Металлы, применяемые в полиграфии

Металлы встречаются в природе обычно в виде руд (природные соединения металлов с кислородом и другими химическими элементами), после переработки которых металлы выделяются в более или менее чистом виде.

В полиграфии применяются следующие металлы, опи­сание которых дается в алфавитном порядке.

Алюминий – серебристо-белый металл с синеватым оттенком. Плотность алюминия 2,7 г/см³. Температура плавления 658°. Алюминий прочнее цинка, хорошо куется в холодном состоянии и еще лучше при 100–150°, хорошо прокатывается. При нагревании до 200° он становится ломким, а при 540° начинает размягчаться.

Вследствие большого сродства алюминия с кислородом на воздухе поверхность алюминия легко покрываясь тонкой плёнкой окиси алюминия, предохраняющей металл от дальнейшего окисления.

Алюминий имеет амфотерные свойства, т. е. образует соли при взаимодействии и с кислотами, и со щелочами.

Азотная кислота на алюминий почти не действует, Серная кислота растворяет его очень слабо, соляная кислота растворяет легко:

2А1 + 6НС1 → 2А1С1₃ + ЗН₂.

Алюминий легко растворяется и в щелочах, например:

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3 H₂.

алюминат натрия

Алюминий применяют для изготовления офсетных форм позитивным копированием с использованием поливинилового спирта или камеди сибирской лиственницы, а также – ортохинондиазидов в качестве копировального слоя.

Медь применяется в качестве медных анодов в гальва­нотехнике. Медные пластины используются, для изготов­ления особо точных и прочных типографских клише, в особенности для трех- и четырехкрасочного печатания, а также для изготовления медных переплетных штампов путем травления растворами хлорного железа. В глубокой печати применяются медные цилиндрические печатные формы.

Хлорное железо взаимодействует с медью по схеме:

Cu + 2FeCl3 → CuСl2+ 2FеCl2.

Согласно ряду напряжений железо должно вытеснять медь из растворов ее солей. Но здесь этого не происходит, так как идет процесс восстановления хлорного железа.

При изготовлении биметаллических офсетных пластин чаще всего пользуются стальными или алюминиевыми подложками, на поверхность которых гальванически нара­щивают слой меди толщиной около 2 мкм.

Никель – серебристо-белый тяжелый металл с силь­ным блеском, не тускнеющим на воздухе. Плотность нике­ля 8,90 г/см3. Температура плавления около 1445. Никель обладает твердостью, гибкостью, ковкостью и тягучестью, способен прокатываться в очень тонкие листы и вытяги­ваться в проволоку. Никель легко полируется. Темпе­ратура кипения около 3000°.

В ряду напряжений никель стоит правее железа и поэтому медленнее, чем железо, растворяется в разбав­ленных кислотах: азотной, серной и соляной. Вода и щелочи дажё при нагревании на него не действуют.

Благодаря стойкости по отношению к атмосферным условиям и твердости никель применяют как нержавеющее (антикоррозионное) и декоративное покрытие. Слой никеля наносится на поверхность металлов гальваниче­ским путем или вакуумным распылением.

B полиграфии тончайшие слои никеля наносят поверхность типографских печатных форм для повы­шения их тиражеустойчивости. Особенно большое значение никелевые покрытия имеют при изготовлении биметалли­ческих офсетных печатных форм. В этом случае слой никеля наносят на поверхность медной или омедненной подложки гальваническим путем.

Олово – блестящий металл серебристого цвета. Его выплавляют из руды, называемой оловянным камнем, состоящим в основном из SnO2. Плотность олова 7,28 г/см3.

Температура плавления 231,8°. Олово очень тягуче и ковко. При сгибании оловянных пластинок можно ясно слышать характерный треск, называемый «криком олова»; он слышен тем яснее, чем чище олово. Этот треск про­исходит из-за соосного смещения кристаллов олова.

Олово амфотерно. Оно растворяется в соляной кислоте с образованием двуххлористого олова:

Sn + 2HCl→SnCl2 + H2.

Со щелочами образует станниты – соли оловянистой кислоты H2Sn02, в которых олово двухвалентно, например:

Sn + 2КОН + Н2О → K2Sn02 + Н2.

Олово при комнатной температуре не окисляется ни на воздухе, ни в воде, но способно сильно окисляться в расплавленном состоянии.

При долгом хранении на воздухе с низкой температу­рой олово иногда распадается в порошок. Происходит это потому, что техническое олово белого цвета представ­ляет собой модификацию β-олова, устойчивую при 18–161° и могущую в сильные морозы переходить в моди­фикацию α–олова, устойчивую при температурах ниже 18°; α–олово серого цвета, имеет другую кристаллическую решетку и меньшую плотность, чем β–олово. Поэтому переход кристаллов β-олова в α-форму сопровождается увеличением объема на 26,5%, что связано с превращением слитка или изделия в порошок. Начавшийся на поверхности слитка процесс разрушения далее может развиваться сам собой и заражать близлежащие слитки. Это явление назы­вают «оловянной чумой». Для превращения порошкооб­разного α-олова в β-форму достаточна переплавка олова.

Хранить олово следует на складах при температуре не ниже 12°; допускается кратковременное пребывание олова при температуре ниже минус 20°.

В полиграфии олово применяют для изготовления типо­графских сплавов. Введение олова в свинцовые типографские сплавы улучшает их литейные свойства и механиче­скую прочность.

Свинец – металл серого цвета с металлическим блеском. Свинец выплавляют из руд. Это один из самых тяжелых (его плотность 11,34 г/см3), но в то же время очень мягких металлов. Свинец настолько мягок, что царапается ногтем. Свинец пластичен и хорошо прессуется. Температура плавления свинца 327,4°. При 600° свинец начинает

испаряться; пары свинца очень ядовиты. При охлажде­нии расплавленного свинца происходит значительная усадка, т. е. сокращение объема отливки, и связанное с этим изменение ее геометрических размеров.

В разбавленных кислотах свинец практически нерас­творим. Лучшим растворителем свинца являетая крепкая азотная кислота. Содержащая воздух уксусная кис­лота также растворяет свинец.

При обычной температуре свинец окисляется только с поверхности, образуя защитную пленку. При окислении расплавленного свинца образуется глет РЬО, а затем сурик РЬ₂О₃.

В полиграфии свинец применяется главным образом при изготовлении типрграфских сплавов. Кроме того, при хромировавши стереотипов пользуются свинцовыми ано­дами. Окись свинца (глет) применяется при изготовлении сиккативов в производстве полиграфических красок.

Сурьма – металл голубовато-белого цвета с сильным блеском. Встречается в природе в виде самородного металла, чаще – в виде руд.

Сурьма – металл очень твердый, но настолько хруп­кий, что может быть истолчен в порошок. Поэтому сурьму применяют главным образом в виде сплавов. В сплаве со свинцом сурьма повышает твердость свинца и пони­жает усадку сплава при охлаждении. Плотность чистой сурьмы 6,62 г/см³. Температура плавления сурьмы 630,5°, кипения – 1635–1645°. На воздухе при нормальной тёмпературе сурьма не окисляется, но сильно окисляется npи нагревании, в расплавленном состоянии. С водой и разбавленными кислотами сурьма не взаимодействует. Концентрированные соляная и серная кислоты медленно растворяют сурьму, образуя соответствующие солй. Концентрированная азотная кислота окисляет сурьму до выс­шего окисла Sb₂O₅*H₂О.

Сурьма входит в состав свинцовых типографских сплавов, повышая их твердость и понижая усадку при охлаж­дении.

Хром – белый блестящий металл. Плотность хрома 6,8 – 7,2 г/см³. Температура плавления хрома 1890°, кипе­ния – 2480^о. Хром настолько тверд, что им можно резать стекло. В сухом и влажном воздухе хром не окисляется.

Кислоты на хром почти не действуют. Поэтому хром широко применяется как антикоррозионное декоративное покрытие металлических поверхностей.

Хром используется при изготовлении различных сплавов, которым он придает большую твердость и химическую стойкость. Наиболее важны из хромсодержащих сплавов нержавеющая, кислотоустойчивая и жароупорная стали, а также сплав хрома с никелем – нихром, применяемый в нагревательных электротехнических приборах.

В полиграфии тончайшие слои хрома наносят гальва­ническим путем на поверхность типографских стереотипов и форм глубокой печати для повышения их тиражеустойчивости. При изготовлении биметаллических офсетных пластин гальванические хромовые слои образуют гидро­фильные пробельные участки формы.

В природе хром встречается в виде минерала хромита, при переработке которого получается чистый хром.

Цинк – тяжелый металл, имеющий в чистом виде синевато-белый цвет, а при наличие примесей – серовато-белый цвет. Плотность цинка в зависимости от характера механической обработки колеблется от 6,9 до 7,4 г/см³. Чистый цинк плавится при 420°. При 100–130° цинк становится тягучим и может коваться, прокатываться в листы и вытягиваться в проволоку. При 270° цинк ста­новится хрупким и может быть измельчен в порошок. Прокатанный цинк имеет очень мелкозернистое строение и удовлетворительные механические свойства. Однако при нагревании выше 150° происходит процесс рекристалли­зации цинка: цинк становится грубокристаллическим, менее прочным, хрупким.

Разбавленные минеральные кислоты (соляная, азотная, серная) хорошо растворяют цинк; концентрированные кислоты, особенно серная, менее активны в этом отно­шении. Растворение цинка происходит очень быстро в том случае, когда он содержит примеси кадмия до 0,3%, свинца до 1% и некоторых других металлов.

Во влажном воздухе цинк покрывается тонкой плот­ной пленкой основных углекислых солей цинка Zn₂(OH)₂CO₃, которая устойчива в обычных условиях и практически нерастворима в воде; эта пленка предохра­няет цинк от дальнейшего разрушения разбавленными кислотами. Предохранение же других металлов от кор­розии нанесением на их поверхность тонкого слоя цинка (например, цинкование железа) основано не только на устойчивости углекислых солей цинка, но главным образом на способности цинка образовывать гальванические пары, где он является анодом, а защищаемый металл– катодом. В полиграфии цинковые пластины применяются для изготовления типографских клише и офсетных печатных форм. Попытки применить цинковые сплавы для отливки типографских шрифтов и линотипных строк не увенчались пока успехом главным образом из-за разъедающего дей­ствия цинковых сплавов на плавильные котлы и детали отливных механизмов наборных машин, а также из-за недопустимости загрязнения цинком свинцовых типограф­ских сплавов.

Двойные сплавы

Двойные сплавы, т. е. сплавы, состоящие из двух металлов, имеют не одну, а две критические точки. Одна критическая точка соответствует началу выпадения из сплава того или иного составляющего металла в зави­симости от того, какого металла больше в сплаве (каким металлом пересыщен сплав) или кристаллов твердого раствора одного металла в другом, а также кристаллов химического соединения металлов, составляющих сплав. Вторая критическая точка соответствует концу затвердевания сплава и связана с одновременным образованием в виде тесной однородной смеси кристаллов обоих металлов (или кристаллов метал­лов и кристаллов твердого раствора и химических соеди­нений). Эта вторая критическая точка называется эвтектической (от греческого слова «эутектос», что значит легкоплавкий). Сплав, имеющий только одну критическую точку, называется эвтектическим.

Эвтектический сплав получается из сплавляемых метал­лов только в строго определенных соотношениях, различ­ных для разных металлов. Например, эвтектическую точку, равную 246°, имеет только сплав, состоящий из 87% свинца и 13% сурьмы. Эвтектический сплав имеет наимень­шую из возможных для данной системы металлов темпе­ратуру плавления и наибольшую однородность строения, твердость и прочность.

Многие сплавы, например сурьмы и олова, при охлаж­дении образуют кристаллы твердых растворов, в которых атомы сурьмы и олова кристаллизуются совместно: атомы растворенного металла, т. е. металла, которого значительно меньше в сплаве, замещают атомы растворителя и любом месте кристаллической решетки. Кроме твердых растворов некоторые металлы, например магний и олово, образуют химическое соединение Mg₂Sn; олово и мышьяк также образуют химические соединения: SnAs и SnAs₂. Химические соединения кристаллизуются в спла­вах в виде самостоятельных кристаллов, свойственного им типа. Два металла могут образовывать много двойных спла­вов с различным соотношением исходных металлов. Такой ряд сплавов называется системой сплавов. Если взять большое число сплавов из данной пары металлов, например из свинца и сурьмы, и получить для них опытным путем кривые охлаждения, то можно по остановкам на них, зная состав каждого сплава, построить диаграмму состояния системы сплавов.