تلعب صناعة المعادن دورًا مهمًا في حياة الجميع ، لأنه يتعين عليك كل يوم التعامل مع مختلف المنتجات المعدنية. وهي مصنوعة من سبائك مختلفة يتم الحصول عليها من خلال الصهر. في إنتاج هذه المواد ، يتم استخدام معدنين على الأقل ، ويتم استخدام إضافات خاصة لتحسين الخصائص. ستستعرض هذه المقالة العديد من سبائك الحديد والنيكل وخصائصها وتطبيقاتها.
حول خصائص الحديد
الحديد النقي لونه رمادي فضي وهو مرن وقابل للطرق. تتميز السبائك الأصلية الموجودة في الطبيعة ببريق معدني واضح وصلابة كبيرة. في الارتفاع والتوصيل الكهربائي للمادة ، فإنها تنقل التيار بسهولة بمساعدة الإلكترونات الحرة. يتميز المعدن بمتوسط مقاومة للحرارة ، ويخفف عند درجة حرارة +1539 درجة مئوية ويفقد خصائصه المغناطيسية. إنه عنصر نشط كيميائيا. في درجات الحرارة العادية ، يتفاعل بسهولة ، وعند تسخينه ، تتعزز هذه الخصائص. في الهواء ، يتم تغطيته بغشاء أكسيد ، مما يمنع استمرار التفاعل. عند التعرض لبيئة رطبةيظهر الصدأ الذي لم يعد يمنع التآكل. لكن بالرغم من ذلك فإن الحديد وسبائكه مستخدمة بكثرة.
قليلا من التاريخ
Invar سبيكة من الحديد والنيكل ، والتي تشتمل على 36٪ مضافة لصناعة السبائك. تم اكتشافه لأول مرة في فرنسا عام 1896 من قبل الفيزيائي تشارلز غيوم. في ذلك الوقت ، كان يعمل على البحث عن معدن رخيص الثمن لمعايير قياس الكتلة والطول ، والتي كانت مصنوعة من سبيكة بلاتينية-إيريديوم باهظة الثمن. بفضل هذا الاكتشاف ، حصل العالم على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1920.
كلمة "invar" في اللاتينية تعني غير متغير. هذا يعني أن معامل التمدد الحراري لسبائك الحديد والنيكل يظل ثابتًا على نطاق واسع من درجات الحرارة - من -80 إلى 100 درجة مئوية. هذه السبيكة لها عدة أسماء أخرى: nilvar ، vakodyl ، nilo-alloy ، radiometal. Invar هي علامة تجارية لشركة Imphy Alloys Inc. ، المملوكة لمجموعة Arcelor Mittal للصلب.
سبائك الحديد والنيكل
لتحسين خصائص الحديد باستخدام مواد مضافة مختلفة ، يتم الحصول على السبائك. يعتقد العلماء أنه لن يكون من الصعب الحصول على سبيكة من الحديد والنيكل ، مع مراعاة الخصائص الديناميكية الحرارية للمعادن. لكن في الممارسة العملية ، واجهوا مشاكل. أثناء تفاعل المعادن ، أثناء إنتاج سبيكة من الحديد مع النيكل ، نتيجة لعملية أكسدة جانبية ، يمر الحديد من الحالة ثنائية التكافؤ إلى الحالة ثلاثية التكافؤ.
نتيجة لذلك ، ينخفض مردود السبيكة وتتدهور بعض الخصائص الفيزيائية. لحل هذه المشكلة ، تضاف الأمينات والأحماض العضوية إلى المنحل بالكهرباء ، والتي تشكل مركبات منخفضة الذوبان مع الحديد الحديديك. في هذا الصدد ، تصبح مرونة المادة المترسبة أفضل ، ولتوزيعها المنتظم ، يتم خلط الإلكتروليتات. يسمى الناتج سبيكة من الحديد والنيكل Invar.
استخدام سبيكة Invar
يسمح معامل التمدد الحراري غير الملحوظ باستخدامه في الإنتاج:
- أجزاء الآلة ؛
- شريط وسلك للأعمال الجيوديسية ؛
- الهياكل الداعمة بالليزر ؛
- أجزاء من حركات الساعة ، بندولات الكرونومتر ؛
- المنتجات المدرفلة: قضيب وصاج مدلفن على الساخن ، شريط مدرفل على البارد ، أنابيب غير ملحومة ، قضبان مطروقة.
لزيادة القوة ، يتم إجراء تشوه بلاستيكي بارد لسبائك الحديد والنيكل ، ثم يتم إجراء المعالجة الحرارية بدرجة حرارة منخفضة. لمقاومة أكبر للتآكل في ظل الظروف الجوية العادية ، يكون سطحه مصقولًا ويتم تطبيق طبقة واقية إذا كان المنتج مخصصًا للاستخدام في بيئات عدوانية. ستزداد أيضًا خصائص مقاومة التآكل لـ Invar عند إضافة حوالي 12٪ من الكروم إلى تركيبته ، بينما يحتفظ بمرونة ثابتة عند تسخينه إلى 100 درجة.
السبائك المغناطيسية
تستخدم هذه السبائك على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية. يتم استخدامها لصنع مغناطيس دائم ، قلب المحولات ،أدوات القياس الكهربائية والمغناطيسات الكهربائية. لطالما عرف الناس أن الحديد مغناطيسي ، ونتيجة لذلك فإن له استخدامات عديدة.
اكتشف لاحقًا أن نفس الخاصية متأصلة في النيكل وبعض المعادن الأخرى. المنتجات المصنوعة من سبيكة مغناطيسية من الحديد والنيكل لديها أيضًا القدرة على الحفاظ على مجالها المغناطيسي عندما لا يكون المجال الخارجي موجودًا. علاوة على ذلك ، فإن هذا المجال الشخصي قادر مرة أخرى على التأثير على الأجسام المغناطيسية الأخرى.
النيكل والكوبالت وسبائكها
الكوبالت والنيكل عناصر من مجموعة الحديد الفرعية. جميع العناصر الثلاثة لها خصائص متشابهة ، ولكن هناك أيضًا اختلافات كبيرة. كلا المعدنين أكثر كثافة من الحديد وأصعب بكثير وأقوى من الحديد. هم أقل نشاطًا من الناحية الكيميائية ، ويختلفون في مقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقييم المعادن لمقاومتها الأكبر لتآكل الغاز.
عيوب الكوبالت والنيكل هي السمية العالية والتكلفة الكبيرة بالنسبة للحديد. وجدوا تطبيقها للطلاء الخارجي المضاد للتآكل للمنتجات المصنوعة من الفولاذ الكربوني والحديد عن طريق التفاعلات الكهروكيميائية. وأيضًا يتم استخدامها لتصنيع المكونات والأجزاء التي تتطلب قوة وصلابة معززة. يجب ملاحظة الأهمية الخاصة لسبائك الحديد والنيكل والكوبالت ، والتي تسمى koinvar و invar و supermalloy و permalloy و malloy. ميزتهم الرئيسية تكمن في الانتشاءالخواص المغناطيسية. تستخدم هذه السبائك لإنتاج دوائر مغناطيسية لمختلف الأجهزة الكهرومغناطيسية.
سبيكة كوفار
يتكون الخليط من معادن ذات خصائص ميكانيكية ممتازة. إنها سهلة المعالجة ، فهي تخضع بسهولة للدحرجة والتطويق والتزوير والختم. وسبائك الكوبالت والنيكل والحديد تسمى خلاف ذلك kovar. توفر مجموعة العناصر الكيميائية المختارة جيدًا للمادة خصائص ممتازة. تتميز هذه السبيكة بموصلية حرارية جيدة ، ومعامل عالي للمقاومة الكهربائية ، ومؤشرات تمدد خطية قريبة من الصفر على مدى واسع من درجات الحرارة. العيب الوحيد هو مقاومة التآكل المنخفضة في البيئات الرطبة ، لذلك غالبًا ما يتم استخدام الطلاءات الواقية من الفضة. يستخدم كوفار على نطاق واسع في الصناعة لإنتاج:
- مواسير وشرائط واسلاك ؛
- مكثفات
- حالات من المعدات في الأجهزة ؛
- تفاصيل في إلكترونيات الراديو ؛
- حالات في صناعة الفراغ الكهربائي
تحتوي السبيكة على الكوبالت والنيكل الغاليين ، مما يزيد من تكلفة المادة ، لكن الأداء الجيد والعمر التشغيلي الطويل يغطي الاستثمار الأولي.
سبائك ألني
Alni هو اسم المجموعة للسبائك المغناطيسية من الحديد والنيكل والألمنيوم. مع زيادة تركيز الألومنيوم والنيكل ضمن حدود معينة ، ينخفض الحث المتبقي ، وتزداد القوة القسرية. أكثر السبائك شيوعًا التي يستخدم فيها الألمنيوم من 11 إلى18٪ والنيكل 20-34٪. الخصائص الرئيسية لهذه السبائك هي التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري والليونة. تتميز جميعها بلحام جيد
لاستخدام السبائك في صناعة المغناطيس ، يتم خلطها بالكوبالت والنحاس. في هذه الحالة ، تكتسب المادة صلابة وهشاشة ولها بنية خشنة الحبيبات. تستخدم سبائك Alni كمادة هيكلية لأجزاء من التوربينات الغازية والمحركات النفاثة التي تعمل في درجات حرارة عالية تزيد عن 1000 درجة مئوية لفترة طويلة ، مما يحافظ على المعدن دون تلف.
الخلاصة
جميع المعادن المستخدمة بكثرة في الصناعة الحديثة هي سبائك. على سبيل المثال ، تُستخدم جميع أنواع الحديد التي يتم إنتاجها في العالم تقريبًا في إنتاج الحديد والصلب. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن السبائك تتميز بخصائص أفضل من المعادن التي يتم الحصول عليها منها. وتجدر الإشارة إلى أن السبائك التي تنتجها الصناعة لها خصائص مشتركة بالنسبة لها: القوة والصلابة والمرونة واللدونة. وتتميز أيضًا خصائص الحديد والنيكل بخصائص مغناطيسية ، والتي يتم تحسينها أثناء الإنتاج بمساعدة صناعة السبائك الإضافية.
