Что такое твёрдые растворы? Так часто называют сплавы: в них происходит взаимное проникновение частиц одного металла в твёрдую среду другого металла. Ионы и атомы одного металла могут заменять частицы другого металла в узлах кристаллической решётки (левый рисунок) или располагаться в пространстве между узлами (правый рисунок).

В древности сплавы с разными свойствами создавались путём проб и ошибок. Еще в 4 тысячелетии до н.э. люди начали использовать бронзу – сплав меди и олова. Она обладает свойством текучести в расплаве, поэтому из бронзы отливали украшения, статуи, орудия. На территории Московского Кремля находятся уникальные памятники русского бронзового литья: Царь-пушка 1586 года массой 40 тонн и длиной 5,3 м и Царь-колокол 1735 года массой 200 т и диаметром 6,6 м.

На смену «бронзовому веку» человечества пришёл «железный век». В древности железо ценилось дороже золота. Его не умели выплавлять из руд, поэтому пользовались крайне редким метеоритным железом. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя спортивных игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском железа.

Железо в чистом виде слишком мягкое. Прочность железу придают примеси углерода. Сплавы железа с углеродом – чугун (более 2% углерода) и сталь (до 2% углерода). Чугун в твёрдом виде нельзя ковать из-за его хрупкости. Поэтому чугун когда-то считался отходом производства. Позже металлурги стали заливать жидкий чугун в формы и получать готовые изделия: пушечные ядра, станины машин, посуду. В Санкт-Петербурге очень много мостов с решётками из чугуна – «чугунными кружевами».

Сталь крепче железа, меньше гнётся, обладает удивительной прочностью и пластичностью: из нее можно делать и тонкие пластины и конструкции для постройки автомобилей, зданий, мостов, линий электропередачи, станков и многого другого. Особые свойства отличали старинную булатную сталь, которую можно было отличить по узорчатому рисунку. Лучшее булатное оружие можно заточить до остроты лезвия бритвы, оно перерубает железные гвозди и подброшенный в воздух волосок.

Булатные клинки везли по караванным дорогам, свернув в кольцо и надевая это стальное кольцо вместо пояса. Секрет получения булатной стали удалось раскрыть заново в XIX веке русскому металлургу П.П.Аносову. В булатной стали слои твёрдой высокоуглеродистой стали чередуются с пластичными низкоуглеродистыми слоями, что делает изделия из булата твёрдыми и гибкими одновременно.

Для изготовления стали с определёнными свойствами при выплавке в неё нужно внести специальные примеси. Такой сплав называют легированной сталью. Так, добавки марганца увеличивают износоустойчивость стали. Сплав алсифер имеет особые магнитные свойства за счет добавки кремния и алюминия (служит для изготовления электрических трансформаторов, дросселей, реле, сердечников катушек индуктивности). Фехраль (добавки хрома и алюминия) и нихром (примеси никеля, хрома и марганца) обладают высоким электрическим сопротивлением и применяются в электронагревательных приборах: электроплитах, утюгах и др. Стеллит (с добавками кобальта, хрома и ванадия) отличается повышенной твёрдостью.

В промышленности применяются сплавы не только железа, но и других металлов. Из нейзильбера (медь, магний и цинк) и мельхиора (медь, марганец и цинк) делают столовые приборы и ювелирные изделия. Ювелиры часто используют так называемое «белое золото» – сплав золота с платиной или палладием. Из него изготовляют оправы для драгоценных камней, так как оправы из золота придают алмазам жёлтый оттенок.

Алюминий называют крылатым металлом: в самолётостроении применяются его сплавы – дюраль (с медью, марганцем и магнием) и силумин (с кремнием и натрием) – лёгкие и одновременно высокопрочные.

Любопытно, что свойства сплавов зависят не только от состава, но и от размера частиц: молекул, атомов, ионов. Сплавы, состоящие из частиц размером 10-100 нанометров, имеют принципиально новые особенности и открывают новые возможности для науки и техники.

(C) 2010. Ситникова Галина Анатольевна (Воронежская область, с. Садовое)