Платина имеет порядковый номер 78 и атомный вес 195,23. Она относится к восьмой группе шестого периода системы Менделеева. Кристаллическая решетка платины — гранецентриованный куб (табл. 6-1).
Наряду с палладием платина имеет наибольшее удельное электрическое сопротивление среди благородных металлов и низкую теплопроводность, но она почти вдвое тяжелее палладия.
Твердость и механическая прочность у платины того же порядка, что и у палладия (в отожженном состоянии), но путем холодной обработки они могут быть повышены вдвое и больше. При нагреве до 800° С модуль упругости у платины падает несколько меньше, чем у палладия (рис. 6-22). Платина обладает незначительной летучестью по сравнению с другими благородными металлами.
Примеси многих металлов сильно повышают твердость и удельное электросопротивление платины (рис. 6-23 и 6-24).
Платина на воздухе не образует ни окисных, ни сернистых пленок, обеспечивая устойчивое контактное сопротивление. Она в противоположность палладию очень мало растворяет водород и после отжига в водородной атмосфере практически не теряет своих свойств. При прокаливании в углеродистой среде она науглероживается и становится хрупкой.
Рис. 6-22. Модуль упругости благородных металлов в зависимости от температуры нагрева.
Рис. 6-23. Влияние примесей на удельное сопротивление платины.
Платина легко обрабатывается давлением вхолодную.
Рис. 6-24. Влияние примесей на твердость (по Бринеллю) платины.
Параметры дуги у платины очень высоки и близки к таковым у вольфрама, вследствие чего дуга между платиновыми контактами зажигается труднее, чем между контактами из других благородных металлов, применяемых для контактов.
Как и все неокисляющиеся металлы, платина подвержена мостиковой эрозии с образованием игл.
Вследствие малой твердости платина в чистом виде редко применяется в качество контактов, лишь для прецизионных приборов, и является одним из главнейших материалов в качестве основания для контактных силанов.
Сплавы платины группы «а» образуют непрерывный ряд твердых растворов. К этой группе относятся контактные сплавы Pt—Ir, Pt—Rh, Pt— Νί.
Платино-иридиевые сплавы с 5—30% Ir — наиболее важные и распространенные сплавы для прецизионных контактов.
Система Pt—Ir дает непрерывный ряд твердых растворов (рис. 6-25). Ниже 1000о С наблюдается распад твердых растворов с 7—99% 1г, которые подвержены вследствие этого старению. Эффект старения при 750° С особенно заметен на сплавах с 15—25% 1г, твердость которых при этом сильно повышается. Иридий сильно повышает твердость, механическую прочность, удельное сопротивление платины и уменьшает обрабатываемость. Выше 30% 1г сплавы обрабатываются с трудом.
Иридий повышает стойкость сплавов к атмосферной коррозии, но при нагревании на воздухе выше 900°С наблюдается потеря иридия вследствие окисления л улетучивания.
Параметры дуги у платино-иридиевых сплавов выше, чем у платины. Продолжительность службы контактов из этих сплавов очень велика (табл. 6-3). Склонность к пенообразованию у платино-иридиевых сплавов довольно велика, хотя меньше, чем у платины.
Иногда для контактов применяются сплавы платины с родием. Наиболее известен сплав с 10% Rh. Твердость и прочность на разрыв у этого сплава вдвое больше, чем у платины, так же, как и удельное электросопротивление. Особенностью платино-родиевых сплавов является малая летучесть при высоких температурах. Поскольку летучесть компонентов самая низкая среди всех металлов платиновой группы, эти сплавы пригодны для электродов свечей зажигания. Сплав с 10% Rh более известен как материал для термопар.
Рис. 6-25. Диаграмма состояний и свойства сплавов платина—иридий.
1 — удельное сопротивление; 2 — температурный коэффициент; 3 — теплопроводность; 4 — твердость по Бринеллю.
Таблица 6-3
Длительность службы контактов из разных металлов (50 в, 0,5 гц, 50 ом, 10 замыканий в секунду)
Система Pt—Ni образует непрерывный ряд твердых ряст коров. Никель значительно повышает твердость и удельное сопротивление платины. Максимум твердости лежит при 20% Ni. В качестве контактов наиболее известен сплав с 5% Ni. Параметры дуги у этого сплава несколько ниже, чем у платины, но довольно высоки. Коэффициент эрозии при размыкании омической цени меньше, чем у платины, но особенностью этого сплава является малая склонность к ценообразованию при малых токах, а также к свариванию. Причиной этого, видимо, служит небольшое окисление вследствие присутствия в сплаве никеля. Сплав в незначительной степени повышает контактное сопротивление при образовании сернистых пленок. Сплавы платины с никелем пластичны и легко обрабатываются.
Из сплавов группы «б», лежащих в ограниченной области твердых растворов, отметим Pt—Rh. Pt—Os, Pt—Mo и Pt—W. Сплавы Ag—Pt были рассмотрены ранее. Сплавы платины с рутением вследствие разных кристаллических решеток не образуют непрерывного ряда твердых растворов. Предел растворимости рутения в твердом состоянии лежит при 66% Ru. Для контактов применяются сплавы, имеющие до 14% Ru. При более высоком содержании сплавы трудно обрабатываются.
Рутений сильно повышает твердость платины, причем эффективность его действия приблизительно вдвое больше, чем присадок иридия. То же можно сказать и в отношении повышения удельного сопротивления платины. Вероятно, большая эффективность рутения по сравнению с иридием объясняется тем, что при одинаковом весовом содержании атомное содержание рутения приблизительно вдвое выше, чем иридия.
Минимальный ток дуги у сплава с 5% Ru почти тот же, что у сплава с 10% Ir.
При нагревании в воздухе рутений окисляется и сплав теряет в весе вследствие улетучивания окислов рутения. Контакты из сплавов платины с рутением отличаются меньшей, чем у платины, склонностью к свариванию и образованию игл.
Из сплавов платины с осмием особенно известен, сплав с 7% Оз. Осмий сильно повышает твердость и удельное электросопротивление платины. Сплав обладает исключительно высоким минимальным током дуги, равным 2,5 а. Вообще система Pt-Os почти не изучена в качестве сплавов для контактов. Вследствие летучести осмия сплавы при нагревании теряют в весе. Предел обрабатываемости сплавов 10% Os.
Платина с молибденом и вольфрамом вследствие различия типов кристаллических решеток не образует непрерывного ряда твердых растворов. Растворимость молибдена в твердом состоянии падает с температурой, и сплавы Pt—Мо, возможно, являются стареющими. Для контактов применяется сплав с 10% Мu. Сплав весьма тверд и имеет высокое удельное электросопротивление. Склонность к иглообразованию у него довольно высока. Более подробных данных об этом сплаве не имеется.
Вольфрам, как и молибден, не образует с платиной непрерывного ряда твердых растворов вследствие различия типов кристаллических решеток. Растворимость вольфрама в твердом состоянии при 2 460° С — около 60%. С понижением температуры растворимость, видимо, падает, и сплавы должны быть способны к остариванию. Вольфрам сильно повышает температуру плавления платины и ее твердость. Для контактов, а также для свечей зажигания применяются сплавы с 4—5% W, Удельное электросопротивление и твердость этих сплавов довольно высоки, но сплавы пластичны, куются в горячем состоянии, прокатываются и протягиваются в проволоку па холоду. Минимальный ток дуги у этих сплавов несколько ниже, чем у платины. Сплавы склонны к иглообразованию, но стойки к атмосферной коррозии.
Сплав Pt—Pd—Ru (84/10/6) отличается довольно высоким удельным электросопротивлением, твердостью и пластичностью. Других характеристик этого сплава не имеется. По-видимому, он стоек к коррозии.
6-6. ПРОЧИЕ МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ
Остальные, кроме палладия и платины, металлы этой группы — рутений, родий, осмий и иридий — применяются для контактов только в виде легирующих присадок. Исключение составляет родий, который для прецизионных контактов применяется только в виде покрытий.
Родий (порядковый номер 45, атомный вес 102,91) имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба (β-модификация). Имеется а-модификация с решеткой куба. Температура перехода в β-модификацию 1 030° С. Родий относится, как палладий, к восьмой группе пятого периода системы элементов Менделеева.
Родий мало пластичен и в отожженном виде имеет невысокую твердость. Но путем холодной обработки твердость его может быть повышена с 55 до 260 кГ/мм2. Замечательно, что в гальванически осажденном состоянии родий имеет очень высокую твердость.
Родий по своим свойствам твердости, тугоплавкости, электро- и теплопроводности, малой летучести и неспособности тускнеть на воздухе — представляет собой хороший материал для прецизионных контактов. Вследствие невозможности механической обработки и дороговизны родий применяется только в виде электрохимических покрытий толщиной от 2,5 до 50 мк с серебряным подслоем или без него (подробнее, см. гл. 10).
Иридий (порядковый номер 77, атомный вес 193,1), как и большинство платиновых металлов, имеет кубическую гранецентрированную решетку. Иридий относится к восьмой группе шестого периода системы элементов Менделеева и, как платина, является переходным металлом с недостроенной 5 d оболочкой. Иридий тугоплавок, тверд и непластичен. Летучесть его 60 относительных единиц, т. е. весьма велика. Иридий стоек к атмосферной коррозии, но окисляется при нагреве (табл. 6-2). Он склонен к образованию игл. Как мы видели, в виде легирующего элемента иридий сильно повышает твердость платины и палладия.
Рутений (порядковый номер 44, атомный вес 101,7) и осмий (порядковый номер 76, атомный вес 190,2) находятся в восьмой группе периодической системы, первый — в одном ряду с палладием, второй — с платиной. Оба являются переходными металлами. Оба они в отличие от других благородных металлов имеют гексагональную плотно упакованную кристаллическую решетку.
Эти металлы, особенно осмий, наиболее тугоплавки, тверды и хрупки в платиновой группе металлов. Летучесть же особенно осмия, очень велика. Они окисляются при невысоких температурах, а осмий — даже при комнатной. Примесь этих металлов к платине и палладию сильно повышает их твердость.
