Применение металла хром и его соединений в строительстве и машиностроении

Хром отличается необычайной твердостью, стойкостью к коррозии и износу. Широкое применение его обусловлено способностью металла сообщать эти свойства сплавам, в состав которых он входит.

Хром обладает превосходной стойкостью к коррозии: на воздухе он образует тонкую оксидную пленку, очень плотную, которая полностью перекрывает доступ воздуха и воды к поверхности. Но самым интересным является то, что вещество при добавлении в различные сплавы сообщает им такую же стойкость к ржавлению.

На этом и основано применение металла.

Области применения хрома

Большее количество хрома, так или иначе, используется в машиностроительной промышленности. Сам по себе металл используется реже – около 30%, а большая его часть является составляющей сплавов.

Про сплав на основе циркония, кобальта, никеля и хрома, а также меди, алюминия, молибдена с хромом и железом и иными металлами расскажем ниже.

Это видео расскажет о хромировании в домашних условиях:

Сплавы металла

Конечно, на первом месте сплавы вещества с железом. Хром, отличаясь высокой твердостью, это качество способен передавать и сталям. Но быстро выяснилось, что добавка элемента приводит к куда более интересным эффектам.

В общем, все стали с примесью металла разделяют на низколегированные – менее 1,6%, и высоколегированные – более 12%.

• Низколегированные – как правило, конструкционные стали с долей хрома в составе от 0,6 до 1,6%. Такая добавка обеспечивает более высокую твердость, прочность и даже прокаливаемость. Для сравнения предел прочности стали 40 – 580 МПа, текучесть – 340 МПа, относительное удлинение – 19%. А те же самые показатели у стали 40, но с добавкой 1% хрома таковы: предел прочности – 1000 МПа, предел текучести – 800 МПа, удлинение – 13%. Хромистые стали служат сырьем для зубчатых колес, толкателей, машинных валов, болтов и других деталей, где требуется высокая прочность и стойкость к износу.
• Высоколегированные – с добавкой хрома более 12%, обладают превосходным свойством: не подвержены коррозии. Хромистая сталь обладает таким же уникальным качеством, что и ее составляющая: хром приводит к резкому увеличению потенциала α-железа, и в результате на поверхности сплава образуется тончайшая пленка плотного, несвойственного чистому железу оксида. Он и обеспечивает стопроцентную стойкость нержавеющей стали к ржавлению. Нержавеющие стали используют при изготовлении крепежа, деталей трубопровода, элементов топливной аппаратуры, бытовых предметов, деталей оборудования и так далее. Везде, где требуется долговечность и стойкость к сырости и температурным перепадам – от дюбеля до металлических частей турбин, камер сгорания и подводных лодок, везде используются нержавеющие хромистые стали.

• Третья интересная группа – жаропрочные стали. Главным их легирующим элементом выступает никель, однако без хрома здесь тоже обойтись нельзя, причем содержание металла может быть очень высоким – от 30 до 66%. Изделия из такой стали выполняет свои функции при температурах до 1200 С. Жаропрочные сплавы применяют в качестве турбинной стали, материала для клапанов поршневых двигателей, крепежа и так далее.

При этом:

• Сплав хрома с никелем также обладает уникальной стойкостью к температурам и нагрузкам в условиях высоких температур. Нихромы применяют в качестве нагревательных элементов, а сплавы с добавкой молибдена и хром-кобальтовые – материала для лопатки турбин.
• Металл не обладает биологической активностью. В сплаве с кобальтом и молибденом он служит материалом для зубных протезов, ортопедических аппаратов.

Далее мы кратко расскажем о применении хрома для хромирования.

Кобальт-хром-молибденовый сплав без бериллия и никеля (фото)

Хромирование

Другой основной областью применения материала является хромирование, то есть, покрытие поверхности тонким слоем чистого хрома. Первые достойные результаты были получены только в 20-ых годах 20-го века, когда для хромирования стали использовать не трехвалентный, а шестивалентный хром. Толщина слоя минимальная – в некоторых случаях не достигает и 0,005 мм, однако функции свои выполняет.

Разрабатывали методики в первую очередь для создания защитного слоя: хром надежно укрывает любой другой металл или сплав от воздуха и воды. Однако покрытие, которое он создает очень красивое – зеркально-блестящий серебристый слой. Так что декорирование с помощью хромирования стало очень популярным.

Существует несколько методик хромирования.

• Электролитическое – то есть, высаживание хрома на поверхности при проведении электролиза. Для этого в раствор хромовой кислоты с добавкой соляной погружают деталь и подают ток. Технология настолько проста, что давно освоена автолюбителями, и производится запросто в собственном гараже. С помощью разных режимов обработки можно получить разное покрытие – твердый хром, молочный, зеркальный.
• Диффузионное – промышленный метод. Хромирование производится в печи при высокой температуре, где получают газообразный хлорид металла. Он обволакивает изделие, насыщая поверхностный слой хромом. Такое покрытие намного прочнее.
• Химический – раствор, в который погружено изделие, содержит гипофосфит натрия и хромсодержащую соль. При реакции гипофосфит восстанавливает хром, который высаживается на поверхность изделия.
• Вакуумное – металл наносится на любую предварительно нагретую поверхность в вакуумной камере. Недостаток – размеры изделия ограничены размерами камеры.

Соединения

Соединения хрома используются ничуть не меньше.

• Во-первых, это, конечно, получение разнообразных красителей для стекольной, керамической и текстильной промышленности. В этой области металл полностью оправдывает свое название.
• Во-вторых, хромиты в качестве сырья для огнеупорных материалов давно пользуются известностью. Магнезитохромитовый кирпич применяют для футеровки мартеновских печей и других сооружений.
• В-третьих, хромовые квасцы при дублении кожи придают ей прочность и блеск.
• В-четвертых, сплавы на основе карбида хрома применяются при изготовлении быстро изнашивающихся деталей наподобие вкладышей пресс-форм, фильеров, клапанов, насосов в химическом машиностроении, так как обладают высокой стойкостью к износу.

Про использование в строительстве хрома расскажем ниже.

Его использование в строительстве

В строительных и ремонтных работах металл используется в точном соответствии с его обычным применением, то есть, либо в виде сплава, преимущественно нержавеющей стали, либо в виде храмового покрытия. А уж с этим видом декорирования металлических предметов знаком каждый.

Про металлические конструкции как способ применения хрома расскажем далее.

Металлические конструкции

В строительстве обычная черная сталь используется очень редко, так как не обладает достаточной долговечностью. Как правило, это изделия, не рассчитанные на длительное пользование – тара, например. Если требуется крепеж или каркас «длительного пользования», то материалом выступает оцинкованная сталь.

Однако последняя не дает стопроцентной стойкости к коррозии. Во-первых, при оцинковке всегда возможны какие-либо ошибки. Во-вторых, при повреждении цинкового слоя или его износа, сталь оказывается беззащитной перед влагой и воздухом.

Нержавеющая сталь с примесью хрома и никеля этих недостатков лишена. Вкупе с высокой стойкостью к температуре, которую обеспечивают все те же хром и никель, нержавейка демонстрирует такую долговечность, которая зачастую намного превосходит долговечность всех остальных материалов – кирпича, кровли, обрешетки.

Кроме того, из хромовых сталей можно получить изделия любого уровня сложности.

• Трубы – круглые и профильные. Причем в строительстве себя находят все виды изделий: от привычных круглых для водопровода до треугольных для декоративного радиатора. Но, конечно, главным материалом являются профильные трубы, используемые при возведении любого рода несущих каркасов. Без них современное строительство невозможно в принципе.
• Уголки, швеллеры, двутавры, балки и прочие детали, выступающие соединительными и усиливающими элементами каркасов. Здания, мосты, туннели – без них невозможно построить хоть сколько-нибудь значительный объект.
• Листовая сталь – кровельный материал, корпуса бытовой техники, элементы вентиляции, детали архитектуры, отделочные элементы и так далее.
• Крепеж – гвозди, дюбели, анкеры из нержавеющей стали используют на самых ответственных участках, где предполагается высокая сырость и перепады температур.

Химическая металлизацияи ее технология даны в этом видеоролике:

Декоративные изделия

Нержавеющая сталь поддается ковке, так что из сплава можно получить не менее прекрасные и эффектные детали интерьера, что и из обычной электротехнической стали, которую чаще именуют железом.

• В первую очередь это разнообразные перила и кованые детали дверей, оград и ворот. Сложность орнамента любая, но при этом изделие не нуждается в дополнительной защите и особом уходе.
• Кованая мебель из стали – скамьи и детали скамей, столики и трюмо, стулья и кровати. Возможностей у хромовой стали ничуть не меньше, чем у бронзы или латуни. Кроме того, трубы из нержавейки активно применяют при изготовлении мебели в современном стиле.
• Металлическая скульптура – как чисто декоративная, так и несущая определенную функциональность, наподобие чаши для огня.
• Конечно, решетки на окнах и балконах – отличаются и декоративностью, и прочностью, и исключительной долговечностью.

Дверная ручка из хром-алюминиевого сплава

Хромированные изделия

Зеркальный блеск, который создает слой металла, остается привлекательным и по сей день. А уж практичность такого решения говорит сама за себя.

• Фурнитура – мало того что такие вентили, краны, лейки и дверные ручки не знают износа, они еще и сияют сверкающим серебристым блеском. Покрытие, кстати, в меньшей степени задерживает на себе кальциевые соли, очистить его проще.
• Сантехника – решение такое выглядит радикально, но очень интересно. Хромировать в принципе можно любой предмет, тем более керамический, так что блистающая хромом раковина или душ вполне реальны.
• Мелкие предметы – как правило, это аксессуары ванной и кухни, где сырость велика. Держатели, подставки, рейлинги, детали полок и прочее. Хромовое покрытие и от воды и пара защищает, и элегантности придает.
• Кухонная утварь – столовые приборы, половники, черпаки, ножи и прочее также покрываются хромом, чтобы продлить срок эксплуатации изделия и ради его красоты.
• То же самое касается мелкого декора – статуэток, подставок, рам для картин и зеркал, пюпитров, газетниц и прочего. Однако столь интенсивный серебристый блеск уместен лишь в современных стилях.

Применение хрома в первую очередь обусловлено его антикоррозийными качествами, но во вторую – его удивительным зеркальным блеском, делающим любые изделия столь яркими и запоминающимися.

Хромовое покрытие на деревянном изделии — тема данного видео: