Metallurgiateollisuudella on tärkeä rooli jokaisen elämässä, sillä joka päivä joutuu tekemisiin erilaisten metallituotteiden kanssa. Ja ne on valmistettu erilaisista seoksista, jotka saadaan sulattamalla. Näiden materiaalien valmistuksessa käytetään vähintään kahta metallia ja erityisiä lisäaineita parantamaan ominaisuuksia. Tässä artikkelissa tarkastellaan useita rauta-nikkeliseoksia, niiden ominaisuuksia ja sovelluksia.
raudan ominaisuuksista
Puhdas rauta on väriltään hopeanharmaata ja on muokattavaa ja muokattavaa. Luonnossa esiintyvillä alkuperäisillä harkoilla on voimakas metallinen kiilto ja merkittävä kovuus. Materiaalin korkeudella ja sähkönjohtavuudella se siirtää helposti virtaa vapaiden elektronien avulla. Metallilla on keskimääräinen tulenkestävyys, se pehmenee +1539 celsiusasteen lämpötilassa ja menettää ferromagneettisia ominaisuuksiaan. Se on kemiallisesti aktiivinen alkuaine. Normaaleissa lämpötiloissa se reagoi helposti, ja kuumennettaessa nämä ominaisuudet paranevat. Ilmassa se peittyy oksidikalvolla, mikä estää reaktion jatkumisen. Altistuessaan kostealle ympäristölleruostetta ilmaantuu, mikä ei enää estä korroosiota. Mutta tästä huolimatta rautaa ja sen seoksia käytetään laaj alti.
Hieman historiaa
Invar on raudan ja nikkelin seos, joka sisältää 36 % seostavaa lisäainetta. Fyysikko Charles Guillaume löysi sen ensimmäisen kerran Ranskassa vuonna 1896. Tällä hetkellä hän työskenteli halvan metallin etsimiseksi massa- ja pituusmittausstandardeille, jotka oli valmistettu erittäin kalliista platina-iridium-seoksesta. Tämän löydön ansiosta tiedemies sai Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1920.
Sana "invar" latinaksi tarkoittaa muuttumatonta. Tämä tarkoittaa, että rauta-nikkeliseoksen lämpölaajenemiskerroin pysyy vakiona laajalla lämpötila-alueella -80 - 100 celsiusastetta. Tällä seoksella on useita muita nimiä: nilvar, vakodyyli, nilo-seos, radiometalli. Invar on Imphy Alloys Inc:n tavaramerkki, jonka omistaa Arcelor Mittal -teräskonserni.
Rauta-nikkeliseos
Raudan ominaisuuksien parantamiseksi eri lisäaineita käyttämällä saadaan metalliseoksia. Tutkijat uskoivat, että rauta-nikkeliseoksen saaminen ei olisi vaikeaa, kun otetaan huomioon metallien termodynaamiset ominaisuudet. Mutta käytännössä he kohtasivat ongelmia. Metallien vuorovaikutuksessa, kun valmistetaan raudan ja nikkelin seosta, sivuhapetusprosessin seurauksena rauta kaksiarvoisesta tilasta siirtyy kolmiarvoiseen tilaan.
Tämän seurauksena lejeeringin saanto laskee ja tietyt fysikaaliset ominaisuudet huononevat. Tämän ongelman ratkaisemiseksi elektrolyyttiin lisätään amiineja ja orgaanisia happoja, jotka muodostavat raudan kanssa heikosti liukenevia yhdisteitä. Tässä suhteessa sakan elastisuus paranee ja elektrolyytit sekoitetaan tasaisen jakautumisen varmistamiseksi. Tuloksena olevaa raudan ja nikkelin seosta kutsutaan invar.
Invar-seoksen käyttö
Pieni lämpölaajenemiskerroin mahdollistaa sen käytön tuotannossa:
- instrumentin osat;
- teippi ja lanka geodeettisiin töihin;
- Lasertukirakenteet;
- kellon liikkeiden osat, kronometrin heilurit;
- valssatut tuotteet: kuumavalssatut tankot ja levyt, kylmävalssatut nauhat, saumattomat putket, taotut tangot.
Lujuuden lisäämiseksi rauta-nikkeliseokselle suoritetaan kylmäplastinen muodonmuutos, jonka jälkeen suoritetaan lämpökäsittely matalassa lämpötilassa. Korroosionkestävyyden parantamiseksi normaaleissa ilmakehän olosuhteissa sen pinta kiillotetaan ja suojakerros levitetään, jos tuote on tarkoitettu käytettäväksi aggressiivisissa ympäristöissä. Invarin korroosionesto-ominaisuudet paranevat myös, kun sen koostumukseen lisätään noin 12 % kromia, samalla kun se säilyttää jatkuvan kimmoisuuden 100 asteeseen kuumennettaessa.
Magneettiset seokset
Näitä seoksia käytetään laaj alti sähkötekniikassa. Niistä valmistetaan kestomagneetteja, muuntajaytimiä,sähköiset mittauslaitteet, sähkömagneetit. Ihmiset ovat pitkään tienneet, että rauta on magneettista, ja sen seurauksena sillä on monia käyttötarkoituksia.
Paljon myöhemmin havaittiin, että sama ominaisuus on luontainen nikkelille ja joillekin muille metalleille. Magneettisesta raudan ja nikkelin seoksesta valmistetuilla tuotteilla on myös kyky ylläpitää omaa magneettikenttäään, kun ulkoista magneettikenttää ei enää ole. Lisäksi tämä henkilökohtainen kenttä pystyy jälleen vaikuttamaan muihin magneettikappaleisiin.
Nikkeli, koboltti ja niiden seokset
Koboltti ja nikkeli kuuluvat raudan alaryhmään. Kaikilla kolmella elementillä on samanlaiset ominaisuudet, mutta niissä on myös merkittäviä eroja. Molemmat metallit ovat tiheämpiä kuin rauta ja paljon kovempia ja vahvempia kuin rauta. Ne ovat vähemmän aktiivisia kemiallisesti, eroavat korroosionkestävyydestä. Lisäksi metalleja arvostetaan niiden paremman kaasun korroosionkestävyyden vuoksi.
Koboltin ja nikkelin haittoja ovat niiden korkea myrkyllisyys ja huomattavat kustannukset rautaan verrattuna. He löytävät sovelluksensa hiiliteräksistä ja raudasta valmistettujen tuotteiden ruosteenestopinnoitteelle sähkökemiallisten reaktioiden avulla. Ja niitä käytetään myös sellaisten komponenttien ja osien valmistukseen, jotka vaativat parempaa lujuutta ja kovuutta. On huomattava raudan, nikkelin ja kobolttiseosten, joita kutsutaan nimellä koinvar, invar, supermalloy, permalloy ja malloy, erityinen merkitys. Niiden tärkein etu on korkeamagneettiset ominaisuudet. Näitä seoksia käytetään magneettisten piirien tuottamiseen erilaisille sähkömagneettisille laitteille.
Alloy Kovar
Seos koostuu metalleista, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Niitä on helppo työstää, ne joutuvat helposti valssaamaan, vetämään, takomaan ja leimaamaan. Ja koboltin, nikkelin ja raudan seosta kutsutaan muuten kovariksi. Hyvin valittu kemiallisten alkuaineiden yhdistelmä antaa materiaalille erinomaiset ominaisuudet. Tällä seoksella on hyvä lämmönjohtavuus, korkea sähkövastuskerroin ja lineaariset laajenemisindeksit, jotka ovat lähellä nollaa laajalla lämpötila-alueella. Ainoa haittapuoli on alhainen korroosionkestävyys märissä ympäristöissä, joten hopeaa suojaavia pinnoitteita käytetään usein. Kovaria käytetään laaj alti teollisuudessa:
- putket, nauhat ja johdot;
- kondensaattorit;
- laitteiden kotelot instrumenteissa;
- radioelektroniikan yksityiskohdat;
- tapaukset sähkötyhjiöteollisuudessa.
Seos sisältää kallista kobolttia ja nikkeliä, mikä nostaa materiaalin hintaa, mutta hyvä suorituskyky ja pitkä käyttöikä kattavat alkuinvestoinnin.
Alni-seokset
Alni on rauta-nikkeli-alumiinimagneettisten metalliseosten ryhmänimi. Kun alumiinin ja nikkelin pitoisuus kasvaa tietyissä rajoissa, jäännösinduktio pienenee ja pakkovoima kasvaa. Yleisimmin käytetyt seokset, joissa alumiinia 11-1118% ja nikkeli - 20-34%. Tällaisten metalliseosten pääominaisuudet ovat sähkönjohtavuus, lämmönjohtavuus ja sitkeys. Kaikille niille on ominaista hyvä hitsaus.
Jotta käytetään metalliseoksia magneettien valmistuksessa, ne on seostettu koboltilla ja kuparilla. Tässä tapauksessa materiaali saa kovuuden ja haurauden ja sillä on karkearakeinen rakenne. Alni-seoksia käytetään rakennemateriaalina kaasuturbiinien ja suihkumoottoreiden osissa, jotka toimivat korkeissa, yli 1000 celsiusasteen lämpötiloissa pitkään ja pitävät metallin vahingoittumattomana.
Johtopäätös
Kaikki nykyaikaisessa teollisuudessa raskaasti käytetyt metallit ovat metalliseoksia. Esimerkiksi lähes kaikki maailmassa tuotettu rauta käytetään raudan ja teräksen valmistukseen. Tämä voidaan selittää sillä, että metalliseoksille on ominaista paremmat ominaisuudet kuin metalleille, joista ne on saatu. On huomattava, että teollisuuden valmistamilla metalliseoksilla on niille yhteisiä ominaisuuksia: lujuus, kovuus, elastisuus ja plastisuus. Ja rauta-nikkelisillä on myös magneettisia ominaisuuksia, jotka tehostuvat tuotannon aikana lisäseostuksen avulla.
