Metalurgia i numizmatyka, czyli co ma piernik do wiatraka.

Dwa tygodnie temu obiecałem kontynuację tematu "metalurgicznego". Oto ona.

Wydawać by się mogło, że dysponując piecem umożliwiającym osiągnięcie odpowiednio wysokiej temperatury i naczyniem z materiału na tę temperaturę odpornego, można stopić z sobą dowolne metale w dowolnym stosunku. Niestety (albo na szczęście), to nieprawda.
Pomyślcie, roztopione metale zachowują się, jak ciecze. A czy wszystkie ciecze, jakie znacie dobrze się z sobą mieszają? Na przykład olej i woda? Możecie mieszać do woli i tak sprawiedliwa oliwa na koniec wypłynie na wierzch.
Dokładnie tak samo jest z metalami. Nie każdy metal rozpuszcza się w innym, a nawet, jeśli się rozpuszcza, to nie w dowolnym stosunku.

Tylko niektóre metale mogą łączyć się z sobą tworząc stopy o właściwościach zupełnie odmiennych od właściwości metali składowych. Taki stop jest właściwie odrębnym związkiem chemicznym o ustalonej temperaturze topnienia i jednolitej, ciągłej strukturze mikroskopowej. Tak się jednak składa, że takie stopy są kruche i nie nadają się do wyrobu przedmiotów jednocześnie łatwo kowalnych i  odpornych na uszkodzenia. Monet z nich robić się nie da.

Podobnie do związków chemicznych metali zachowują się stopy stałe. I ona mają ciągłą, jednolitą strukturę mikroskopową, ale nie mają wyróżnionej temperatury topnienia - topią się w pewnym przedziale temperatur. Stopy stałe zwykle są łatwe w obróbce (kucie, walcowanie) i odporniejsze od czystych metali.

Metale mogą się łączyć z sobą w jeszcze jedną kategorię stopów - mieszaniny. Ich struktura mikroskopowa jest ziarnista. Takie stopy są trudniejsze w obróbce.

Okazuje się, że struktura mikroskopowa stopu i jego własności mechaniczne zależą od wzajemnej ilości jego składników. Topienie miedzi i srebra na przykład, daje stopy stałe w dwóch przypadkach: gdy w stopie jest nie więcej, niż 5% miedzi albo gdy do miedzi doda się nie więcej, niż 4% miedzi srebra. Inne proporcje dają w wyniku mieszaniny. Czyste srebro jest miękkie - pamiętacie ślady zębów na denarach krzyżowych? Dodatek miedzi powoduje wzrost twardości metalu. I znów, znaczący wpływ ilości miedzi w stopie na jego twardość obserwuje się do mnie więcej 5% jej udziału. Dalsze zwiększanie ilości miedzi nie poprawia radykalnie jego twardości. Prowadzi za to do zmiany barwy stopu, który staje się bardziej żółty. To dlatego monety bilonowe (z niskopróbnego srebra) wymagały bielenia, czyli wytrawiania w kwasach, co powodowało powstawanie cieniutkiej warstewki prawie czystego srebra na ich powierzchni.

Jerzy Wilhelm, półtorak pruski z mennicy w Królewcu. 

Na powierzchni widoczne zżółknięcia - skutek starcia się warstewki czystego srebra wytworzonej w procesie bielenia monety.

Tworzenie stopów złożonych z więcej, niż dwóch metali jest jeszcze bardziej skomplikowane. Przekonali się o tym pracownicy mennicy warszawskiej na początku lat trzydziestych XX wieku. Mennica ambitnie przystąpiła do przetargu na dostawę srebrnych monet dla Rumunii. Miały to być monety ze stopu poczwórnego: 50% srebra, 40% miedzi i po 5% niklu i cynku. Konkurowaliśmy z Belgią, Francją, Włochami i Anglią. Udało się uzyskać kontrakt na część dostawy (wspólnie z Anglikami, którzy na dodatek zechcieli podzielić się wiedzą i doświadczeniem). Kłopotów było mnóstwo. Bardzo istotna okazała się kolejność łączenia metali. W przeciwieństwie do stopów podwójnych, które uzyskiwano dodając domieszkę do metalu dominującego (miedź do srebra) tu na przykład okazało się konieczne dodawanie srebra do wcześniej stopionego cynku!

Źródłem kolejnych trudności była tendencja stopu do separacji składników. Cynk i nikiel gromadziły się w środku odlewanych sztab, srebro na zewnątrz. Różnice w próbie kruszcu dochodziły do 40%. Skutek? Niemożność zapewnienia stałej próby kruszcu w monetach. Anglia, Bułgaria i Rumunia, które wprowadziły u siebie monety ze stopu poczwórnego musiały poszerzyć granice tolerancji próby.

Koniec końców, w Warszawie nie wybito monet dla Rumunii. Oficjalnie z powodu zmiany naszego systemu monetarnego i konieczności wybicia w 1932 r. monet o nowych parametrach.

Informacje o pracach nad poczwórnym stopem srebra mennica opublikowała w Sprawozdaniu z działalności w latach 1930-1934 przedstawionym ministrowi skarbu 5 marca 1935 r. - ostatnim przed wojną sprawozdaniu Mennicy Państwowej. Nie jest to klasyczna publikacja numizmatyczna. Zdecydowanie nie jest taką publikacją referat wygłoszony przez profesora doktora Witolda Broniewskiego na drugim Zjeździe Inżynierów Mechaników w Warszawie 18 kwietnia 1925 r. To z niego korzystałem pisząc o wpływie składu stopu na jego własności mechaniczne. Wspominałem już na blogu o tym referacie. Odsyłam do lektury wpisu z 21 grudnia 2012 r. i gorąco zachęcam do zapoznania się z całością referatu W. Broniewskiego, z polemiką z dyrektorem mennicy Janem Aleksandrowiczem, a także z kolejnym artykułem Broniewskiego opublikowanym w Przeglądzie Technicznym z 7 grudnia 1927 r. omawiającym zmianę systemu pieniężnego (m. innymi wprowadzenie monet złotych i niklowych złotówek).

W codziennej i fachowej prasie (nie tylko przedwojennej) można znaleźć masę informacji na interesujące nas tematy. Niemało ciekawostek tkwi też w aktach prawnych, na przykład zobaczcie co zapisano w Rozporządzeniu Prezydenta Rzeczypospolitej z dnia 13 października 1927 r. o planie stabilizacyjnym i zaciągnięciu pożyczki zagranicznej 
http://isap.sejm.gov.pl/Download?id=WDU19270880789&type=2