SZÍNES ÖTVÖZETEK: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2025

A színesfém ötvözetek azok, amelyek összetételében nincs vasfém. Ezért nem áll egyik acéltípusból, és a fő alapja lehet bármely más fém elem; például alumínium, ezüst, réz, berillium, magnézium, titán stb.

A sűrű acéloktól eltérően, amelyek ideálisak az épületek fémhordozására és a hídkábelekre, a vasötvözetek általában könnyebbek és korrózióállóbbak. Innentől kezdve az alkalmazások száma exponenciálisan növekszik, mindegyik különleges típusú ötvözetet igényel, pontos fémes összetételű.

Bronz szobor - színesfém ötvözet példája. Forrás: Pixabay.

A történelem során a legrégebbi és legismertebb színesfém ötvözetek a bronz és a sárgaréz. Mindegyikben réz van fém alapként, azzal a különbséggel, hogy bronzban főleg ónval, sárgarézben és cinkkel keverik. Kombinációiktól és összetételüktől függően kiterjedt tulajdonságokkal rendelkező bronzok és sárgarézok léphetnek fel.

És a modern jelenbe kerülve az elektronikus eszközöket alkotó ötvözetek lényegében színesfémek. Ezen felül az ötvözetekből készül a legkifinomultabb járművek és repülőgépek váza, hogy a lehető legalacsonyabb tömeg mellett biztosítsák szilárdságukat.

Színes ötvözetek szerkezete

Mindegyik fémnek megvan a maga kristályszerkezete, amely lehet hcp (kompakt hatszögletű), ccp (kompakt köbméter), bcc (test-központú köbméter) vagy mások.

Megolvasztva és szilárd oldatba hegesztve, amely aztán kristályosodik, az összes fém atomjai fémes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és a kapott szerkezetek hozzáadódnak vagy megváltoznak.

Ezért minden egyes összetételhez tartozó ötvözetnek megvan a saját kristályszerkezete. Ezért tanulmányozzuk inkább a fázisok fogalmát (általában α és β jelöléssel), amelyeket grafikusan ábrázolunk egy fázisdiagramon olyan változók függvényében, mint a hőmérséklet, nyomás és összetétel.

Ezekből a fázisdiagramokból meg lehet becsülni, hogy milyen hőmérsékleten (folyékony fázis) alakul ki két vagy több fémből álló rendszer színesfém ötvözete, valamint a szilárd fázisok jellege.

Tegyük fel, hogy ezüst-réz pár. A fázisdiagramjának elemzésével a fizikai és szerkezeti információk kinyerhetők a több ötvözetből különböző ezüst-réz kombinációkkal (10% Ag és 90% Cu, 25% Ag és 75% Cu, stb.). Nyilvánvaló, hogy a fémeknek oldódniuk kell egymásban, hogy homogén módon kristályosodhassanak ötvözetvé.

Tulajdonságok

A színesfém ötvözetek tulajdonságai nagyon változatosak. Az acélok esetében nem nagyon nehéz általánosítani, mivel ezek a vas és a vas-szén (Fe-C) tulajdonságaival szinergiát mutatnak. Ehelyett a színesfém ötvözetek tulajdonságai elsősorban a fém alapjától függenek.

Például, ha az ötvözetek alumínium vagy magnézium, egyaránt könnyűfémek, akkor várhatóan könnyűek lesznek. Ha a sűrűbb titánt, mint bármilyen más könnyű fémet keverik, a kapott ötvözetnek kissé könnyebbnek és rugalmasabbnak kell lennie.

Ha ismert, hogy a réz és az arany jó hővezető, akkor ötvözeteiknek olcsóbb, kevésbé lágy és a mechanikus munkára és a korrózióra ellenálló anyagot kell kínálniuk.

Ha az ilyen típusú ötvözetek összes tulajdonságát általánosíthatnánk, akkor ezeknek lennének: kevésbé sűrűek, súlyukhoz képest mechanikusan ellenállóbbak, inertek a környezetük által okozott oxidációval szemben, deformálhatók, nagy hő- és villamosenergia-vezetőképességgel bírnak. A többi vonatkozásában számos kivétel létezik.

Alkalmazások

Alumínium

Nagyon könnyű ötvözetek, és ezért szerkezetüknek tisztaságúaknak kell lenniük (a legkevésbé kompakt). Deformálódhatnak, hogy többféle formát felvegyenek, például kannákat, ételek és italok tárolására.

Ezek hajlamosak nagy ellenállással szembeni korrózióval, de ez fordítva arányos mechanikai ellenállásukkal, amely réz, magnézium vagy mangán keverésével növekszik. A jobb mechanikai szilárdságú járművek karosszériaalkatrészekként és repülőgép-alkatrészekként is alkalmazhatók.

Titán

-A titánötvözetek számos alkalmazást találnak a csontprotézisek készítéséhez, és általában ez a fém nagymértékben kompatibilis a fiziológiai mátrixokkal.

Használják repülőgépek, járművek, motorkerékpárok, golfklubok keretének és felületének részeként, többek között tárgyak és tárgyak.

- Alumíniummal keverve az ötvözeteit felhasználták a japán templomok és pagodák tetejének és a sárkányaik szobrainak építéséhez.

Ezüst

-A grafittal ötvözött (Ag-C) alacsony elektromos ellenállással rendelkezik, ezért a megszakítók alkotóelemeként használják.

- Higanyal keverve 50% Hg-tartalmú amalgámot és alacsonyabb réz- és ónszázalékot kapnak, amelyet foghiányok kitöltésére használnak.

-A réz ötvözete olyan ellenállást biztosít, hogy fém vágókorongokat és fűrészeket hoz létre.

-Ékszerben palládium és platina ötvözetében használják, ellenállnak a karcolásoktól és a fényesség elvesztésétől.

Magnézium

Sűrűbbek, mint az alumínium, de egyébként tulajdonságuk hasonló. Jól ellenállnak a légköri viszonyoknak, így gépjárműalkatrészek gyártásához, sebességváltókba, kerekekbe, rakétákhoz, röviden, nagysebességű gépekhez (valamint kerékpárokhoz) használták őket.

Berillium

-A Be-Cu ötvözetet használják kis alkatrészek, például okostelefonok, iPadok, karórák, táblagépek stb. Elektronikus alkatrészeihez.

- A kerámiákat (galliummal, arzénnel vagy indiummal keverve) nagy áram sűrűségű elektronikus áramkörökben használják.

-A gyógyászatban a berilliumötvözetek számos eszközét és eszközt kovácsolnak, például szívritmus-szabályozót, lézeres szikéket, szkennereket, többek között a nukleáris mágneses rezonancia berendezés keretét.

- A katonai és nukleáris fegyverek egy részét is kovácsolja, és tükröket készített a berillium ötvözetekkel rendelkező műholdak számára is.

- Az ezekkel az ötvözetekkel kovácsolt szerszámok nem generálnak szikrát, ha nagy súrlódásnak vannak kitéve.

Példák

Néhány konkrét példa a színesfém ötvözetekre:

-Monel és Constantán, egyaránt nikkel-réz ötvözetek, de 2: 1 és 45% (55% réz) összetételű.

-Cromel, amelynek összetétele 90% nikkel és 10% réz. Az ipari kemencék elektromos rendszerének részeként használják, amelyek képesek ellenállni a magas hőmérsékleteknek.

-Ti-6Al-4V, titán ötvözete vanádiummal, alumíniummal és más fémekkel, különösen biológiai célokra.

-Stelit, kobalt és króm ötvözete.

-Magnálium, alumíniumötvözet, alacsony magnéziumtartalommal (legfeljebb 10%). Gyakorlatilag alumíniumlemezek, amelyek jobban ellenállnak a tapadásnak és tartósabbak.

-Fehér arany, amelynek összetétele 90% arany és 10% bármilyen fehér fém, például ezüst vagy palládium.

Irodalom

1. Dr.C.Ergun. (Sf). Színesfémek.. Helyreállítva: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. (2012). Színesfémek (titán, alumínium).. Helyreállítva: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso és LV da Silva (2012). Magnéziumötvözetek alkalmazása a közlekedésben, új funkciók a magnéziumötvözeteknél, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Rézfejlesztő Egyesület. (2018). Réz és rézötvözetek. Helyreállítva: copperalliance.org.uk
5. Michael Oistacher. (2018. március 7.) Ezüstötvözetek és felhasználásuk. Helyreállítva: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (2018. szeptember 26.) Berillium alkalmazások. Helyreállítva: thebalance.com
7. Cosmolinux. (Sf). Tevékenységek fázisdiagramjai. Helyreállítva: cosmolinux.no-ip.org