Tìm hiểu về hợp kim kim loại

Hợp kim là các hợp chất kim loại gồm một kim loại và một hoặc nhiều thành phần kim loại hoặc không kim loại.

Ví dụ về các hợp kim thông thường bao gồm:

• Thép, kết hợp sắt (kim loại) và cacbon (không kim loại)
• Đồng, kết hợp đồng (kim loại) và thiếc (kim loại) và
• Brass , một hỗn hợp các kim loại đồng (kim loại) và kẽm (kim loại)

Các kim loại thuần riêng biệt có thể có các tính chất hữu ích, như độ dẫn điện tốt, độ bền cao, độ cứng, hoặc sức nóng và chống ăn mòn.

Các hợp kim thương mại cố kết hợp các tính chất có lợi này để tạo ra một kim loại hữu ích hơn cho một ứng dụng cụ thể hơn bất kỳ thành phần nào của nó.

Sự phát triển của thép, ví dụ, đòi hỏi phải tìm ra sự kết hợp đúng đắn của carbon và sắt (khoảng 99% sắt và 1% carbon, vì nó hóa ra) để tạo ra một kim loại mạnh hơn, nhẹ hơn và có thể sử dụng hơn hơn sắt nguyên chất.

Các tính chất chính xác của các hợp kim mới rất khó để tính toán bởi vì các phần tử không chỉ kết hợp thành một phần của các bộ phận mà còn hình thành thông qua các tương tác hóa học phụ thuộc vào các thành phần của chúng cũng như phương pháp sản xuất. Kết quả là nhiều thử nghiệm được yêu cầu trong việc phát triển các hợp kim mới.

Một điều chắc chắn là khi kim loại được hợp kim, nhiệt độ nóng chảy luôn bị ảnh hưởng. Galinstan®, một hợp kim nóng chảy thấp có chứa gali, thiếc và indi, lỏng ở nhiệt độ trên 2. 2 ° F (-19 ° C), có nghĩa là điểm nóng chảy của nó là 122 ° F (50 ° C) thấp hơn tinh khiết gallium và hơn 212 ° F (100 ° C) dưới indi và thiếc.

Galinstan® và Wood's Metal là những ví dụ của các hợp kim eutectic. Hợp kim Eutectic có điểm nóng chảy thấp nhất của bất kỳ hợp kim hợp kim nào có chứa các nguyên tố giống nhau.

Thành phần

Hàng ngàn thành phần hợp kim thường được sản xuất, trong khi các chế phẩm mới được phát triển thường xuyên.

Thành phần tiêu chuẩn được chấp nhận bao gồm mức độ tinh khiết của các yếu tố cấu thành (dựa trên trọng lượng).

Trang điểm, cũng như các đặc tính cơ học và vật lý cho các hợp kim thông thường, được theo dõi bởi các tổ chức quốc tế như ISO, SAE International, và ASTM International.

Sản xuất

Một số hợp kim có nguồn gốc tự nhiên và cần ít công đoạn chế biến để chuyển thành vật liệu công nghiệp. Các hợp kim ferro như Ferro-crom và Ferro-silicon được sản xuất bằng cách luyện các quặng hỗn hợp và được sử dụng trong sản xuất các loại thép khác nhau.

Các hợp kim thương mại và thương mại thường đòi hỏi chế biến lớn hơn và thường được hình thành bằng cách trộn các kim loại nóng chảy trong môi trường có kiểm soát. Tuy nhiên, người ta có thể lầm lẫn khi nghĩ rằng kim loại hợp kim là một quá trình đơn giản.

Chẳng hạn, nếu một người chỉ pha trộn nhôm nóng chảy với chì nóng chảy, chúng ta sẽ thấy rằng chúng sẽ tách thành các lớp, giống như dầu và nước. Thủ tục kết hợp các kim loại nóng chảy, hoặc trộn kim loại với phi kim, thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào tính chất của các nguyên tố được yêu cầu.

Các thành phần kim loại có một sự sai khác lớn trong khả năng chịu nhiệt và khí. Trong khi các nguyên tố như các kim loại chịu lửa ổn định ở nhiệt độ cao, những chất khác bắt đầu tương tác với môi trường của chúng, điều này có thể ảnh hưởng đến mức độ tinh khiết và cuối cùng là chất lượng hợp kim.

Các cân nhắc quan trọng khi kim loại hợp kim bao gồm nhiệt độ nóng chảy của các thành phần kim loại, mức tạp chất, môi trường trộn và các quy trình hợp kim.

Trong một số trường hợp, các hợp kim trung gian phải được chuẩn bị để thuyết phục các nguyên tố kết hợp.

Hợp kim 95,5% nhôm và 4,5% đồng được làm bằng cách chuẩn bị hỗn hợp 50% của hai nguyên tố. Hỗn hợp này có điểm nóng chảy thấp hơn nhôm nguyên chất hoặc đồng nguyên chất và hoạt động như một hợp kim cứng. Điều này sau đó được giới thiệu với nhôm nóng chảy ở tốc độ tạo ra hỗn hợp hợp hợp phải.

Nguồn:

Phố, Arthur. & Alexander, W. O. 1944.

Kim loại trong Dịch vụ của Con người

. Phiên bản thứ 11 (1998).