Испарение металлов

Мы ежедневно наблюдаем, как испаряются жидкости.

Вы наливаете на ладонь несколько капель эфира, взмах рукой — появляется ощущение холода, и жидкость исчезает, испаряется, в воздухе распространяется запах эфира. Молекулы эфира распределились между молекулами газов воздуха.

Трудно себе представить, что подобно эфиру может испаряться сталь или другие прочные и устойчивые металлы. И действительно, сколько бы при обычной температуре мы ни держали на воздухе стальную пластинку, ее вес не уменьшится, если, конечно, воздух будет сухим и будет исключена возможность ржавления. Однако можно создать такие условия, при которых даже наиболее тугоплавкие металлы будут постепенно испаряться. Обратите внимание на старую перегоревшую электролампу. Поверхность ее стеклянного баллона изнутри покрыта темным металлическим налетом. Откуда он мог взяться? Ведь в лампе есть только нить из весьма тугоплавкого и стойкого металла вольфрама. Анализ показывает, что этот налет и состоит из вольфрама, испарившегося при накаливании нити и осевшего на холодной поверхности стеклянного баллона, совсем так же, как водяной пар, попадая на холодную поверхность, конденсируется и поверхность запотевает.

При высокой температуре металлы испаряются так же, как вода или эфир при комнатной температуре. Конечно, нужна весьма высокая температура, чтобы испарение было заметным.

Сравнительно легко летучими металлами являются цинк, магний, хром и некоторые другие. Так, давление пара 1 • 10“*² мм ртутного столба достигается для цинка при 350°, магния при 439°, хрома при 917°. В то же время железо при 750° имеет давление паров только 1 • 10~⁸ мм ртутного столба, а вольфрам имеет такое же давление пара при температуре свыше 2100°.

Возможность испарения металлов в вакууме широко применяется в современной технике. Это свойство используется для нанесения на поверхность металлов защитных покрытий из металлического хрома. Кто из вас не любовался серебристым блеском покрытия деталей автомашин, не тускнеющих на дожде и на солнце, прочных и красивых. Это покрытие— тонкая пленка металлического хрома.

Пленка хрома может наноситься при помощи электролиза, однако использование вакуума способствовало расширению применения так называемого термохромирования. При этом способе детали и измельченный хром с определенными добавками помещаются в печь. Печь наполняют газообразным хлором, затем начинают нагрев. Хлор поглощается добавками, и в печи образуется вакуум. Хром начинает испаряться и откладываться тончайшим слоем на поверхности деталей.

Вакуумный метод термохромирования упрощает подготовку деталей к покрытию, сокращает расход хрома, упрощает оборудование. Когда нужен металл высокой чистоты, вакуум помогает удалить следы примесей различных веществ, например, в магнитных, жароупорных, нержавеющих сталях. Высокий вакуум необходим для удаления легколетучих примесей (свинца, кадмия, висмута) из меди.

Для получения чистых легколетучих металлов применяется плавка и дистилляция в высоком вакууме. Так же как перегоняют спирт, чтобы увеличить его крепость и отделить от примесей, перегоняют, например, ртуть, цинк, кадмий, а иногда и магний.

Даже кремнекислота, составляющая такой, казалось бы, стойкий материал, как кварцевый песок, заметно испаряется в высоком вакууме. А хром настолько летуч в высоком вакууме, что интенсивно испаряется, еще не расплавившись.

Перегонка в вакууме позволяет получить чрезвычайно чистые металлы. Удается получить алюминий, более чистый, чем при электролизе, с содержанием железа менее одной тысячной процента. Известно, что алюминий легко окисляется на воздухе, тем более активна пленка алюминия, полученная при перегонке, и только высокий вакуум предохраняет металл от окисления. Такова же роль вакуума и при плавке молибдена. Только в печи с высоким вакуумом удалось расплавить без окисления этот тугоплавкий металл, плавящийся при температуре свыше 2600° С.

Применение вакуума в металлургии привело к развитию техники получения вакуума в больших объемах и с большой скоростью. Увеличение производительности насосов позволяет размещать в вакуумируемом пространстве все более крупное оборудование.

В настоящее время уже созданы печи для единовременного расплавления 1 тонны стали при вакууме 1 • 10~²— 1 • 10³ мм ртутного столба.

Формовка и литье под вакуумом дают весьма точные отливки.

Для применения вакуума в металлургии построены масляные диффузионные насосы с диаметром входного отверстия 80 см и скоростью откачки 14 000 л/сек, при теоретической скорости до 60 000 л/сек.

Даже беглый обзор применения вакуума в металлургии показывает, что эта важнейшая отрасль техники широко использует возможности регулировать свойства газовой среды, окружающей металл на всех этапах его «жизни» от плавки до обработки. Перспективы здесь еще более широки. Мощные вакуум-установки скоро станут такой же неотъемлемой принадлежностью металлургического завода, какой являются воздуходувные станции для подачи воздуха в печи.