KRĀSAINO METĀLU SAKAUSĒJUMI: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMS, PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Par krāsaino sakausējumu , ir tie, kas nav to sastāvs dzelzs metāla. Tāpēc tas nesastāv no neviena tērauda veida, un tā galvenā bāze var būt jebkura cita metāla elementa pamatne; piemēram, alumīnijs, sudrabs, varš, berilijs, magnijs, titāns utt.

Atšķirībā no blīvajiem tēraudiem, kas ir ideāli piemēroti ēku un tiltu kabeļu metāla atbalstam, melnie sakausējumi parasti ir vieglāki un izturīgāki pret koroziju. Turpmāk tā pielietojumu skaits palielinās eksponenciāli, katram pieprasot noteikta veida sakausējumu ar precīzu metālisku sastāvu.

Bronzas skulptūra - krāsaino metālu sakausējuma piemērs. Avots: Pixabay.

Daži no senākajiem un vēsturē pazīstamākajiem krāsaino sakausējumu veidiem ir bronza un misiņš. Abiem tiem ir varš kā metālisks pamats, ar atšķirību, ka bronzā to galvenokārt sajauc ar alvu, bet misē - ar cinku. Atkarībā no to kombinācijām un sastāva var parādīties bronzas un mises ar plašām īpašībām.

Un, pārejot uz mūsdienīgo sakausējumu, kas veido elektroniskās ierīces, būtībā nav krāsaino metālu. Arī no šiem sakausējumiem tiek izgatavots vismodernāko transportlīdzekļu un lidmašīnu rāmis, lai tiem piešķirtu izturību ar viszemāko iespējamo svaru.

Krāsaino sakausējumu struktūras

Katram metālam ir savas kristāliskās struktūras, kas var būt hcp (kompakts sešstūrveida), ccp (kompakts kubiskais), ccc (korpusa centrālais kubiskais) vai citas.

Kad kausēti un metināti cietā šķīdumā, kas pēc tam kristalizējas, visu metālu atomi apvienojas caur metālisko saiti, un iegūtās struktūras pievienojas vai mainās.

Tāpēc katram sakausējumam noteiktā sastāvā būs savas kristāla struktūras. Tāpēc, lai tos pētītu, drīzāk tiek izmantoti fāžu termini (parasti apzīmēti kā α un β), kas grafiski attēloti fāzu diagrammā kā tādu mainīgo funkcija kā temperatūra, spiediens un sastāvs.

No šīm fāžu diagrammām var prognozēt, kādā temperatūrā (šķidrā fāze) izkausēs sistēmas, kas sastāv no diviem vai vairākiem metāliem, krāsaino metālu sakausējumu, kā arī par tā cieto fāžu raksturu.

Pieņemsim, ka ir sudraba-vara pāris. Analizējot tās fāzes diagrammu, fizikālo un strukturālo informāciju var iegūt no vairākiem sakausējumiem ar dažādām sudraba un vara kombinācijām (10% Ag un 90% Cu, 25% Ag un 75% Cu utt.). Acīmredzot metāliem jābūt savstarpēji šķīstošiem, lai tie viendabīgā veidā varētu kristalizēties par sakausējumu.

Īpašības

Krāsaino sakausējumu īpašības ir ļoti dažādas. Tēraudam nav ļoti grūti vispārināt, jo tiem piemīt dzelzs īpašību sinerģija ar dzelzs-oglekļa, Fe-C īpašībām. Tā vietā krāsaino sakausējumu īpašības galvenokārt ir atkarīgas no metāla pamatnes.

Piemēram, ja sakausējumi ir alumīnijs vai magnijs, abi vieglie metāli, tiek sagaidīts, ka tie būs gaiši. Ja titāns, kas ir blīvāks metāls, tiek sajaukts ar jebkuru citu vieglu metālu, iegūtajam sakausējumam vajadzētu būt nedaudz gaišākam un elastīgākam.

Ja ir zināms, ka varš un zelts ir labi siltuma un elektrības vadītāji, tad to sakausējumiem ir jāpiedāvā lētāki, mazāk mīksti un izturīgāki pret mehāniskiem darbiem un koroziju materiāli.

Ja visas šāda veida sakausējumu īpašības un raksturlielumus varētu vispārināt, tiem vajadzētu būt: mazāk blīviem, mehāniski izturīgākiem attiecībā pret svaru, inertākiem pret apkārtējās vides izraisīto oksidāciju, deformējamiem, siltuma un elektrības vadītspējīgiem. Pārējā daļā ir daudzie izņēmumi.

Lietojumprogrammas

Alumīnijs

Tie ir ļoti viegli sakausējumi, un tāpēc to struktūrai jābūt ccc (vismazāk kompaktai). Pārtikas un dzērienu uzglabāšanai tās var būt deformētas, lai iegūtu vairākas formas, piemēram, kannas.

Viņiem ir raksturīga augsta izturība pret koroziju, taču tā ir apgriezti proporcionāla to mehāniskajai izturībai, kas palielinās, sajaucoties ar varu, magniju vai mangānu. Tie, kuriem ir labāka mehāniskā izturība, tiek izmantoti kā auto virsbūves daļas, tā arī lidmašīnu daļas.

Titāns

-Titāna sakausējumos ir daudz pielietojumu kaulu protēžu projektēšanai, un kopumā šis metāls ir ļoti saderīgs ar fizioloģiskām matricām.

To izmanto arī kā lidaparātu, transporta līdzekļu, motociklu, golfa nūju rāmja un virsmas daļas, kā arī citus artefaktus un priekšmetus.

- Sakausēti ar alumīniju, tā sakausējumi ir izmantoti Japānas tempļu un pagodu jumtu un viņu pūķu statuju celtniecībā.

Sudrabs

- Tā sakausējumam ar grafītu (Ag-C) ir maza elektriskā pretestība, tāpēc to izmanto kā slēdžu komponentus.

-Sajauc ar dzīvsudrabu, iegūst amalgamu ar 50% Hg un zemāku vara un alvas procentuālo daudzumu, ko izmanto zobu defektu aizpildīšanai.

-Tā sakausējums ar varu piešķir tai tādu pretestību, ka tas rada metāla griešanas diskus un zāģus.

- Juvelierizstrādājumos to izmanto pallādija un platīna sakausējumā, kas ir izturīgs pret skrāpējumiem un spīduma zaudēšanu.

Magnijs

Tie ir blīvāki nekā alumīnijs, bet citādi to īpašības ir līdzīgas. Tie labi iztur atmosfēras apstākļus, tāpēc tos izmanto automašīnu detaļu ražošanā, pārnesumkārbās, riteņos, raķetēs, īsi sakot, ātrgaitas mašīnās (kā arī velosipēdos).

Berilijs

-Tā Be-Cu sakausējumu izmanto mazu ierīču, piemēram, viedtālruņu, iPad, rokas pulksteņu, planšetdatoru, elektroniskiem komponentiem.

-Keramika (sajaukta ar galliju, arsēnu vai indiju) tiek izmantota elektroniskās shēmās ar lielu strāvas blīvumu.

- Medicīnā berilija sakausējumi kalpo daudziem tā instrumentiem un ierīcēm, piemēram, elektrokardiostimulatoriem, lāzera skalpeļiem, skeneriem, kodolmagnētiskās rezonanses iekārtu rāmim, cita starpā.

-Tā arī kalpo daļai militāro un kodolieroču, tā ir arī izgatavojusi spoguļus satelītiem ar berilija sakausējumiem.

- Ar šiem sakausējumiem kalti instrumenti nerada dzirksteles, kad tie ir pakļauti lielai berzei.

Piemēri

Daži īpaši krāsaino sakausējumu piemēri:

-Monel un Constantán, abi niķeļa un vara sakausējumi, bet attiecīgi attiecīgi 2: 1 un 45% (55% vara).

-Kroms, kura sastāvs ir 90% niķeļa un 10% vara. To izmanto kā daļu no rūpniecisko krāsniņu elektriskās sistēmas, kas spēj izturēt augstu temperatūru.

-Ti-6Al-4V, titāna sakausējums ar vanādiju, alumīniju un citiem metāliem, īpaši izmantojams bioloģiskiem mērķiem.

-Stelīts, kobalta un hroma sakausējums.

-Magnālijs, alumīnija sakausējums ar nelielu magnija daudzumu (mazāku vai vienādu ar 10%). Tās ir praktiski alumīnija loksnes, kuras ir izturīgākas pret vilkmi un izturīgākas.

-Baltais zelts, kura sastāvs ir 90% zelta un 10% jebkura baltā metāla, piemēram, sudraba vai pallādija.

Atsauces

1. Dr.C.Ergun. (sf). Krāsainie sakausējumi. . Atgūts no: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel & Sumitomo Metal korporācija. (2012). Krāsaino konstrukciju materiāli (titāns, alumīnijs). . Atgūts no: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso un LV da Silva (2012). Magnija sakausējumu pielietojums transportā, jaunas iespējas magnija sakausējumiem, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Vara attīstības asociācija. (2018). Varš un vara sakausējumi. Atgūts no: copperalliance.org.uk
5. Maikls Oistahers. (2018. gada 7. marts). Sudraba sakausējumi un to pielietojums. Atgūts no: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (2018. gada 26. septembris). Berilija lietojumprogrammas. Atgūts no: thebalance.com
7. Cosmolinux. (sf). Darbības fāžu diagrammas. Atgūts no: cosmolinux.no-ip.org