อุตสาหกรรมโลหะวิทยามีบทบาทสำคัญในชีวิตของทุกคน เพราะทุกวันคุณต้องจัดการกับผลิตภัณฑ์โลหะต่างๆ และทำจากโลหะผสมต่างๆ ที่ได้จากการถลุง ในการผลิตวัสดุเหล่านี้จะใช้โลหะอย่างน้อยสองชนิดและมีการใช้สารเติมแต่งพิเศษเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ บทความนี้จะทบทวนโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลหลายชนิด คุณสมบัติและการใช้งาน
เกี่ยวกับคุณสมบัติของเหล็ก
เหล็กบริสุทธิ์มีสีเทาเงิน อ่อนและอ่อนได้ แท่งโลหะพื้นเมืองที่พบในธรรมชาติมีความแวววาวของโลหะเด่นชัดและมีความแข็งมาก ที่ความสูงและค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุ วัสดุนี้ถ่ายเทกระแสได้ง่ายโดยใช้อิเล็กตรอนอิสระ โลหะมีค่าการหักเหของแสงเฉลี่ย อ่อนตัวที่อุณหภูมิ +1539 องศาเซลเซียส และสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็ก เป็นองค์ประกอบทางเคมี ที่อุณหภูมิปกติ จะเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย และเมื่อถูกความร้อน คุณสมบัติเหล่านี้จะดีขึ้น ในอากาศจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ซึ่งป้องกันไม่ให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่อง เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่ชื้นสนิมปรากฏขึ้นซึ่งไม่ป้องกันการกัดกร่อนอีกต่อไป แต่ถึงอย่างไรก็ตามเรื่องนี้ เหล็กและโลหะผสมก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
อินวาร์เป็นโลหะผสมของเหล็กและนิกเกิล ซึ่งรวมถึงสารเติมแต่งการผสม 36% มันถูกค้นพบครั้งแรกในฝรั่งเศสในปี 1896 โดยนักฟิสิกส์ Charles Guillaume ในเวลานี้ เขากำลังทำงานเพื่อค้นหาโลหะราคาไม่แพงสำหรับมาตรฐานการวัดมวลและความยาว ซึ่งทำจากโลหะผสมแพลตตินัม-อิริเดียมที่มีราคาแพงมาก การค้นพบครั้งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1920
คำว่า "invar" ในภาษาละตินแปลว่าไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของโลหะผสมเหล็กและนิกเกิลจะคงที่ตลอดช่วงอุณหภูมิกว้าง ตั้งแต่ -80 ถึง 100 องศาเซลเซียส โลหะผสมนี้มีชื่ออื่นๆ อีกหลายชื่อ: นิลวาร์, วาโกดิล, ไนโล-อัลลอย, เรดิโอเมทัล Invar เป็นเครื่องหมายการค้าของ Imphy Alloys Inc. ซึ่งเป็นเจ้าของโดย Arcelor Mittal steel group
เหล็ก-โลหะผสมนิกเกิล
เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กโดยใช้สารเติมแต่งต่างๆ จะได้โลหะผสม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการหาโลหะผสมของเหล็ก-นิกเกิลนั้นไม่ใช่เรื่องยาก โดยคำนึงถึงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของโลหะด้วย แต่ในทางปฏิบัติ พวกเขาประสบปัญหา ในระหว่างการทำปฏิกิริยาของโลหะ ในระหว่างการผลิตโลหะผสมของเหล็กกับนิกเกิล ซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชันด้านข้าง เหล็กจากสถานะไดวาเลนต์จะผ่านเข้าสู่สถานะไตรวาเลนต์
เป็นผลให้ผลผลิตของโลหะผสมลดลงและคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างเสื่อมลง เพื่อแก้ปัญหานี้ เอมีนและกรดอินทรีย์จะถูกเติมลงในอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีความสามารถในการละลายต่ำด้วยธาตุเหล็กเฟอร์ริก ในเรื่องนี้ความยืดหยุ่นของตะกอนจะดีขึ้นและสำหรับการกระจายที่สม่ำเสมออิเล็กโทรไลต์จะถูกผสม โลหะผสมที่เป็นผลลัพธ์ของเหล็กและนิกเกิลเรียกว่าอินวาร์
การใช้โลหะผสมอินวาร์
สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่มีนัยสำคัญทำให้สามารถใช้สำหรับการผลิตได้:
- อะไหล่;
- เทปและลวดสำหรับงาน geodetic;
- โครงสร้างรองรับเลเซอร์
- ส่วนของการเคลื่อนไหวของนาฬิกา ลูกตุ้มมาตรเวลา;
- ผลิตภัณฑ์รีด: เหล็กแผ่นรีดร้อนและแผ่น, เหล็กแผ่นรีดเย็น, ท่อไร้ตะเข็บ, ท่อนเหล็กหลอม
เพื่อเพิ่มความแข็งแรง จะทำการเปลี่ยนรูปพลาสติกเย็นของโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล จากนั้นจึงทำการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ เพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อนที่มากขึ้นภายใต้สภาวะบรรยากาศปกติ พื้นผิวของมันจะถูกขัดเงาและใช้ชั้นป้องกันหากผลิตภัณฑ์มีไว้สำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว คุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนของ Invar จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเพิ่มโครเมียมประมาณ 12% ลงในองค์ประกอบของมัน ในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นคงที่เมื่อถูกความร้อนถึง 100 องศา
โลหะผสมแม่เหล็ก
โลหะผสมเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมไฟฟ้า ใช้ทำแม่เหล็กถาวร แกนหม้อแปลงเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้า หลายคนคงทราบกันดีอยู่แล้วว่าเหล็กเป็นแม่เหล็กจึงมีประโยชน์หลายอย่าง
หลังจากนั้นไม่นานก็พบว่าคุณสมบัติเดียวกันนี้มีอยู่ในนิกเกิลและโลหะอื่นๆ ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะผสมแม่เหล็กของเหล็กและนิกเกิลยังมีความสามารถในการรักษาสนามแม่เหล็กของตัวเองเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอกอีกต่อไป ยิ่งไปกว่านั้น สนามส่วนตัวนี้ยังสามารถมีอิทธิพลต่อวัตถุแม่เหล็กอื่นๆ ได้อีกครั้ง
นิกเกิล โคบอลต์ และโลหะผสม
โคบอลต์และนิกเกิลเป็นธาตุเหล็กในกลุ่มย่อย องค์ประกอบทั้งสามมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญเช่นกัน โลหะทั้งสองมีความหนาแน่นมากกว่าเหล็กและแข็งกว่าและแข็งแรงกว่าเหล็กมาก พวกมันใช้งานน้อยในแง่ของเคมี มีความต้านทานการกัดกร่อนต่างกัน นอกจากนี้ โลหะยังมีคุณค่าในด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนของแก๊ส
ข้อเสียของโคบอลต์และนิกเกิลคือมีความเป็นพิษสูงและมีราคาสูงเมื่อเทียบกับธาตุเหล็ก พวกเขาพบว่าการประยุกต์ใช้งานสำหรับการเคลือบภายนอกที่ต้านการกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กโดยปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี และยังใช้สำหรับการผลิตส่วนประกอบและชิ้นส่วนที่ต้องการความแข็งแรงและความแข็งที่เพิ่มขึ้น ควรสังเกตความสำคัญพิเศษของโลหะผสมเหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ซึ่งเรียกว่า koinvar, invar, supermalloy, permalloy และ malloy ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาอยู่ในระดับสูงคุณสมบัติของแม่เหล็ก โลหะผสมเหล่านี้ใช้ในการผลิตวงจรแม่เหล็กสำหรับอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ
ล้อแม็กโควาร์
ส่วนผสมประกอบด้วยโลหะที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ผ่านกระบวนการง่าย รีด เจาะ ตีขึ้นรูป และปั๊มขึ้นรูปได้ง่าย และโลหะผสมของโคบอลต์ นิกเกิล และเหล็กเรียกว่าโควาร์ การผสมผสานขององค์ประกอบทางเคมีที่เลือกสรรมาอย่างดีทำให้วัสดุมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยม โลหะผสมนี้มีการนำความร้อนที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานไฟฟ้าสูง และดัชนีการขยายตัวเชิงเส้นใกล้กับศูนย์ในช่วงอุณหภูมิกว้าง ข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือความต้านทานการกัดกร่อนต่ำในสภาพแวดล้อมที่เปียก ดังนั้นจึงมักใช้สารเคลือบป้องกันสีเงิน Kovar ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสำหรับการผลิต:
- ท่อ เทป และสายไฟ;
- ตัวเก็บประจุ;
- กล่องอุปกรณ์ในเครื่องมือ;
- รายละเอียดในวิทยุอิเล็กทรอนิกส์
- เคสในอุตสาหกรรมไฟฟ้า
โลหะผสมนี้มีส่วนผสมของโคบอลต์และนิกเกิลราคาแพง ซึ่งทำให้ต้นทุนของวัสดุสูงขึ้น แต่ประสิทธิภาพที่ดีและอายุการใช้งานยาวนานครอบคลุมการลงทุนเริ่มแรก
อัลนีอัลลอย
Alni คือชื่อกลุ่มของโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล-อลูมิเนียม เมื่อความเข้มข้นของอะลูมิเนียมและนิกเกิลเพิ่มขึ้นภายในขอบเขตที่กำหนด การเหนี่ยวนำที่เหลือจะลดลง และแรงบีบบังคับจะเพิ่มขึ้น โลหะผสมที่ใช้กันมากที่สุดซึ่งอลูมิเนียมตั้งแต่ 11 ถึง18% และนิกเกิล - 20-34% คุณสมบัติหลักของโลหะผสมดังกล่าว ได้แก่ การนำไฟฟ้า การนำความร้อน และความเหนียว ทุกตัวมีคุณสมบัติการเชื่อมที่ดี
ในการใช้โลหะผสมในการผลิตแม่เหล็ก พวกเขาจะผสมด้วยโคบอลต์และทองแดง ในกรณีนี้ วัสดุจะได้ความแข็งและความเปราะบางและมีโครงสร้างเป็นเม็ดหยาบ โลหะผสม Alni ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับชิ้นส่วนของกังหันก๊าซและเครื่องยนต์ไอพ่นที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียสเป็นเวลานาน ทำให้โลหะไม่มีความเสียหาย
สรุป
โลหะที่ใช้หนักในอุตสาหกรรมสมัยใหม่เป็นโลหะผสม ตัวอย่างเช่น เหล็กเกือบทั้งหมดที่ผลิตในโลกนี้ใช้ในการผลิตเหล็กและเหล็กกล้า สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าโลหะผสมนั้นมีคุณสมบัติที่ดีกว่าโลหะที่ได้มา ควรสังเกตว่าโลหะผสมที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมมีคุณสมบัติทั่วไปสำหรับพวกเขา: ความแข็งแรง, ความแข็ง, ความยืดหยุ่นและความเป็นพลาสติก และเหล็ก-นิกเกิลยังมีคุณสมบัติแม่เหล็ก ซึ่งได้รับการปรับปรุงในระหว่างการผลิตด้วยความช่วยเหลือของการผสมเพิ่มเติม