4. Медь и сплавы меди.

Медь мягкий, ковкий металл красного (в изломе розового) цвета, встре­чается в природе в свободном состоя­нии в виде самородков, достигающих значительных размеров, и в природных рудах в виде сульфидов, окислов, карбонатов и сульфатов меди. 90% миро­вого производства меди дают суль­фидные руды.

Свойства меди: плотность 8,96г/см, теплопроводность 394 Вт/ (м • °С), предел прочно­сти при растяжении 220 МПа (путем наклепа может быть повышен до 450 МПа, при этом относительное уд­линение уменьшается с 60 до 2%).

Из­давна медь применяется для раз­личных целей в чистом виде и в сплавах; в архитектурно-строитель­ной практике прошлого использова­лась как кровельный, декоративно-от­делочный, скульптурный, реже как конструкционный материал.

Медныё сплавы получают сплавле­нием меди с легирующими элементами или с лигатурами. Их подразделяют на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы. В латунях основной добавкой является цинк, в бронзах - любой эле­мент (например, олово), кроме цинка и никеля. В медно-никелевых сплавах кроме никеля, в качестве добавок используют железо и марганец (такой сплав называют мельхиор), цинк или свинец (этот сплав называют нейзильбер).

Латунь - наиболее распростра­ненный медный сплав, содержащий до 50% (чаще до 20%) цинка. В качестве легирующих элементов медно-цинкового сплава могут применяться алю­миний и никель. Применяют латунь преимущественно в виде листов для изготовления художественно-декоративных изделий.

Бронза в виде сплава меди с оловом использова­лась еще за 3 тыс. лет до н. э. К Безоловянистым бронзам относят алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и др., а также многокомпонентные бронзы. Бронзы отличаются высокой коррозионной стойкостью, прочностью и твердостью. Различают бронзы деформируемые, используемые для худо­жественной обработки давлением (че-канка, штамповка), и литейные, особенно широко применявшиеся в архитектуре и монументальном искусстве.

Медно-никелевые сплавы, отличаю­щиеся высокой коррозионной стой­костью и красивым серебристым цве­том, используют для художественно-декоративных изделий: чеканка по ли­стовому мельхиору, рельефные декора­тивные изделия из нейзильбера (бук­вальный перевод с немецкого «новое серебро»).

5. Титан. Свойства. Сплавы титана.

Титан — легкий прочный серебристо-белый металл, пластичен, обладает высокой коррозионной стойкостью, жаропрочен, до 400 С Имеет высокую вязкость.

Сплавы титана (с алюминием, вольфрамом, молибденом, хромом и др.) имеют предел прочности при растяжении 750-1000 МПа, который легированием и термообработкой (закалкой и старе­нием) может быть увеличен до 1800-2000 МПа.

Применяется в несущих конструкциях. Высокая удельная прочность, , огнестой­кость, легкость малый коэффициент темпера­турного расширения, атмосферостойкость и другие полезные свойства делают эти сплавы перспективными для применения в несущих конструк­циях.

6. Коррозия металлов и способы защиты.

Коррозия металлов - это процесс их разру­шения в результате химического или электрохи­мического взаимодействия с внешней (корро­зионной) средой. Химическая коррозия происхо­дит в результате окислительного и восстанови­тельного процессов, протекающих одновремен­но; она возможна в любой среде, но главным образом наблюдается в воздухе при высокой температуре, при действии растворов масел, нефти, бензина, сухих газов и пр. Наиболее рас­пространенная электрохимическая коррозия происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами - водой, водными растворами солей, кислот и щелочей. Коррозия может произойти и при контакте двух разно­родных металлов (например, железо - медь и др.), а также из-за химической неоднородно­сти материала. Коррозию железа и его сплавов называют также ржавлением.

По характеру коррозионного разрушения различают сплошную (равномерную и неравно­мерную) и местную с локальными поражениями поверхности. Наиболее опасные виды местной коррозии - межкристаллитная, которая продви­гается вглубь, не разрушая зерен металла, и транскристаллитная, рассекающая металл тре­щиной через его зерна. Такие поражения метал­лов, почти не оставляя видимых следов на его поверхности, могут приводить к полному разру­шению элементов металлоконструкций.

Не менее опасны виды коррозии:

• Нитевидная - развивается под неметаллическими защитно-декоративными покрытиями;

• ножевая коррозия «разрезает» металл вдоль сварного шва при эксплуатации в агрессивных растворах;

• подповерхностная коррозия, распро­страняющаяся под тонким слоем металла, при­водит к вздутиям или шелушению.

Причина коррозии металлов - термодина­мическая неустойчивость системы металлком­понентов коррозионной среде, а мера оценки коррозионной стойкости металлов - скорость коррозионного процесса. Однако в результате начавшегося процесса коррозии на поверхности металла в ряде случаев образуется плотный не­проницаемый слой (пленка), прекращающий ли­бо сильно тормозящий дальнейший процесс разрушения.

Современные методы борьбы с коррозией предусматривают комплекс мероприятий на всех стадиях производства, применения и экс­плуатации металлических изделий - от изгото­вления коррозиестойких материалов и рацио­нального проектирования строительных метал­локонструкций до их транспортировки, хране­ния, монтажа и эксплуатации.

Методы антикоррозионной защиты метал­лов подразделяют по механизму их действия на две группы:

1. электрохимические (влияющие на потенциал металла или его критические значе­ния)

2. механические (изолирующие металл от воздействия коррозионной среды защитными пленками и покрытиями).

Эффективными мето­дами являются: легирование металлов; их тер­мообработка, устраняющая структурную неод­нородность; нейтрализация и понижение корро­зионной активности (ингибирование) окружаю­щей среды; нанесение защитных покрытий - ме­таллических (металлизация, гальванические и диффузионные покрытия, плакирование) и не­металлических (органические, лакокрасочные, эмалевые, фосфатные, полимерные пленочные и др.).

Поскольку алюминиевые сплавы обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью в кислой среде, то наносимые на поверхность материалов, изделий и готовых алюминиевых конструкций покрытия являются декоративно-защитными. Основной вид таких пок­рытий – электрохимическое оксидирование (ано­дирование), заключающееся в нанесении искус­ственной защитной окисной пленки, имеющей красивый внешний вид. К другим покрытиям относятся окраска синтетическими эмалями, ла­кирование анодированных изделий, эмалирова­ние листовых материалов легкоплавкими цветными стеклоэмалями и др.

Особую проблему представляет защита алюминиевых конструкций от контактной элек­трохимической коррозии, возникающей при со­прикосновении их во влажной среде со сталью, медью и многими другими металлами, а также со свежими строительными растворами и бето­нами. Для предотвращения такой коррозии стальные детали и конструкции, контактирую­щие с алюминиевыми, необходимо оцинковы­вать и окрашивать, а в местах прямого сопри­косновения прокладывать "ленточные или ма­стичные* (витаминизированные, тиоколовые и др.) изолирующие прокладки.

Стальные кре­пежные детали должны быть нержавеющими либо оцинкованными. Изолирующие прокладки следует применять также в местах контакта с бетонными поверхностями, которые предвари­тельно надо окрасить.

Комплексные конструктивно-технологиче­ские мероприятия (в процессе проектирования объектов и при применении и эксплуатации всех видов металлоконструкций) следует применять с целью защиты от огня и повышения предела огнестойкости металлических конструкций, ха­рактеризующегося продолжительностью (в ча­сах) сопротивления воздействию огня до потери прочности. Незащищенные стальные конструк­ции стойки до температуры 600°С

Для защиты металлоконструкций наиболее перспективно применение так называемых покрытий связующих, которые образуют закоксовавшийся слой, препятствующий нагреву металла. Такие много­компонентные системы наносят малярным спо­собом. Кроме защиты они выполняют функции отделки.

Для повышения предела огнестойкости ме­таллических, в том числе алюминиевых кон­струкций применяют также наносимые спосо­бом пневмонапыления асбестоцементные, асбестоперлитовые, асбестовермикулитовые покры­тия. Новый вид огнезащиты - фосфатное покры­тие, наносимое толщиной 20-30 мм, предста­вляющее собой стойкую при температуре до 1000°С монолитную легкую массу (плотностью около 200-300 кг/м³), отверждаемую на воздухе в течение 2-3 сут. Традиционные способы повы­шения предела огнестойкости металлоконструк­ций - применение облицовок и штукатурок из несгораемых огнезащитных материалов (кирпи­ча, пустотелой керамики, гипсовых плит, рас­творов и др.).