой стоимости единицы объема, он применяется почти исключительно в виде фольги толщиной 0,15–0,3 мм для обкладки аппаратов.