Бронза, сплав

(химич.) — Так называются сплавы меди с оловом в различных пропорциях (медь в избытке), затем сплавы меди с оловом и цинком, а также некоторыми другими металлами или металлоидами (свинцом, марганцем, фосфором, кремнием и др., в небольших количествах). Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе (сплавах меди с оловом) носит иногда случайный характер и обусловливается неполной чистотой исходного материала (некоторые образчики античной бронзы), но обыкновенно прибавка известного количества тех или других веществ производится заведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особые названия (марганцовая бронза, фосфорная бронза и т. д.). От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а следовательно, звучной, способной к полировке, но менее тягучей, а потому бронза, главным образом, идет на отливку различных предметов. Качества бронзы зависят от состава, способов приготовления и последующей обработки. Если сплавы меди с оловом, содержащие от 7% до 15% этого последнего и наиболее употребительные в практике, подвергнуть медленному охлаждению, то происходит разделение сплава и часть, более богатая медью, застывает ранее; такое явление, называемое ликвацией бронзы, служит большой помехой при отливке больших бронзовых предметов; его до известной степени можно устранить прибавкой некоторых веществ (напр. фосфористой меди, цинка) или, быстро охлаждая отлитые предметы (обратно, примесь свинца обусловливает более легкое разделение сплава, так что следует избегать прибавки этого последнего свыше 3%). При закалке бронзы происходит явление, совершенно обратное тому, которое наблюдается для стали: бронза становится мягкой и до известной степени ковкой.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% — 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести, то при 1% — 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее, нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелкокристаллическим строением обладает большей способностью сопротивления. Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется от проковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша (Riche), сплав, отвечающий формуле SnCu₃, имеет наибольший уд. вес 8,91 (следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладает сплав SnCu₄. Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и тому подобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногда превосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей, столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugo nobilis, Patina, Verde antico. Patina предохраняет бронзу от дальнейшего изменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы — вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте. Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет. Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явление зависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где здания отапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения. Для сохранения статуй рекомендуют чистить их раствором спермацета в бензине.

Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни (см.); в очень отдаленный времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия, монет, различных украшений и т. п. (бронзовый век). Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нередко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% меди и 12% олова (F. Wibel, "Die Cultur der Bronzezeit Nord— und Mitteleuropas", Киль, 1865).

Пушечный, или артиллерийский, металл состоит (в круглых цифрах) из 90—91 ч. меди и 9—10 ч. олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд. вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87. Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладать большим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью по отношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавы указанного состава, но только до известной степени. Так называемая стальная бронза Ухациуса (Stahl-bronze) содержит 8% олова. Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загоняя при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра.

Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержанием олова; средний состав его: 78% меди и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную или излишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав меди с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т. е. звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействием разрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета, легкоплавок, хрупок. Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав, подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой.

Новая статуйная бронза. Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из меди и олова, кроме сравнительной дороговизны представляет немало и других неудобств: такая бронза довольно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легко подвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитых предметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina); притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут быть устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком. Сплавы с 10%—18% цинка и 2% — 4% олова отличаются красивым красновато-желтым цветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки для обработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленый налет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений. От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествах свыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д'Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% меди, 18% цинка, 3% олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 86⅔% меди, 6⅔% олова, 3⅓% свинца и 3⅓% цинка.

Фосфорная бронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90% меди, 9% олова и 0,5% — 0,6% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т. п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Алюминиевая бронза (см.) — сплавы меди с алюминием, содержащие от 5% до 10% этого последнего и 90% — 95% меди. Цвет бронзы, при содержании 5% алюминия, весьма похож на золото; кроме красоты, она отличается многими другими превосходными качествами (между прочим, сплавы с 8% — 5% алюминия весьма тягучи). В торговле имеется алюминиевая бронза пяти сортов, с различной степенью тягучести и противодействия разрыву; она хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды, гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевой бронзы. Как материал для изготовления различных частей машин, она вытесняет на бумажных фабриках и пороховых заводах фосфорную бронзу ("Jahresber. üb. d. Leist. d. ehem. Tecbnol.", 1890, 359).

Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза (для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% меди, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.

Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугуна (ферромангана) с медью, затем, с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. Bronce Company в Англии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей (Heinzerling, "Abriss d. Chem. Technologie", 1888).

Кроме этих сортов бронзы, существуют еще многие другие сплавы, имеющие различные применения; такова, напр., бронза для зеркал, медалей, монет, подшипников и различных частей машин и т. д.

Подробная статья о бронзе, с указанием литературы предмета, имеется в руководстве: Kerl и Stohmann (Maspratt), "Handbuch d. technisch. Chemie" (3 изд., см. отд. Kupfer, 4-е изд. еще не доведено до конца).

В. Р—о.