По оценкам экспертов в мире к середине 90-х годов XX в. накоплено примерно 630-640 тыс. тонн серебра, основная часть которого (550 тыс. тонн) содержится в ювелирных и декоративных изделиях, столовом серебре и церковной утвари. В слитках находится около 45 тыс. тонн, в виде монет и медалей – 40 тыс. тонн серебра.
Однако в XX-XXI веке более 70 % серебра расходуется уже на промышленные цели, т.е. из металла, служившего главным образом для производства монет, украшений и бытовой утвари, серебро превратилось в «промышленный» металл.
The work studies the macrostructure peculiarities of silver alloy billets produced by vertical continuous casting unit. Different modes of strip casting are realized, that allowed setting the effect of such process parameter, as molten metal temperature, on average diameter of microstructure grains of continuous cast silver of Cp 99,99 grade.
Главным потребителем серебра с конца XIX века являлась фото- и кинематография, рентгенография и другие отрасли использования фотоматериалов. Однако начиная со второй половины ХХ века Широко используется серебро в электротехнике, электронике, радиотехнике и связанных с ними отраслях машиностроения. Важным потребителем серебра являются ракетная, космическая и авиационная техника, военно-морской флот, производство серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых аккумуляторов — первичных источников тока. Большое количество серебра используется для изготовления припоев, в химической промышленности и в химическом машиностроении.
Кристаллическое строение металлов и сплавов
Чистое серебро в виде тончайшей проволоки служит материалом для филигранного производства и насечки по стали. Оно также является материалом для дорогих художественных эмалевых изделий, идет на аноды при серебрении. Серебро служит главным компонентом в серебряных твердых ювелирных припоях, которыми спаиваются не только серебряные, но и медные и латунные изделия. Эти припои отличаются наиболее высокими качествами.
К металлургическому качеству продукции на основе серебра, к допустимым отходам и потерям серебра в производстве предъявляются более жесткие требования, чем к переработке неблагородных металлов и сплавов. Поэтому обработка серебра сосредоточена, как правило, только на специализированных предприятиях цветной металлургии. Кроме того, имеется централизованная система планирования расхода драгоценных металлов, обеспечения производства оборотными фондами драгоценных металлов, планирование сбора отходов и их переработки, контроля эффективности мероприятий по борьбе с потерями и неэкономическим использованием драгоценных металлов.
Современные требования, предъявляемые к качеству серебряных заготовок, определяют необходимость качественного заготовительного литья. Таким образом, в настоящее время процесс производства серебряных заготовок требует более глубокого и детального изучения с целью улучшения качества заготовок, сокращения потерь благородного металла и увеличения выхода годного готовой продукции.
Задача исследования.
Процессор под микроскопом. Нанометровое путешествие.
В данной работе были изучены особенности структуры серебряных заготовок, полученных с помощью установки вертикального непрерывного литья СС 3000 (производство Германии).
Основная часть исследований.
Исследовали влияние технологических параметров процесса непрерывного литья на качество литых полуфабрикатов из серебра марки Ср99,99, химический состав которого представлен в таблице 1.
При непрерывном литье серебра плавку проводили в инертной среде (аргон) индукционной печи установки СС 3000 в графитовом тигле. Для литья профиля полосы 100,5 мм использовали медный водоохлаждаемый кристаллизатор с графитовой формообразующей вставкой.
В ходе эксперимента варьировали один технологический параметр процесса производства серебряной полосы — температуру расплава металла. Перемешивание расплава на различных стадиях процесса поддерживали в автоматическом режиме. Данные технологических режимов производства заготовки на установке вертикального непрерывного литья представлены в таблице 2.
Таблица 2. Технологические режимы непрерывного литья серебряной полосы на установке СС 3000
На рис. 1 представлена установка вертикального непрерывного литья СС 3000 и процесс производства серебряной полосы.
Готовая непрерывнолитая серебряная полоса представлена на рис. 2. Проведенный визуальный осмотр полученных непрерывным литьем заготовок показал, что их поверхность достаточно чистая, гладкая, не содержит трещин, инородных включений и неслитин. Шлаковые и неметаллические включения на поверхности заготовок обнаружены не были.
В ходе работы исследовали качество металла непрерывнолитых заготовок, макро и микроструктуру серебра методами качественной и количественной металлографии.
Макроструктуру серебра, полученного с помощью установки вертикального непрерывного литья, выявляли травлением в концентрированной HNO3 и в растворе 3 мл CrO3, 25 мл H2SO4 и 100 мл H2O.
Для изучения микроструктуры были подготовлены микрошлифы. Проводились исследования образцов в двух различных направлениях – продольном и поперечном.
Выявляли микроструктуру образцов с помощью концентрированной соляной кислоты.
Исследования микроструктуры серебра проводили на металло-графических микроскопах «NEOPHOT-30» и «Axiovert 40MAT» (Carl Zeiss).
Микроструктура серебра, полученного с помощью установки вертикального непрерывного литья (при различных температурах расплава металла), представлена на рис. 3.
Рис. 1. Процесс непрерывного литья полосы из серебра марки Ср 99,99. а) – установка СС 3000; б) – узел вытягивания
Ускоренное охлаждение (кристаллизация) серебра в процессе непрерывного литья заготовок способствует развитию частичной дендритной (внутри-кристаллитной) ликвации получаемой структуры.
В результате количественного металлографического анализа микроструктуры был подсчитан размер зерна (средний диаметр зерна) серебра марки Ср 99,99, полученного непрерывным литьем.
Рис. 2. Серебряная полоса 100,5 мм, длина 6000мм
Рис. 3. Микроструктура серебра (непрерывнолитая полоса), продольная ориентация образцов: а) – Тр=1025 °С, б) — Тр=1050 °С, в) – Тр=1080 °С
Таблица 2. Количественные характеристики микроструктуры серебра
Полученные результаты подсчетов представлены в таблице 2. Представленные данные позволяют сделать вывод о характере влияния такого технологического параметра непрерывного литья, как температура расплава, на структуру серебра.
Из представленных в таблице данных видно, что с увеличением температуры расплава (от 1025 до 1080°С) происходит укрупнение микроструктуры непрерывнолитого серебра, т.к. наблюдается увеличение среднего диаметра зерна. Подобное укрупнение зерна особенно сильно наблюдается при поперечной ориентации серебряных образцов.
Выводы. На основании исследования микроструктур и подсчетов размера зерна серебра, можно сделать вывод, что температура нагрева и разливки жидкого металла, его химический состав, и присутствие в нем посторонних примесей оказывают значительное влияние на размер получаемого микрозерна. Кроме того, величина зерна зависит и от степени переохлаждения серебра.
С увеличением степени переохлаждения металла скорость образования зародышей возрастает и, соответственно, размер зерна в затвердевшем металле уменьшается. Число зародышей, сформировавшихся в процессе кристаллизации серебра, и скорость их дальнейшего роста уменьшаются при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии (коэффициента диффузии). Следовательно, при снижении температуры расплава (более высоких степенях переохлаждения) структура закристаллизовавшегося металла будет более мелкозернистой, что и подтвердили результаты проведенных исследований.
- ГОСТЫ драгоценных металлов и их сплавов, Серебро
- зерно серебра, непрерывное литье серебра, серебро, структура серебра
Источник: dragomet.ru
Кристаллы под микроскопом
Кристаллы представляют собой твердые вещества, атомы в которых имеют кристаллическую решетку упорядоченного типа. Изначально кристаллами называли все вещества, которые имели твердую, но прозрачную структуру, включая лед. Однако в XVIII веке при первом изучении данных веществ под оптическим микроскопом были отмечены общие свойства, а именно, симметрично расположенные плоские грани.
Аббат Р. Гаюи которому впервые удалось увидеть такую кристаллическую решетку, заметил зависимость внутреннего строения вещества от формы огранки. Спустя чуть больше 100 лет, только в начале XX века ученый М. фон Лауэ подтвердил данную теорию углубленными исследованиями материалов под микроскопом. Сегодня рассмотреть решетку многих веществ можно под микроскопом в домашних условиях, получив тем самым очень интересный опыт.
Особенности изучения кристаллов разных веществ под микроскопом
Кристаллическая решетка при изучении под микроскопом представляет собой удивительное зрелище. Ее образование обуславливается особыми процессами, при которых атомы элементов притягиваются друг к другу определенным образом. Между прочим, исследования кристаллов под микроскопом не требуют использования значительных ресурсов, поскольку для этого подойдет обычный микроскоп с увеличением в х100 и более.
Некоторые цифровые микроскопы позволяют сделать качественные цветные фото, что позволит запечатлеть интересный макромир. Для изучения в домашних условиях лучше всего использовать кристаллы соли, сахара и серебра, каждый из которой будет иметь свои особенности и специфику.
- Кристаллы сахара под микроскопом. При детальном изучении сахара можно увидеть, что он состоит из небольших гранул с ярко выраженной кристаллической решеткой. Примечательно, что сахар представляет особый продукт, получаемый из растений — свеклы или сахарного тростника. Однако кристаллическую структуру вещество приобретает уже в ходе процесса высушивания.
- Кристаллы соли под микроскопом. Соль является классическим примером вещества с кристаллической структурой, которое имеет правильную прямоугольную или кубическую форму. Для изучения можно использовать как морскую, так и классическую поваренную соль, каждая из которых имеет свои особенности. Лучше брать крупную соль, что позволит лучше изучить структуру кристалла.
- Кристаллы серебра под микроскопом. Рассматривать такие объекты тоже достаточно интересно, однако чаще всего в готовых микропрепаратах такой образец не представлен. К счастью получить его можно и самостоятельно, из 10%-ого раствора нитрата серебра и катода из нержавеющей стали. Для изучения кристаллов можно использовать самые разные микроскопы, однако лучше всего отдавать предпочтение моделям с хорошим увеличением.
Выводы
С помощью микроскопа можно детально рассмотреть кристаллическую решетку многих кристаллов. Это интересный опыт, который позволит как взрослому человеку, так и школьнику получить новые знания и обогатить свой практический опыт в плане познания окружающего мира.
Источник: bogofi.ru
Серебряный трилистник разглядели в микроскоп. Российские ученые разгадали тайну странных трилистников на поверхности серебра
Группа исследователей из Института общей физики РАН (ИОФ РАН) опровергла общепринятые представления о процессах, происходящих на поверхности серебра в самом начале его окисления, тем самым приблизившись к пониманию сложнейшего механизма взаимодействия серебра и молекулярного кислорода. Это чрезвычайно важно как для фундаментальной науки, так и для дальнейших приложений в химической промышленности. О своей работе ученые рассказали в статье, опубликованной в июльском номере журнала Physical Review Letters.
Серебро используется в промышленных масштабах в качестве катализатора.
Одна из важнейших реакций — реакция частичного окисления этилена, при котором возможны два канала. В первом случае происходит «сгорание» этилена до углекислого газа и воды. Однако наиболее интересным и мягким является частичное окисление с образованием эпоксида, и перед исследователями всегда стояла задача заставить реакцию окисления развиваться по второму сценарию.
По словам одного из авторов статьи, заведующего лабораторией физики поверхности ИОФ РАН Бориса Андрюшечкина, экспериментально химики научились окислять до 80–90% этилена в эпоксид, однако механизм данной реакции на уровне отдельных атомов остается неустановленным до сих пор и является «одной из самых интригующих» проблем физики/химии поверхности на протяжении последних нескольких десятилетий.
Основным нерешенным вопросом является определение структур, состоящих из особых атомов кислорода на поверхности серебра, которые и участвуют в образовании эпоксида. Проблема оказалась трудноразрешимой — отчасти из-за ее теоретической сложности, отчасти из-за невозможности однозначно определить реальную атомную структуру окисленной поверхности.
Ситуация изменилась в девяностых годах прошлого века, когда был изобретен новый удивительный прибор — сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий видеть на поверхности отдельные атомы.
В начале нашего века, изучив с его помощью момент начала окисления серебряной поверхности, ученые обнаружили на ней множество темных объектов размером около 1 нанометра. Что это за пятна, было неясно, однако, подумав, научное сообщество решило, что это отдельные атомы кислорода, адсорбированные (захваченные и прикрепленные) на поверхности серебра.
Эта интерпретация была простейшей, и она устроила на тот момент всех исследователей в данной области, но, как сейчас выясняется, была неверной.
Научный коллектив из Института общей физики РАН — одна из немногих групп в России, способных проводить исследования на атомном уровне при помощи сканирующего туннельного микроскопа. Более того, именно ученые из ИОФ РАН являются разработчиками линейки сверхвысоковакуумных сканирующих туннельных микроскопов GPI-300 и GPY CRYO, серийно производимых российской компанией SigmaScan.
В своей работе ученые использовали низкотемпературный сканирующий туннельный микроскоп GPY CRYO, работающий при температуре жидкого гелия (–268 ºС). При этой температуре атомы на поверхности полностью теряют свою подвижность, в результате чего становится возможным получать изображения поверхности с атомным разрешением наивысшего качества. На этих изображениях вместо «простых» черных точек, наблюдаемых ранее, ученые обнаружили объекты причудливой формы, напоминающие трилистники. Для того чтобы понять, какого рода объекты скрываются за трилистниками, в ИОФ РАН были проведены теоретические расчеты. В результате было установлено, что каждый объект состоит из вакансии в верхнем слое серебра, вокруг которой распределены шесть атомов кислорода, причем три атома находятся на поверхности, а три — под первым слоем серебра.
«Трилистники» из атомов кислорода на поверхности серебра, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа
По словам Бориса Андрюшечкина, каждый трилистник можно назвать точечным, или локальным, оксидом.
Установление его атомной структуры — лишь первый шаг в понимании процессов, происходящих при окислении серебра, но шаг серьезный.
«Наша работа, — продолжает Борис Андрюшечкин, — существенно меняет общепринятые представления о природе атомных структур, образующихся на поверхности серебра на начальных этапах окисления. Это означает, что и последующие структурные и химические превращения на поверхности серебра при окислении могут проходить не так, как это нам сейчас представляется».
Исследования атомных структур поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Источник: rscf.ru