Как расплавить медь в домашних условиях

Температура плавления меди

При нормальных условиях температура плавления меди составляет 1083 градусов по шкале Цельсия. А во время нагрева происходит ряд превращений на молекулярном уровне, что приводит к изменению свойств вещества. Чтобы разобраться во всех этих изменениях, нужно рассмотреть основные этапы нагрева и расплавления медного слитка. Примерный график плавления меди выглядит так:

1. В нормальном состоянии при температуре от 0 до 100 градусов внутри меди образуется прочная кристаллическая решетка, которая обеспечивает материалу большую устойчивость, упругость, химическую инертность. Решетка является достаточно прочной, однако в случае сильной деформации может происходить пространственное изменение положения атомов в решетке. Этим объясняется ковкость и пластичность медных изделий, которые могут сгибаться и деформироваться (скажем, при кузнечной обработке или в случае пресса).
2. В нормальном состоянии при температуре от 0 до 100 градусов на поверхности медного изделия также образуется тонкая оксидная пленка. Наличие такой пленки является большим плюсом для изделия, поскольку она выполняет множество важных функций — минимизирует контакт с внешними веществами, защищает материал от коррозии, немного увеличивает прочность. В случае охлаждения материала ниже температуры 0 градусов сама медь сохраняет все свои физические свойства. Однако оксидная пленка при охлаждении становится менее упругой и плотной, изделие становится менее твердым (хотя с практической точки зрения это снижение прочности практически незаметно).
3. При нагреве материала выше температуры 100 градусов происходит постепенная деструкция оксидной пленки на поверхности металла. Это повышает химическую активность материала, что делает его восприимчивым к воздействию веществ во внешней среде. Одновременно с этим при нагреве происходит насыщение энергией атомов меди, что делает материал более пластичным. По этой причине ковку медных изделий выполняют именно после нагрева, поскольку без нагрева для изменения формы изделия понадобится большое количество физических усилий (это может быть мускульная сила кузнеца, расходы электроэнергии для запуска электрического пресса и так далее).
4. При достижении температуры 1083 градусов кристаллическая медная решетка начинается постепенно разрушаться, что превращает твердую медь в жидкую. На физическом уровне происходит следующее — из-за избытка энергии атомы начинают двигаться в кристаллической решетке более интенсивно и хаотично, что приводит к частому столкновению атомов между собой. В конечном счете это разрушает решетку, хотя за счет взаимного столкновения и притяжения атомы не разлетаются в разные стороны. На физическом уровне такая структура материала соответствует жидкости (то есть такому состоянию вещества, при котором атомы находятся в относительно свободном движении, но не разлетаются в разные стороны подобно газу).
5. При остывании медной жидкости ниже температуры 1083 градусов происходит постепенная кристаллизация вещества. Медь вновь обретает твердую форму (чем ниже температура, тем интенсивней происходит затвердение вещества). Однако при необходимости жидкую медь можно и дальше нагревать (на химическом уровне будет происходить дальнейшее насыщение атомов энергией). При достижении температуры 2595 градусов по Цельсию жидкость начнет закипать, а медь начнет принимать газообразную форму. На практике длительное удержание вещества в газообразной форме проблематично — при контакте с атмосферным воздухом вещество будет быстро остывать, обратно превращаясь в жидкость. Чтобы обойти это ограничение, используются разные технологии. Оптимальная — нагрев вещества в тугоплавкой камере с поддержанием стабильной температуры выше критической точки (то есть выше температуры 2595 градусов). В таком случае температура среды будет высокой, а остывание вещества происходить не будет.

Чтобы расплавить/испарить медное изделие с помощью высокоточного нагревательного прибора, нагревать рекомендуется до чуть более высокой температуры. Скажем, в случае расплавления нагревать изделие следует до температуры 1100-1200 градусов (а не 1083 градусов). С практической точки зрения объясняется это просто — нагрев вещества происходит неравномерно, поэтому некоторые фрагменты медного изделия будут долго держать свою форму, тогда как другие — быстро расплавятся. К тому же вещество будет постоянно остывать, что может привести к кристаллизации отдельных фрагментов расплава.

Характеристики меди

Медь является одним из первых металлов, которые человек научился добывать и перерабатывать. Изделия из меди и ее сплавов использовались еще в 3 веке до н.э., о чем свидетельствуют исторические данные и результаты археологических раскопок. Широкому распространению меди во многом способствовало то, что она достаточно легко поддается обработке различными механическими способами. Кроме того, ее можно легко расплавить.

Медь, поверхность которой отличается явно выраженной желтовато-красной окраской, в силу своей мягкости легко поддается обработке методом пластической деформации. Поверхность меди при ее взаимодействии с окружающим воздухом покрывается оксидной пленкой, которая и окрашивает ее в такой красивый цвет.

Марки технической меди и их химический состав

Большое значение имеют и такие характеристики меди, как электро- и теплопроводность, по которым она занимает второе место среди всех металлов, уступая только серебру. Благодаря таким свойствам изделия из нее активно используются в электротехнической промышленности, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить быстрый отвод тепла от нагретого предмета.

Еще одним важным параметром меди, напрямую влияющим на объем энерго- и трудозатрат, расходуемых при производстве изделий из нее, является температура плавления. Для чистой меди температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое, составляет 1083°. Если смешать медь с оловом и получить бронзу, то температура плавления такого сплава будет составлять уже 930–1140° в зависимости от содержания в нем основной легирующей добавки. Такой сплав меди, как латунь, который получают путем добавления к основному металлу цинка, обладает еще меньшей температурой плавления, которая находится в интервале 900–1050°.

Электрические свойства меди при температуре 20°

Если вы решили реализовать в домашних условиях такой технологический процесс, как литье меди, важно знать еще один параметр – температуру ее кипения. При 2560° медь начинает буквально кипеть, что хорошо заметно по видео данного процесса

Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве.

При соблюдении технологии плавки на поверхности медного слитка могут остаться неглубокие поры, легко удаляемые шлифовкой

Купрум: характеристика элемента

Научное наименование меди Cuprum (Купрум) происходит от названия греческого острова Кипр, где медь начали добывать ещё в середине третьего тысячелетия до нашей эры. В периодической таблице Менделеева химический элемент медь имеет 29 атомный (порядковый) номер, находится в 11 группе четвёртого периода. Принадлежит к пластичным переходным металлам. В чистом виде имеет характерный золотисто-розовый цвет. Чистую медь легко окислить, поэтому в естественных условиях она всегда образует на своей поверхности тонкую оксидную плёнку, которая придаёт ей красноватый оттенок.

Физические свойства

Это второй металл после серебра по уровню электропроводности, что делает её крайне востребованной в современной электронике. Второе ценное качество — высокая теплопроводность, это позволяет её широко применять во всевозможных теплообменниках и в холодильной аппаратуре.

• Температура плавления 1083 градуса.
• Температура кипения 2567 градусов.
• Удельное сопротивление при 20 градусах составляет 1,68·10 -3 Ом·м.
• Плотность 8,92 г/см.

Нахождение в природе

В природе встречается в самородном виде и в виде соединений.

Самые крупные месторождения самородной меди находятся в США в районе озера Верхнего. Именно в этом районе был найден самый крупный медный самородок весом 3560 килограмм. А также много самородной меди встречается в рудных горах Германии.

В России и на постсоветском пространстве добыча меди происходит путём извлечения из сульфидной руды. Её можно добыть, извлекая из медного колчедана или халькопирита CuFeS2. Наиболее известны такие месторождения, как Удокан в Забайкалье и Джезказган в Казахстане.

Сульфиты меди чаще всего образуются в так называемых среднетемпературных гидротермальных жилах. Могут образовываться и в осадочных породах в виде медистых песчаников и сланцев.

Как правило, медная руда всегда добывается открытым способом. Процентное содержание чистой меди в руде составляет от 0,2 до 1,0 процента в зависимости от месторождения.

Медные сплавы

Являются самыми первыми металлическими сплавами, получение которых человечество освоило ещё на самой заре своего развития. При какой температуре плавится медь, зависит от того, в каком сплаве она находится. В настоящее время наиболее известны и востребованы такие сплавы, как:

• Латунь. Сплав с добавление цинка, содержание которого может доходить до 40%. Цинк повышает пластичность и прочность металла. Температура, при которой латунь плавится, составляет 880 — 950 градусов.
• Бронза. Сплав с оловом, с добавлением некоторых других компонентов, таких как кремний, бериллий, свинец. Получать бронзу из меди человек научился ещё в самом начале бронзового века. Бронза не утратила своей актуальности даже с наступлением века железа, например, ещё в начале 20 века стволы пушек изготавливали из так называемой орудийной бронзы. Температура, при которой бронза начинает плавиться, составляет 930 — 1140 градусов.
• Мельхиор. Кроме меди, содержит в своём составе 5−30% никеля. Никель увеличивает прочность медного сплава и повышает его электрическое сопротивление. Кроме того, сильно повышается коррозионная стойкость. Температура плавления — 1170 градусов. По своим внешним характеристикам мельхиор очень похож на серебро, раньше его называли белой медью. Но он обладает более высокой механической прочностью, чем обычное серебро.
• Дюраль, или дюралюминий. Основную массу сплава составляет алюминий 93%, на медь приходится 5%, оставшиеся 2% занимают марганец, железо и магний. Название происходит от названия немецкого города Дюрен, где в 1906 году был впервые получен этот высокопрочный сплав алюминия. Одной из его особенностей является тот факт, что его прочностные характеристики с течением времени имеют тенденцию к увеличению. Поэтому он не теряет своей прочности после нескольких лет эксплуатации, как другие металлы. В настоящее время этот сплав является основой самолётостроения.
• Ювелирные сплавы. Сплавы меди с золотом. Тем самым увеличивается устойчивость драгметалла к механическим воздействиям и истиранию.

Характеристики меди

Медь является одним из первых металлов, которые человек научился добывать и перерабатывать. Изделия из меди и ее сплавов использовались еще в 3 веке до н.э., о чем свидетельствуют исторические данные и результаты археологических раскопок. Широкому распространению меди во многом способствовало то, что она достаточно легко поддается обработке различными механическими способами. Кроме того, ее можно легко расплавить.

Медь, поверхность которой отличается явно выраженной желтовато-красной окраской, в силу своей мягкости легко поддается обработке методом пластической деформации. Поверхность меди при ее взаимодействии с окружающим воздухом покрывается оксидной пленкой, которая и окрашивает ее в такой красивый цвет.

Марки технической меди и их химический состав

Большое значение имеют и такие характеристики меди, как электро- и теплопроводность, по которым она занимает второе место среди всех металлов, уступая только серебру. Благодаря таким свойствам изделия из нее активно используются в электротехнической промышленности, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить быстрый отвод тепла от нагретого предмета.

Еще одним важным параметром меди, напрямую влияющим на объем энерго- и трудозатрат, расходуемых при производстве изделий из нее, является температура плавления. Для чистой меди температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое, составляет 1083°. Если смешать медь с оловом и получить бронзу, то температура плавления такого сплава будет составлять уже 930–1140° в зависимости от содержания в нем основной легирующей добавки. Такой , как латунь, который получают путем добавления к основному металлу цинка, обладает еще меньшей температурой плавления, которая находится в интервале 900–1050°.

Электрические свойства меди при температуре 20°

Если вы решили реализовать в домашних условиях такой технологический процесс, как , важно знать еще один параметр – температуру ее кипения. При 2560° медь начинает буквально кипеть, что хорошо заметно по видео данного процесса. Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве

Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве

Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве.

При соблюдении технологии плавки на поверхности медного слитка могут остаться неглубокие поры, легко удаляемые шлифовкой

Нахождение в природе

Свое латинское название Cuprum металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

• На заре развития цивилизации люди уже получали и использовали медь и ее сплавы.
• В то время добывалась не сульфидная, а малахитовая руда, которой не требовался предварительный обжиг.
• Смесь руды и углей помещали в глиняный сосуд, который опускался в небольшую яму.
• Смесь поджигалась, а угарный газ помогал малахиту восстановиться до состояния свободного Cu.
• В природе есть самородная медь, а богатейшие месторождения находятся в Чили.
• Сульфиды меди нередко образуются в среднетемпературных геотермальных жилах.
• Часто месторождения имеют вид осадочных пород.
• Медяные песчаники и сланцы встречаются в Казахстане и Читинской области.

https://youtube.com/watch?v=0nwNPauEgQo

Как расплавить медь в домашних условиях?

Обычно медь и сплавы на ее основе плавят в специальных печах, где происходит не только расплавление материала, но и формовка новых деталей. Однако при желании медные изделия можно расплавить и в домашних условиях. Температура плавления меди в домашних условиях будет стандартной — 1083 градусов. Опытные металлурги рекомендуют нагревать вещество с небольшим запасом, чтобы минимизировать теплопотери и не допустить повторной кристаллизации вещества при его охлаждении. Во время домашнего расплавления необходимо соблюдать правила техники безопасности. Ниже мы рассмотрим эти правила, а потом узнаем, как именно нужно проводить домашнюю расплавку медных изделий.

Оборудование и правила техники безопасности

Для расплавления Вам понадобится купить или собрать специальное оборудование. В качестве исходного вещества подойдет чистая медь в слитках или брусках. Также для переплавки можно использовать различные детали и домашнюю утварь, содержащие большое количество меди. Это могут быть декоративные изделия, запчасти авто, очищенные провода и другие. Перед переплавкой проверьте удельное содержание меди (обычно ставится штамп с нужной информацией). Для нагрева объектов понадобится муфельная печь с регулятором температуры.

Для расплавления слитков или изделий понадобится не только печь, но и посуда-тигель, в которую будет помещаться медь. При выборе тигля отдайте свое предпочтение посуде, выполненной из тугоплавкой керамики или огнеупорной глины. Эти материалы не трескаются и не деформируются при большой нагреве. Из керамики или огнеупорной глины Вам также нужно выполнить форму, в которую будет заливаться расплавленная медь. Помимо этого Вам понадобится и ряд вспомогательных элементов — металлургические щипцы и крюк для работы с тиглем, древесный уголь (если Вы используете обычную печь), бытовой пылесос для удаления мусора с металлургической площадки и так далее.

Также стоит не забывать о правилах техники безопасности:

• Все работы рекомендуется проводить на улице либо в хорошо проветриваемом большом помещении с нормальным уровнем влажности воздуха. Это может быть гараж, пристройка к дому, мастерские.
• Для металлургических работ человеку понадобится купить защитную одежду, которая будет защищать его тело от маленьких капель расплавленной меди и термического воздействия высоких температур. Защитная одежда должна покрывать не только туловище, но и руки, голову и ноги.
• В случае утечки металла из активной зоны нужно выключить печь, чтобы остановить процедуру переплавки. «Сбежавший» металл необходимо потушить, однако учтите — вода для этих целей не подходит. В случае тушения раскаленного металла водой жидкость может начать распадаться на молекулы кислорода и водорода, что может спровоцировать взрыв (молекулярный водород чрезвычайно взрывоопасен). Для тушения расплавленного металла следует использовать асбестовое одеяло либо сухую кальцинированную соду или хлорид натрия.

Алгоритм расплавления медных изделий

Переплавку медных изделий следует делать так:

1. Возьмите медные изделия или слитки и поместите в тигель. Тигель с расходными материалами поместите в печь. Начните постепенно нагревать материал: сперва выставите температуру 100 градусов, потом — 200 и так далее. Доведите температуру до 1090-1150 градусов (медь плавится при температуре 1083 градусов, однако нужно брать температуру с небольшим запасом).
2. Когда материал расплавится, достаньте его из печи с помощью металлургических щипцов. На поверхности смеси вы увидите остатки оксидной пленки. С помощью крюка ее нужно сдвинуть к одной из стенок тигля, чтобы она не попала в форму. После удаления пленки аккуратно перелейте расплавленную медь в форму (переливать жидкость нужно тонкой струей, чтобы не допустить утечку или распрыскивания металла).
3. Выключите муфельную печь, накройте форму огнеупорной крышкой и дождитесь полного остывания формы вместе с расплавленным металлом. При желании Вы можете поставить форму обратно в печь, чтобы минимизировать контакт металла с атмосферным воздухом (однако перед помещением формы убедитесь, что печь выключена). После полного остывания и затвердения металла достаньте переплавленную запчасть из формы.При необходимости выполните финальную полировку или шлифовку.

Пошаговая инструкция по плавлению меди

Плавка меди, если подготовить все необходимое для реализации такого технологического процесса и подойти к его выполнению правильно, позволяет даже в домашних условиях изготавливать медные изделия как декоративного, так и чисто практического назначения.

Для того чтобы расплавить медь, вам потребуются следующие инструменты, оборудование и расходные материалы:

• муфельная печь (желательно с регулировкой температуры нагрева);
• тигель, в котором вы будете расплавлять медь (для плавки меди используют тигли, изготовленные из керамики или огнеупорной глины);
• щипцы, при помощи которых горячий тигель будет извлекаться из печи;
• крюк (его можно изготовить из обычной стальной проволоки);
• бытовой пылесос;
• древесный уголь;
• форма, в которую будет выполняться литье;
• газовая горелка и горн.

Меньше всего примесей содержится в электротехнической меди

Шаг первый

Медь в измельченном состоянии помещают в тигель. Следует иметь в виду: чем меньше будут кусочки металла, тем быстрее он расплавится. Тигель после его наполнения медью помещают в печь, которую, используя регулятор температуры, необходимо прогреть до требуемого состояния. В дверцах серийных муфельных печей обязательно предусмотрено окошко, через которое можно наблюдать за процессом плавления.

Смотровое окошко позволит контролировать процесс не открывая дверцу лишний раз, тем самым не снижая температуру в печи

Шаг второй

После того как вся медь в тигле расплавится, его необходимо извлечь из печи, используя для этого специальные щипцы. На поверхности расплавленной меди обязательно присутствует окисная пленка, которую необходимо сдвинуть к одной из стенок тигля при помощи стального крюка. Расплавленный металл после освобождения его поверхности от окисной пленки следует максимально оперативно и аккуратно залить в предварительно подготовленную форму. Подробности и правила выполнения этой процедуры хорошо демонстрирует видео, которое несложно найти в интернете.

Разливать металл по формам придется очень быстро, если выбранный вами способ нагрева не смог обеспечить нужную температуру

Шаг третий

В том случае, если в вашем распоряжении нет муфельной печи, то разогревать тигель с медью можно при помощи газовой горелки, расположив ее вертикально под дном емкости

При этом важно следить за тем, чтобы пламя газовой горелки было равномерно распределено по всей площади дна тигля

Шаг четвертый

Если в домашних условиях необходимо расплавить легкоплавкие сплавы на основе меди (латунь и некоторые марки бронзы), то в качестве нагревательного устройства можно использовать обычную паяльную лампу, также расположив ее вертикально под дном тигля. При плавке, выполняемой данным и предыдущим способами, поверхность расплавленного металла будет активно взаимодействовать с кислородом, что приведет к интенсивному окислению. Чтобы уменьшить интенсивность окисления, расплавленную медь можно присыпать измельченным древесным углем.

Плавка меди паяльной лампой в самодельной печке

Шаг пятый

Если в вашей домашней мастерской имеется горн, то его также можно использовать для того, чтобы расплавить медь, латунь или бронзу. В данном случае тигель с измельченным металлом помещается на слой раскаленного древесного угля. Чтобы процесс нагревания и плавления проходил более интенсивно, в зону горения угля можно обеспечить подачу воздуха, для чего подойдет обычный пылесос, работающий не на втягивание, а на выдувание. В том случае, если вы будете использовать пылесос, на его шланг необходимо изготовить металлический наконечник с отверстием для выдувания небольшого диаметра.

Процесс плавки будет ещё эффективнее в газовом горне

Подбирая муфельную печь для выполнения литейных операций с медью и ее сплавами, следует обращать внимание на температурный режим, который может обеспечить такое устройство. В зависимости от типа расплавляемого металла такая печь должна обеспечивать следующие температуры нагревания:

• медь – 1083°;
• различные марки бронзы – 930–1140°;
• латунь – 880–950°.

Возможно, что вы решите сделать печь для плавки самостоятельно, посмотрев видеоролик.

Обычная медь, не содержащая в своем химическом составе никаких легирующих добавок, не отличается хорошей текучестью в расплавленном состоянии, поэтому для изготовления методом литья изделий сложной конфигурации и небольших размеров она мало подходит. Для этих целей лучше всего использовать латунь, причем выбирать сплав, цвет поверхности которого более светлый (это свидетельствует о том, что латунь данной марки отличается меньшей температурой плавления).

https://youtube.com/watch?v=ogZvX7w9ZDo