Ngành luyện kim đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của mỗi người, vì hàng ngày bạn phải tiếp xúc với nhiều sản phẩm kim loại khác nhau. Và chúng được làm từ các hợp kim khác nhau, thu được thông qua quá trình nấu chảy. Trong quá trình sản xuất các vật liệu này, ít nhất hai kim loại được sử dụng và các chất phụ gia đặc biệt được sử dụng để cải thiện các đặc tính. Bài viết này sẽ xem xét một số hợp kim sắt-niken, đặc tính và ứng dụng của chúng.
Về đặc tính của sắt
Sắt nguyên chất có màu xám bạc, dễ uốn và dễ uốn. Các thỏi bản địa được tìm thấy trong tự nhiên có ánh kim loại rõ rệt và độ cứng đáng kể. Ở độ cao và độ dẫn điện của vật liệu, nó dễ dàng truyền dòng điện với sự trợ giúp của các electron tự do. Kim loại có độ khúc xạ trung bình, mềm ở nhiệt độ +1539 độ C và mất tính sắt từ. Nó là một nguyên tố hoạt động hóa học. Ở nhiệt độ thường, nó dễ dàng phản ứng, và khi đun nóng, các đặc tính này càng được nâng cao. Trong không khí, nó bị bao phủ bởi một lớp màng oxit, ngăn cản sự tiếp tục của phản ứng. Khi tiếp xúc với môi trường ẩm ướtrỉ sét xuất hiện, không còn khả năng ăn mòn. Tuy nhiên, bất chấp điều này, sắt và các hợp kim của nó vẫn được sử dụng rộng rãi.
Một chút lịch sử
Invar là hợp kim của sắt và niken, bao gồm 36% phụ gia tạo hợp kim. Nó được phát hiện lần đầu tiên ở Pháp vào năm 1896 bởi nhà vật lý Charles Guillaume. Vào thời điểm này, ông đang nghiên cứu tìm kiếm một kim loại rẻ tiền cho các tiêu chuẩn đo khối lượng và chiều dài, được làm từ hợp kim platin-iridi rất đắt tiền. Nhờ phát hiện này, nhà khoa học đã nhận được giải Nobel Vật lý năm 1920.
Từ "invar" trong tiếng Latinh có nghĩa là không thay đổi. Điều này có nghĩa là hệ số giãn nở nhiệt của hợp kim sắt-niken không đổi trong một phạm vi nhiệt độ rộng - từ -80 đến 100 độ C. Hợp kim này có một số tên khác: nilvar, vakodyl, nilo-hợp kim, radiometal. Invar là thương hiệu của Imphy Alloys Inc., thuộc sở hữu của tập đoàn thép Arcelor Mittal.
Hợp kim sắt-niken
Để cải thiện các tính chất của sắt, sử dụng các chất phụ gia khác nhau, người ta thu được hợp kim. Các nhà khoa học tin rằng sẽ không khó để có được một hợp kim sắt-niken, có tính đến các đặc tính nhiệt động học của kim loại. Nhưng trong thực tế, họ gặp phải vấn đề. Trong quá trình tương tác của các kim loại, trong quá trình sản xuất hợp kim của sắt với niken, do kết quả của một quá trình oxy hóa phụ, sắt từ trạng thái hóa trị hai chuyển sang trạng thái hóa trị ba.
Kết quả là, sản lượng của hợp kim giảm và các tính chất vật lý nhất định bị xấu đi. Để giải quyết vấn đề này, các amin và axit hữu cơ được thêm vào chất điện phân, tạo thành các hợp chất có độ hòa tan thấp với sắt. Về mặt này, tính đàn hồi của kết tủa trở nên tốt hơn, và để phân bố đồng đều, các chất điện ly được trộn lẫn. Hợp kim tạo thành của sắt và niken được gọi là invar.
Sử dụng hợp kim Invar
Hệ số giãn nở nhiệt không đáng kể cho phép nó được sử dụng để sản xuất:
- bộ phận dụng cụ;
- băng và dây cho công trình trắc địa;
- Cấu trúc hỗ trợ laser;
- bộ phận của chuyển động đồng hồ, mặt dây chuyền máy đo thời gian;
- sản phẩm cán: thanh và tấm cán nóng, dải cán nguội, ống liền mạch, thanh rèn.
Để tăng độ bền, người ta thực hiện biến dạng dẻo nguội của hợp kim sắt-niken, sau đó xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp. Để có khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong điều kiện khí quyển bình thường, bề mặt của nó được đánh bóng và phủ một lớp bảo vệ nếu sản phẩm được thiết kế để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Đặc tính chống ăn mòn của Invar cũng sẽ tăng lên khi thêm khoảng 12% crom vào thành phần của nó, trong khi nó vẫn giữ được độ đàn hồi không đổi khi được nung nóng đến 100 độ.
Hợp kim từ tính
Những hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Chúng được dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu, lõi biến áp,dụng cụ đo điện, nam châm điện. Từ lâu, mọi người đã biết rằng sắt có từ tính, và do đó, nó có rất nhiều công dụng.
Mãi về sau người ta mới phát hiện ra rằng niken và một số kim loại khác có cùng tính chất. Các sản phẩm làm từ hợp kim sắt và niken có từ tính còn có khả năng duy trì từ trường riêng khi không còn từ trường bên ngoài. Hơn nữa, trường cá nhân này lại có thể ảnh hưởng đến các cơ thể có từ tính khác.
Niken, coban và hợp kim của chúng
Coban và niken là các nguyên tố thuộc phân nhóm sắt. Cả ba yếu tố này đều có những tính chất tương tự, nhưng cũng có những khác biệt đáng kể. Cả hai kim loại đều đặc hơn sắt và cứng và chắc hơn sắt nhiều. Chúng ít hoạt động hơn về mặt hóa học, khác nhau về khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, kim loại được đánh giá cao vì khả năng chống ăn mòn khí tốt hơn.
Nhược điểm của coban và niken là độc tính cao và chi phí đáng kể so với sắt. Họ tìm thấy ứng dụng của họ cho lớp phủ bên ngoài chống ăn mòn của các sản phẩm làm bằng thép cacbon và sắt bằng các phản ứng điện hóa. Và chúng cũng được sử dụng để sản xuất các thành phần và bộ phận yêu cầu độ bền và độ cứng nâng cao. Cần lưu ý tầm quan trọng đặc biệt của các hợp kim sắt, niken và coban, được gọi là koinvar, invar, supermalloy, permalloy và malloy. Lợi thế chính của họ nằm ởtính hấp dẫn. Những hợp kim này được sử dụng để sản xuất mạch từ cho các thiết bị điện từ khác nhau.
Kovar hợp kim
Hỗn hợp bao gồm các kim loại có tính chất cơ học tuyệt vời. Chúng dễ gia công, dễ bị cán, chuốt, rèn và dập. Và hợp kim của coban, niken và sắt được gọi là kovar. Sự kết hợp được lựa chọn kỹ càng của các nguyên tố hóa học mang lại cho vật liệu những đặc tính tuyệt vời. Hợp kim này có tính dẫn nhiệt tốt, hệ số điện trở suất cao và các chỉ số giãn nở tuyến tính gần bằng 0 trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Nhược điểm duy nhất là khả năng chống ăn mòn thấp trong môi trường ẩm ướt, vì vậy các lớp phủ bảo vệ bằng bạc thường được sử dụng. Kovar được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất:
- ống, băng và dây điện;
- tụ;
- trường hợp thiết bị trong thiết bị đo đạc;
- chi tiết trong điện tử vô tuyến;
- trường hợp trong ngành điện chân không.
Hợp kim chứa coban và niken đắt tiền, làm tăng giá thành của vật liệu, nhưng hiệu suất tốt và tuổi thọ dài sẽ bao gồm khoản đầu tư ban đầu.
Alni hợp kim
Alni là tên nhóm của các hợp kim từ sắt-niken-nhôm. Khi nồng độ nhôm và niken tăng trong giới hạn nhất định, cảm ứng dư giảm, và lực cưỡng chế tăng lên. Các hợp kim được sử dụng phổ biến nhất, trong đó nhôm từ 11 đến18% và niken - 20-34%. Các tính chất chính của các hợp kim đó là dẫn điện, dẫn nhiệt và độ dẻo. Tất cả chúng đều có đặc điểm là hàn tốt.
Để sử dụng hợp kim trong sản xuất nam châm, chúng được hợp kim với coban và đồng. Trong trường hợp này, vật liệu có được độ cứng và độ giòn và có cấu trúc dạng hạt thô. Hợp kim Alni được sử dụng làm vật liệu kết cấu cho các bộ phận của tuabin khí và động cơ phản lực hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 1000 độ C trong thời gian dài, giữ cho kim loại không bị hư hỏng.
Kết
Tất cả các kim loại được sử dụng nhiều trong công nghiệp hiện đại đều là hợp kim. Ví dụ, hầu hết tất cả sắt được sản xuất trên thế giới đều được sử dụng để sản xuất sắt và thép. Điều này có thể được giải thích bởi thực tế là các hợp kim được đặc trưng bởi các tính chất tốt hơn các kim loại mà chúng được tạo ra từ đó. Cần lưu ý rằng các hợp kim được sản xuất bởi ngành công nghiệp có các tính chất chung cho chúng: độ bền, độ cứng, độ đàn hồi và độ dẻo. Và sắt-niken cũng có đặc tính từ tính, được tăng cường trong quá trình sản xuất với sự trợ giúp của hợp kim bổ sung.
