Рассказы о металлах - [27]
На несколько месяцев позже Воклена новый элемент обнаружил в том же крокоите немецкий химик Мартин Генрих Клапрот, который уже имел к этому времени на своем научном счету три открытых им элемента — уран, цирконий и титан (позднее к ним присоединился церий). Но слава первооткрывателя хрома по праву досталась Воклену.
Понадобилось более полувека, чтобы выделить новый металл в чистом виде: это удалось сделать в 1854 году немецкому ученому Роберту Вильгельму Бунзену, подвергнувшему хлорид хрома электролизу.
В отличие от многих других металлов, к хрому фортуна сразу же проявила благосклонность. Высокая температура плавления, большая твердость, способность легко образовывать сплавы со многими элементами, в частности, с железом, заинтересовали прежде всего металлургов. Годы не охладили этого интереса: и в наши дни металлургия продолжает оставаться важнейшим потребителем хрома, хотя для этого элемента и его соединений нашлось немало и других полезных занятий.
Хром обладает всеми характерными свойствами металлов — хорошо проводит тепло и электрический ток, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37 °C он ведет себя явно "вызывающе" — многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электрическая проводимость, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.
Пока ученые пытались найти объяснение этой аномалии, хром задал еще одну загадку.
Физикам давно известна закономерность: магнитная структура материала строго соответствует его кристаллической решетке. Однако исследования сверхчистого хрома показали, что к нему эта закономерность отношения не имеет.
Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна пользуется почетом у металлургов. Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5 %), входит углерод (около 1 %). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью — они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов — износу.
Кто не знает великолепную скульптуру В.И. Мухиной "Рабочий и колхозница"? Величественный монумент, который в 1937 году украшал советский павильон на Всемирной выставке в Париже, а сейчас возвышается у входа на Выставку достижений народного хозяйства в Москве, выполнен из нержавеющей стали, содержащей примерно 18 % хрома и 10 % никеля. Но "нержавейке" углерод вреден: карбидообразующие наклонности хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1 %).
Оригинальную сталь с добавками хрома и алюминия создали японские металлурги: она в сотни раз активнее гасит звуковые колебания, чем обычная конструкционная сталь. Оконные рамы и двери из "тихой" стали совершенно бесшумны, даже если ими хлопают что есть силы. Лист из этой стали, падая на цементный пол, не издает никаких звуков. Новый материал по достоинству оценили машиностроители, которые вынуждены ежедневно выслушивать "концерты", исполняемые на цеховых "ударных инструментах".
При высоких температурах сталь может покрываться "чешуей" окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не страдала окалинообразованием, в нее вводят 25–30 % хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000 °C!
Сплавы никеля и хрома — нихромы — успешно служат в качестве нагревательных элементов: у них очень высокое электрическое сопротивление и поэтому при прохождении тока металл сильно нагревается. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и алюминия придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650–900 °C; из таких жаропрочных сплавов изготовляют, например, лопатки газовых турбин. Хром входит в состав многих других сплавов, о чем можно судить по их названиям: хромель, хромаль, хромансиль. Сплав комохром (он состоит из кобальта, молибдена и хрома) безвреден для человеческого организма и поэтому применяется в восстановительной хирургии. Для зубных протезов разработан сплав кобальта и хрома, который во много раз дешевле золота и к тому же обладает меньшей теплопроводностью: владелец такого протеза может спокойно пить горячий чай или есть мороженое, не испытывая при этом неприятных ощущений.
Основная часть добываемой в мире хромовой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавить углеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. Потребность в феррохроме начала резко расти.
