Томпак – что это, состав сплава, маркировка и применение

Что такое латунь

Основными компонентами сплава латуни является медь и цинк. Пропорциональные составляющие этих металлов могут быть разные. Количество цинка колеблется. Минимальное его значение составляет 20 %. Максимальное достигает 50%. При этом сплав меняет свой цвет: бывает золотистым, желтым или зеленым.

Процентный показатель цинка настолько важен, что способен изменять характеристику материала. Это относится к его пластичности и твердости.

Свойства и состав псевдодрагоценной латуни

Латунь известна уже очень давно, со времен древних римлян, и это несмотря на то, что цинк был открыт всего V столетий назад. В те далекие времена античности в упомянутый сплав вносили вместо чистого Zn галмей (цинковую руду). А вот томпак, который мы знаем сегодня, был изобретен Кристофером Пинчбеккером в XVII веке. Сплав получил распространение не только в Англии, уже через несколько десятков лет о нем узнали во всем мире. И кстати, многие мошенники разбогатели, выдавая монеты, разные украшения и изделия из этого вида латуни за золотые. Сегодня в обиходе можно встретить и иные названия этого сплава – симилор, принцеталл, хризохалк, ореид и хризорин.

Как вы уже догадались, это сплав меди и цинка. Содержание первого элемента колеблется в пределах от 88 до 97 %, а второго не более 10%. Если увеличить долю Zn до 10–20%, тогда получится полутомпак. Содержание последнего элемента влияет на свойство латуни и ее цвет. С его увеличением окрас изменяется от красного к желтому. Иногда слитки томпака по фото можно перепутать с благородным золотом. Подобное изменение приводит к улучшению антифрикционных, технологических и механических свойств, а стоимость, напротив, снижается. Это обусловлено относительной дешевизной цинка по сравнению с медью.

Материал обладает великолепными антикоррозионными свойствами и износостойкостью. Он прекрасно сваривается с различными сталями и благородными металлами. Отличается повышенной пластичностью. Легко поддается эмалированию и золочению, ковке, волочению и гравировке.

Еще одной особенностью является полное отсутствие магнитных свойств.

Изделие из томпака

Твердость материала достигает 145 МПа. Температура, при которой начинается процесс плавления, составляет 1045 °C. Без применения смазки коэффициент трения равен 0,44. Если использовать специальные смазывающие вещества, то этот показатель можно снизить до 0,074. При растяжении предел прочности колеблется от 440 до 520 МПа, а относительное удлинение после разрыва составляет около 3%. Латунь Л90 имеет плотность 8780 кг/м3. Для получения заданных характеристик в состав сплава томпак вводят дополнительные элементы. Содержание их всего несколько десятых процента. В результате получается материал с идеальным соотношением пластичности и прочности, прекрасным внешним видом и приемлемой ценой.

Сплав в зависимости от дальнейшей судьбы может быть листовой или в брусках. В маркировке первой указывается буква «Л», затем следует процентное содержание меди. Например, Л96 состоит из 95–97 % Cu, не более 0,2 % примесей и остальное – Zn. А вот если увидите на изделии обозначение Л90, значит, основного элемента содержится в пределах 88–91 %, примесей менее 0,2%. Марки Л85 и Л80 относятся к полутомпаку. В них доля дополнительных компонентов может достигать 0,3 %.

Характеристики

Основным качеством в характеристиках латуни является ее коррозионная стойкость. Но она обладает и другими свойствами:

1. Способность сплава противостоять агрессивным средам, особенно после покрытия поверхности лаком.
2. Прочность латуни.
3. Пластичность сплава.
4. Возможность материала поддаваться обработке давлением. Процесс ведется как в горячем виде при высоких температурах, так и в холодном.
5. Сплав можно подвергать контактной сварке и пайке.
6. Теплопроводность, которая повышается с увеличением процентного содержания меди.
7. Температура плавления, которая составляет 880–950 градусов. При меньшем добавлении цинка, температура плавления снижается.
8. Материал обладает немагнитными свойствами.

Основным фактором твердости и пластичности соединения является цинк. Увеличение его количественного содержания напрямую связано с повышением прочностных характеристик. Пластичность же возрастает только до количественного содержания цинка 36%. При последующем его увеличении до 45 % идет снижение этого показателя.

В целях увеличения твердости сплава проводится термическая обработка под названием нагартовка. Она способствует не только увеличению показателя прочности, но и снимает внутренние, структурные напряжения.

На эксплуатационные характеристики оказывают действия легирующие добавки. Их влияние указано в таблице:

Маркировка

Существует 2 разновидности сплавов:

1. Двухкомпонентные. Основные составляющие — медь и цинк. Маркируются буквой Л. Дальше стоят цифры, указывающие количество меди процентах. Л60: содержит меди 60 %, а оставшиеся 40% — цинк.
2. Многокомпонентные. Кроме основных составляющих добавляются еще легирующие элементы. Так же впереди стоит буква Л. Потом следует перечисление добавок. В конце пишутся через черточку цифры, указывающие на процентное содержание каждой из составляющих. Количество цинка не указывается, а рассчитывается. Например: Марка ЛАЖМц66-6-3-2 имеет 66 % Cu, 6 %Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Путем расчетов определяется количество цинка равное 23%.

Как отличить золото от латуни

Несмотря на то, что внешне золото и латунь похожи, существуют способы отличить одно от другого. Это проверяется следующим образом:

1. У золота цвет более насыщенный. К тому же, со временем латунь темнеет, потому что окисляется на воздухе, а золото нет.
2. Если поднести магнит, латунь притянется, а золото нет.
3. Латунь имеет большую плотность, а значит и тяжелее. Это ощутимо при подбрасывании кусочков металла в ладонях.
4. Наличие пробы.
5. Если провести тестирование кислотой, золото в реакцию не вступит, а латунь обесцветится.

Плюсы и минусы

Латунный сплав обладает характеристиками, которые в одном случае служат положительным моментом, а в другом отрицательным. Состоят они в следующем:

1. Небольшой вес. Это качество вместе с высокой прочностью используется в определенных отраслях промышленности.
2. Сплав обладает хорошей пластичностью.
3. Невысокая стоимость.
4. Коррозионная стойкость уменьшается с увеличением количества меди.
5. Показатели теплопроводности ниже, чем у чистой меди и бронзы.

Что такое томпак?

Томпак— это одна из многочисленных разновидностей латуни, в которой в определенной пропорции сочетаются цинк и медь. Сравнение этого металла с золотом основано лишь на внешнем сходстве, поскольку по химическому составу, характеристикам и прочим особенностям эти два металла являются совершенно разными. Хоть латунь известна человечеству давно, но о томпаке заговорили впервые лишь в восемнадцатом веке – после открытия, совершенного Кристофером Пинчбеккером. В то время подобный сплав активно использовался в Англии. И только спустя несколько пару десятков лет его популярность распространилась на другие страны.

На сходстве томпака с ювелирным минералом многие нечестные на руку люди смогли неплохо заработать, выдавая монеты и ювелирные изделия из латунного сплава за настоящие, сделанные из золота.

Рассматриваемый металл можно называться симилором, принцеталлом, хризорином, хризохалком, ореидом. Услышав эти названия, не удивляйтесь – все это один и тот же металл.

Для томпака характерно немало достоинств:

• хорошая устойчивость к образованию коррозийных повреждений;
• отличные показатели износостойкости;
• хорошие способности свариваемости с другими металлами;
• пластичность является достаточной для применения методов деформации и гравирования;
• возможность эмалировки и золочения;
• невосприимчивость к магнитам.

Отдельного внимания заслуживает одна из разновидностей металла, получившая название полутомпак. Его отличие от томпака заключается в процентном содержании цинка, которое может находиться в пределах 10–20%. Такая особенность объясняет изменение основных свойств металла:

• насыщенный желтый цвет;
• снижение пластичности;
• повышение тугоплавкости.

Такие характеристики позволяют использовать полутомпак для производства некоторых технических деталей. Такая разновидность металла менее распространена по сравнению с томпаком. Это объясняется наличием большого числа недостатков из-за высокого содержания цинка в нем.

Немного истории

Известен этот сплав со времен древних южноамериканских доколумбовых цивилизаций, при археологических раскопках находили латунные украшения, посуду, инструменты. Вместо цинка, секрет производства которого был утерян в Европе в X-XI веках и вновь открытого всего несколько столетий назад, при изготовлении сплава в то время использовалась богатая цинкосодержащая руда — галмей (смесь цинкового шпата ZnCO3 и кремнекислого цинка).

Заново изобретён томпак был в Англии лондонским часовщиком Кристофером Пинчбеккером (1670 – 1732 г). Именно он считается автором химического состава этого сплава. Изначально сплав использовался для изготовления цепочек и деталей для часов. Но вскоре томпак получил распространение не только в Англии, о нем узнали во всем мире. Много состояний было сделано разными мошенниками на сходстве томпака с золотом, они разбогатели, выдавая монеты и изделия из него за золотые.

Маркировка

Томпак, отлитый брусками либо изготовленный в виде катаных листов, маркируется обозначением «Л90», где «Л» — латунь, а число «90» означает процентное содержание меди. Примесей в таком сплаве менее 0,2%. «Л96» означает, что сплав на 95-97% состоит из меди, не более 0,2% примесей, остальное — цинк. Если число на маркировке «85» и меньше, то это не томпак, а полутомпак. И это означает, что количество цинка в сплаве больше 10%, его соотношение может доходить до 22%. Количество дополнительных компонентов может достигать 0,3%. За счет повышения объема цинка, меняются основные свойства сплава:

• меняется цвет, он становится более желтым;
• степень пластичности снижается;
• повышается тугоплавкость.

Такой материал чаще используется для изготовления технических деталей, из него изготавливают сильфоны, гибкие шланги, конденсационные трубки, проволочные сетки, применяемые в фильтрах-осушителях для холодильных машин.

Химический состав и основные характеристики

Сплав меди с цинком, который всем хорошо известен под названием «латунь», люди начали использовать еще с античных времен, изготавливая из него оружие, орудия труда, посуду и многие другие изделия. Изначально вместо цинка, открытого учеными всего 5 столетий назад, для получения такого сплава применяли цинкосодержащую руду – галмей. Сам томпак был изобретен в XVII веке. Считается, что автором химического состава этого сплава стал англичанин Кристофер Пинчбеккер.

Благодаря своим характеристикам (в первую очередь, очень красивому цвету) томпак буквально за несколько десятков лет стал известен во всем мире. К слову сказать, огромную популярность данный сплав завоевал у мошенников, которые выдавали изделия из него за золотые, обманывая доверчивых граждан и зарабатывая на этом большие деньги. Как раньше, так и сейчас в обиходе и среди специалистов можно услышать разные названия томпака:

• принцеталл;
• хризохалк;
• симилор;
• ореид;
• хризорин.

Холоднокатанная латунная лента Л90 – материал, из которого впоследствии изготавливают изделия из томпака

Томпак, как уже ясно из всего вышесказанного, является сплавом меди и цинка, при этом первого элемента в томпаке содержится 88–97%, а второго (цинка) – не более 10%. Существует еще такой материал, как полутомпак. Это сплав, в химическом составе которого 10–20% цинка.

Количество цинка в составе любой латуни, в том числе и томпака, влияет не только на характеристики сплава, но и на его цвет. Так, при увеличении содержания этого элемента в составе латуни цвет ее поверхности меняется от красного до светло-желтого. Увеличение количественного содержания цинка в химическом составе томпака позволяет добиться:

• получения благородного золотого цвета;
• улучшения антифрикционных характеристик;
• хороших механических и технологических характеристик;
• значительного снижения стоимости (если сравнивать ее с ценой чистой меди).

Химический состав медных сплавов, используемых для имитации золота

Томпак обладает целым перечнем достоинств, к числу которых следует отнести:

• исключительно высокую устойчивость к коррозии;
• повышенную износостойкость;
• хорошую свариваемость с различными материалами (сталью, цветными и благородными металлами);
• высокую пластичность (что позволяет использовать для обработки томпака методы пластической деформации, наносить на поверхность изделий из него гравировку);
• подвергаемость эмалировке и золочению;
• немагнитность.

Томпак также обладает следующими характеристиками:

• твердость – до 145 МПа;
• температура, при которой сплав начинает плавиться, – 10450 Цельсия;
• коэффициент трения: без применения смазки – 0,44; при использовании смазочных материалов специального типа – 0,074;
• предел прочности, измеряемый при растяжении, – 440–520 МПа;
• относительное удлинение, которое материал получает после разрыва, – 3%;
• плотность материала – 8780 кг/м3.

Характеристики латуни марки Л90, которая и получила название «томпак», можно улучшить, если в ее химический состав в небольших количествах добавить различные компоненты. Эта незначительная модификация позволяет получать материал, в котором оптимально сочетаются такие характеристики, как пластичность, прочность, хорошая обрабатываемость, привлекательный внешний вид и доступная цена.

Современные производители выпускают томпак в виде листового проката или в брусках, что и предопределяет варианты дальнейшего использования такого материала. Точно узнать о том, какие элементы и в каком количестве входят в химический состав сплава, можно по его маркировке. Так, буква «Л», обязательно присутствующая в обозначении томпака, означает, что перед нами латунь. Цифры, стоящие после этой буквы, указывают на то, сколько в составе сплава содержится основного металла – меди. В такой латуни, кроме меди и цинка, обязательно есть примеси, точное количество которых можно узнать из специальных таблиц. Следует иметь в виду, что сплавы, в которых меди менее 90% (Л85, Л80 и др.), относятся к категории полутомпак.

Сравнение по техническим и пользовательским характеристикам

Срок службы. Гладкая внутренняя поверхность стальных труб, покрытых снаружи алюминиевой рубашкой, не способствует отложениям известковых и солевых отложений.

Обычный срок службы у биметаллических радиаторов составляет более 20 лет, и здесь соперником у них может быть только чугун.

Считается что из-за ненадежного лакокрасочного покрытия и недостаточной коррозиестойкойсти стали, срок эксплуатации стальных приборов ниже и находится в пределах 15-20 лет.

Теплоотдача радиаторов — понятие относительное. Алюминий отличается высоким коэффициентом теплоотдачи. Биметаллическая секция имеет теплоотдачу около 200 Вт. У стальных секций одинаковой площади этот показатель почти в два раза ниже.

Где применяют томпак

Используют томпак для плакирования стали, т.е. покрытия поверхности стальных изделий тонким слоем сплава, что применяется при изготовлении зарядов и пуль к огнестрельному оружию и получения биметалла сталь-латунь. Применение таких биметаллических листов экономит нержавеющую сталь и цветные металлы, защищая стальную сердцевину от коррозии и разрушения и придавая поверхности нужные свойства. Эта технология позволяет резко снизить стоимость изделия. Применяется биметалл для различных элементов химической аппаратуры, где другие покрытия не справляются с коррозией. Биметаллическая проволока применяется для линий связи. Используют томпак для изготовления высокоточного измерительного и другого оборудования.

Благодаря хорошим резонаторным свойствам, из сплава изготавливают раструбы духовых медных музыкальных инструментов. Используют его для изготовления:

• художественных изделий (картины, выполненные в технике чеканки по металлу);
• радиаторных трубок и тянутых труб диаметром до 30 мм;
• знаков отличия;
• фурнитуры;
• портсигаров и сигаретниц;
• некоторых видов медалей и монет.

Например, монеты России номиналом 10 и 50 копеек. Школьные Золотые медали изготавливаются из томпака с последующим нанесением позолоты. Бронзовые медали летней Олимпиады-80 в Москве были выполнены из томпака. В 1942-1943 годах в Канаде были выпущены монеты из томпака номиналом 5 центов.

За свою красивую окраску и легкость обработки томпак широко применяется ювелирами при изготовлении бижутерии. Сплав используют для изготовления посуды, статуэток, подсвечников, в отделке интерьеров и мебели. В странах Востока изящную тонкостенную посуду для воды, кувшины, чаши, подносы изготавливают из томпака, который украшают уникальными узорами, создавая тем самым произведения искусства. От разрушительного воздействия воды на сплав, посуду защищают путем лужения оловом, что позволяет надолго сохранить художественную красоту изделий.

Способы производства

Методы получения томпака существенно расширились с момента его открытия, но суть каждого из них сводится к единой схеме.

1. Состав нагревается в электрической печи до 1300–1400 градусов. При таком нагревании выделяется силикат, всплывающий на поверхность сплава, что позволяет без лишних сложностей удалить его оттуда.
2. Полученный металл сливается в контейнер и продувается кислородом. Этот этап требует использования специального оборудования. Такая обработка провоцирует выделение тепловой энергии в больших количествах и запускает химическую реакцию.
3. На этом этапе происходит образование меди, в которой содержится много посторонних примесей, что снижает ее свойства.
4. Состав подвергается электрической очистке с использованием подкисленного медного купороса.
5. В медь расплавленного вида вводится цинк, что позволяет получить прочный сплав с высокой коррозионной стойкостью.

Процесс получения томпака сложный, трудоемкий и энергозатратный. Это объясняет высокую стоимость металла, которая все же является гораздо ниже цены на золото.

Реанимирование поверхности от окиси

Благодаря износостойкости латунь и все ее виды называют «вечным металлом». Но это не означает, что за изделиями из этих сплавов не нужно ухаживать. Они, как и серебро, темнеют, особенно этому способствует контакт с водой. Исправить ситуацию легко, рассмотрим несколько способов чистки латуни.

Для самого простого случая понадобится ацетон, мыло, вода и ватный диск. Готовим слабый мыльный раствор, а вату пропитываем ацетоном. Хорошенько протираем изделие диском, а затем моем в растворе. Осталось высушить и наслаждаться великолепным видом. Второй метод тоже доступен любой хозяйке. Понадобится металлическая емкость минимум на 3 литра, вода, 250 мл простого уксуса и 25 г соли. Смешиваем все составляющие, помещаем в раствор латунное изделие и ставим кастрюлю либо миску на огонь. Доводим до кипения и при необходимости подливаем чистую воду. Продолжаем до тех пор, пока латунная вещь не очистится.

Следующий способ может быть опасен для кожи и глаз, поэтому требует осторожности. Чтобы очистить томпак этим методом, в пластиковой таре смешиваем 10 литров воды и 200 г щавелевой кислоты. Этот способ используют для обработки крупных изделий. Обязательно придерживайтесь техники безопасности. Наденьте резиновые перчатки и респиратор. Аккуратно помещаем изделие в емкость с раствором и оставляем там на несколько часов. Затем очень осторожно извлекаем и натираем сухой ветошью.

Еще очистить потускнения можно с помощью лимона. Разрежьте фрукт и погрузите его в поваренную соль, а затем натрите обрабатываемую поверхность. Если необходимо еще и отполировать, тогда пригодится простая зубная паста. Втирайте ее хлопковой тканью, а потом промойте элемент в чистой проточной воде.

Прежде чем проводить чистку, убедитесь, что изделие действительно сделано из латуни, а не покрыто ей. Для этого просто поднесите магнит. Томпак никак не отреагирует. Если вещь всего лишь покрыта тонким слоем сплава, не используйте абразивные вещества, так можно легко повредить поверхностный слой.

Первый способ

Готовим раствор, состоящий из 3 л воды, столовой ложки с небольшой горкой соли (25 г) и стакана обычного уксуса. В этот раствор следует поместить изделие и прокипятить его до полного очищения поверхности. По мере необходимости, нужно подливать воду до первоначального объема. После очистки предмет промывают проточной водой и высушивают.

Второй способ

Предмет, который необходимо очистить, аккуратно помещается на несколько часов в раствор, состоящий из 10 л воды и 200 мл щавелевой кислоты. Для его изготовления необходимо использовать пластиковую тару. Используют такой объем раствора для очистки крупных изделий. При очистке небольших предметов и необходимости использования меньшего количества раствора, можно пропорционально уменьшить объем компонентов. Этот способ потенциально опасен для кожи и глаз, поэтому в случае его применения необходимо использовать резиновые перчатки и респиратор в качестве мер индивидуальной защиты. После очистки изделие необходимо тщательно промыть под струей воды и натереть сухой ветошью.

Изделия с эмалью, вставками из стекла, других металлов, росписью и прочими художественными элементами очищать этими способами не рекомендуется.

Третий

Необходим раствор, содержащий воду и мыло. Также нужен ацетон. В ацетоне смачивается ватный тампон или диск, которым тщательно протирается изделие. После такой обработки его промывают мыльной водой до полного восстановления первоначального блеска поверхности и обязательно протирают насухо.

Четвертый способ

Наиболее простой — очищаемую поверхность изделия протирают половинкой лимона или лайма, которую предварительно обмакивают в поваренную соль. После такой очистки поверхность можно отполировать обычной зубной пастой и хлопковой тканью, как щадящим абразивным полирующим составом. Затем нужно промыть предмет в проточной воде и насухо вытереть.

Пятый способ

Нужно купить в торговых сетях чистящее средство для цветных металлов. Чаще всего оно продается в виде тюбиков с кремом или пастой, и применить его в строгом соответствии с инструкцией.

Шестой способ

Отполировать изделие с помощью пасты ГОИ. Полностью это средство называется паста Государственного Оптического Института и была разработана около 80 лет назад. Для очистки и полировки изделия пасту нужно нанести на мягкую ткань. Наносится несколько капель веретенного масла для лучшего растворения пасты, и затем медленными движениями изделие полируется. После полировки вещь промывается для обезжиривания и насухо вытирается.

Что такое полутомпак?

В отдельную категорию следует отнести полутомпак. Отличия заключаются в концентрации цинка, который повышается до 10-20%. За счет этого изменяются основные свойства томпака. Ключевыми особенностями назовем следующее:

1. Изделие приобретает более желтый оттенок.
2. Снижается степень пластичности и повышается тугоплавкость.
3. Материал часто используется для изготовления технических деталей.
   

Встречается подобный сплав намного реже, в сравнении с томпаком. Это связано с тем, что увеличение количества цинка становится причиной проявления большого количества недостатков.

Коррозионная стойкость

Во многом рассматриваемый материал пользуется популярностью по причине высокого показателя коррозионной стойкости. За счет этого:

1. Сплав томпак применяется при изготовлении различных декоративных изделий, которые не теряют свои свойства на протяжении длительного периода. Примером является посуда или недорогие украшения.
2. Существенно продлевается эксплуатационный срок изделий. Коррозия не только портит декоративные качества, но снижает основные свойства.
3. Достичь высокой коррозионной устойчивости можно за счет использования меди в качестве основы состава. Подобный материал не реагирует на воздействие влаги и некоторых химикатов.

В целом можно сказать, что область применения томпака во многом зависит от показателя коррозионной стойкости.

Однако, со временем из-за воздействия повышенной влажности происходит появления оксидной пленки. Она существенно снижает декоративные качества получаемого изделия.

Способы производства

Сегодня томпак может выпускаться при применении самых различных технологий. Наибольшее распространение получил вариант, который предусматривает использование электрической печи, которой происходит нагрев состава до 1400 градусов Цельсия. При воздействии подобной температуры происходит выделение силиката, который всплывает на поверхность и удаляется.

Среди других особенностей отметим следующее:

1. Получается основной металл, который сливается в специальный контейнер. Встречается довольно большое количество различных устройств, предназначение которых заключается в выпуске томпака. Нагрев основного состава должен проводится до температуры 1400 градусов Цельсия. При этом нужно соблюдать определенные правила безопасности.
2. Следующий шаг заключается в продувке полученного состава кислородом. Для этого также применяется специальное оборудование. Процедура продувки приводит к активному выделению тепловой энергии и химической реакции.
3. В результате химической реакции в ходе воздействия кислорода образуется медь. Она характеризуется тем, что имеет большое количество различных примесей, за счет которых существенно снижаются свойства.
4. Далее проводится электрическая очистка состава, при котором применяется специальный подкисленный медный купорос.
5. В полученную расправленную медь проводится введение цинка. Этот материал повышает прочность и коррозионную стойкость.

Приведенная выше информация указывает на то, что процесс получения подобного состава довольно сложен и трудоемок. Именно поэтому стоимость томпака достаточно велика, однако намного меньше стоимости драгоценного металла.

Не стоит забывать о том, что томпак является сплавом меди и цинка. Этот состав обладает весьма привлекательными характеристиками, применяется при создании различного высокоточного измерительного и другого оборудования. Кроме этого, высоко ценятся декоративные характеристики. При определенном соотношении основных компонентов сплав напоминает золото, однако свойства серьезно отличаются.

Заключение

Томпак — сплав с замечательными физическими свойствами и великолепным внешним видом нашел применение во многих отраслях народного хозяйства. Его качества позволяют использовать сплав практически в любой области — от простейших бытовых изделий до сложных приборов и произведений искусства.