STOPY METALI NIEŻELAZNYCH: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Do stopów nieżelaznych są te, które nie mają w ich skład metalu żelaznego. Dlatego nie składa się z żadnego z rodzajów stali, a jego główną podstawą może być jakikolwiek inny element metalowy; takie jak aluminium, srebro, miedź, beryl, magnez, tytan itp.

W przeciwieństwie do gęstej stali, idealnej do metalowego podparcia budynków i kabli mostowych, stopy żelaza są zwykle lżejsze i bardziej odporne na korozję. Od tego momentu liczba jego zastosowań rośnie wykładniczo, a każde z nich wymaga określonego rodzaju stopu o dokładnym składzie metalicznym.

Rzeźba z brązu - przykład stopu nieżelaznego. Źródło: Pixabay.

Do najstarszych i najbardziej znanych stopów metali nieżelaznych w historii należą brąz i mosiądz. Oba mają miedź jako metalową podstawę, z tą różnicą, że w brązie jest ona przeważnie zmieszana z cyną, aw mosiądzu z cynkiem. W zależności od ich kombinacji i składu mogą powstać brązy i mosiądz o szerokich właściwościach.

Przechodząc do współczesności, stopy, z których składają się urządzenia elektroniczne, są zasadniczo nieżelazne. Również ramy najbardziej wyrafinowanych pojazdów i samolotów są wykonane z tych stopów, aby zapewnić im wytrzymałość przy jak najmniejszej masie.

Struktury stopów nieżelaznych

Każdy metal ma swoje własne struktury krystaliczne, które mogą być typu hcp (zwarty sześciokątny), ccp (zwarty sześcienny) bcc (sześcienny centrowany na ciele) lub inne.

Po stopieniu i zgrzaniu w stały roztwór, który następnie krystalizuje, atomy wszystkich metali łączą się ze sobą poprzez wiązanie metaliczne, a powstałe struktury dodają się lub zmieniają.

Dlatego każdy stop o określonym składzie będzie miał własne struktury krystaliczne. Dlatego do ich badania używa się raczej terminów faz (zwykle oznaczanych jako α i β), przedstawionych graficznie na diagramie fazowym w funkcji zmiennych, takich jak temperatura, ciśnienie i skład.

Z tych diagramów fazowych można przewidzieć, w jakiej temperaturze (faza ciekła) stop nieżelazny z układu składającego się z dwóch lub więcej metali stopi się, jak również charakter jego faz stałych.

Przyjmijmy parę srebrno-miedź. Analizując jego diagram fazowy, można uzyskać informacje fizyczne i strukturalne z wielu stopów z różnymi kombinacjami srebra i miedzi (10% Ag i 90% Cu, 25% Ag i 75% Cu itd.). Oczywiście metale muszą być wzajemnie rozpuszczalne, aby mogły krystalizować w stop w sposób jednorodny.

Nieruchomości

Właściwości stopów nieżelaznych są bardzo zróżnicowane. W przypadku stali nie jest to trudne do uogólnienia, ponieważ wykazują one synergię właściwości żelaza z właściwościami żelaza i węgla Fe-C. Zamiast tego właściwości stopów nieżelaznych zależą głównie od metalowej podstawy.

Na przykład, jeśli stopami są aluminium lub magnez, obydwa metale lekkie, oczekuje się, że będą one lekkie. Jeśli tytan, gęstszy metal, zostanie zmieszany z jakimkolwiek innym metalem lekkim, uzyskany stop powinien być nieco lżejszy i bardziej elastyczny.

Jeśli wiadomo, że miedź i złoto są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności, to ich stopy muszą oferować materiały tańsze, mniej miękkie i bardziej odporne na pracę mechaniczną i korozję.

Gdyby można było uogólnić wszystkie właściwości i cechy tego typu stopów, musiałyby one być: mniej gęste, bardziej odporne mechanicznie w stosunku do ich ciężaru, bardziej obojętne na utlenianie powodowane przez otoczenie, odkształcalne, silnie przewodzące ciepło i elektryczność. Co do reszty, istnieje wiele wyjątków.

Aplikacje

Aluminium

Są to stopy bardzo lekkie, dlatego ich budowa powinna być bcc (najmniej zwarta). Mogą być zdeformowane do wielu kształtów, takich jak puszki, do przechowywania żywności i napojów.

Mają dużą odporność na korozję, ale jest ona odwrotnie proporcjonalna do ich odporności mechanicznej, która wzrasta po zmieszaniu z miedzią, magnezem lub manganem. Te o lepszej wytrzymałości mechanicznej znajdują zastosowanie jako części karoserii i części samolotów.

Tytan

-Stopy tytanu znajdują wiele zastosowań w projektowaniu protez kostnych i ogólnie metal ten jest wysoce kompatybilny z matrycami fizjologicznymi.

Jest również używany jako części ramy i powierzchni samolotów, pojazdów, motocykli, kijów golfowych, między innymi artefaktów i przedmiotów.

-Zmieszane z aluminium, jego stopy zostały wykorzystane do budowy dachów japońskich świątyń i pagód oraz w posągach ich smoków.

Srebro

-Jego stop z grafitem (Ag-C) ma niską rezystancję elektryczną i dlatego jest stosowany jako elementy wyłączników.

- Po zmieszaniu z rtęcią uzyskuje się amalgamat z 50% Hg i mniejszą zawartością miedzi i cyny, który służy do wypełniania ubytków zębowych.

-Jego stop z miedzią nadaje mu taką odporność, że tworzy metalowe tarcze tnące i piły.

-W jubilerstwie jest stosowany w stopie palladu i platyny, odpornym na zarysowania i utratę połysku.

Magnez

Są gęstsze niż aluminium, ale poza tym ich właściwości są podobne. Dobrze znoszą warunki atmosferyczne, dlatego są wykorzystywane do produkcji części samochodowych, w skrzyniach biegów, kołach, pociskach, krótko mówiąc, w maszynach szybkoobrotowych (a także w rowerach).

Beryl

-Jego stop Be-Cu jest używany do elementów elektronicznych do małych urządzeń, takich jak smartfony, iPady, zegarki na rękę, tablety itp.

-Ceramika (zmieszana z galem, arsenem lub indem) jest stosowana w obwodach elektronicznych o dużej gęstości prądu.

-W medycynie stopy berylu wytwarzają wiele jego instrumentów i urządzeń, takich jak między innymi rozruszniki serca, skalpele laserowe, skanery, ramy sprzętu do jądrowego rezonansu magnetycznego.

- Wykuwa również część uzbrojenia wojskowego i nuklearnego, wykonał również lustra dla satelitów ze stopów berylu.

-Narzędzia kute z tych stopów nie wytwarzają iskier pod wpływem dużego tarcia.

Przykłady

Niektóre konkretne przykłady stopów nieżelaznych to:

-Monel i Constantán, oba stopy niklowo-miedziowe, ale o składzie odpowiednio 2: 1 i 45% (55% miedzi).

-Cromel, którego skład to 90% niklu i 10% miedzi. Jest stosowany jako część układu elektrycznego piekarników przemysłowych, odporny na wysokie temperatury.

-Ti-6Al-4V, stop tytanu z wanadem, glinem i innymi metalami, stosowany szczególnie do celów biologicznych.

-Stelit, stop kobaltu i chromu.

-Magnalium, stop aluminium z niską zawartością magnezu (mniejszą lub równą 10%). Są to praktycznie blachy aluminiowe bardziej odporne na ciągnięcie i bardziej wytrzymałe.

-Białe złoto, którego skład składa się w 90% ze złota i 10% z dowolnego białego metalu, takiego jak srebro lub pallad.

Bibliografia

1. Dr C. Ergun. (sf). Stopy nieżelazne. . Odzyskany z: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. (2012). Materiały konstrukcyjne nieżelazne (tytan, aluminium). . Odzyskany z: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso i LV da Silva (2012). Zastosowanie stopów magnezu w transporcie, Nowe funkcje stopów magnezu, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Stowarzyszenie Rozwoju Miedzi. (2018). Miedź i stopy miedzi. Odzyskane z: copperalliance.org.uk
5. Michael Oistacher. (7 marca 2018). Stopy srebra i ich zastosowania. Odzyskany z: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (26 września 2018). Zastosowania berylu. Odzyskane z: thebalance.com
7. Cosmolinux. (sf). Diagramy czynności. Odzyskany z: cosmolinux.no-ip.org