Metalurška industrija igra pomembno vlogo v življenju vsakega, saj se moraš vsak dan soočiti z različnimi kovinskimi izdelki. Izdelane so iz različnih zlitin, ki se pridobivajo s taljenjem. Pri izdelavi teh materialov se uporabljata vsaj dve kovini, za izboljšanje lastnosti pa se uporabljajo posebni dodatki. Ta članek bo pregledal več zlitin železo-nikelj, njihove lastnosti in uporabo.
O lastnostih železa
Čisto železo je srebrno sive barve ter je kovno in kovno. Domači ingoti, ki jih najdemo v naravi, imajo izrazit kovinski lesk in znatno trdoto. Na višini in električni prevodnosti materiala zlahka prenaša tok s pomočjo prostih elektronov. Kovina ima povprečno ognjevzdržnost, se zmehča pri temperaturi +1539 stopinj Celzija in izgubi svoje feromagnetne lastnosti. Je kemično aktiven element. Pri normalnih temperaturah zlahka reagira, pri segrevanju pa se te lastnosti povečajo. Na zraku se prekrije z oksidnim filmom, ki preprečuje nadaljevanje reakcije. Ko je izpostavljen vlažnemu okoljupojavi se rja, ki ne preprečuje več korozije. Toda kljub temu se železo in njegove zlitine pogosto uporabljajo.
Malo zgodovine
Invar je zlitina železa in niklja, ki vključuje 36% legirnega dodatka. Prvič ga je v Franciji leta 1896 odkril fizik Charles Guillaume. V tem času je delal na iskanju poceni kovine za standarde mer mase in dolžine, ki so bili izdelani iz zelo drage zlitine platine in iridija. Zahvaljujoč temu odkritju je znanstvenik leta 1920 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Beseda "invar" v latinščini pomeni nespremenljiv. To pomeni, da koeficient toplotnega raztezanja železo-nikljeve zlitine ostane konstanten v širokem temperaturnem območju - od -80 do 100 stopinj Celzija. Ta zlitina ima več drugih imen: nilvar, vakodil, nilo-zlitina, radiometal. Invar je blagovna znamka Imphy Alloys Inc., ki je v lasti jeklarske skupine Arcelor Mittal.
zlitina železa in niklja
Za izboljšanje lastnosti železa z uporabo različnih dodatkov pridobivamo zlitine. Znanstveniki so verjeli, da ob upoštevanju termodinamičnih lastnosti kovin ne bi bilo težko dobiti zlitine železa in niklja. Toda v praksi so naleteli na težave. Med interakcijo kovin, med proizvodnjo zlitine železa z nikljem, kot posledica procesa stranske oksidacije, železo iz dvovalentnega stanja preide v trivalentno stanje.
Zaradi tega se izkoristek zlitine zmanjša in nekatere fizikalne lastnosti se poslabšajo. Za rešitev tega problema se elektrolitu dodajo amini in organske kisline, ki tvorijo spojine z nizko topnostjo z železovim železom. V zvezi s tem postane elastičnost oborine boljša, za enakomerno porazdelitev pa se elektroliti mešajo. Nastala zlitina železa in niklja se imenuje invar.
Uporaba invarne zlitine
Nebistven koeficient toplotnega raztezanja omogoča uporabo za proizvodnjo:
- deli instrumenta;
- trak in žica za geodetska dela;
- Laserske nosilne strukture;
- deli mehanizma ur, nihala kronometra;
- valjani izdelki: vroče valjane palice in pločevine, hladno valjani trakovi, brezšivne cevi, kovane palice.
Za povečanje trdnosti se izvede hladno plastično deformiranje železo-nikljeve zlitine, nato pa se izvede nizkotemperaturna toplotna obdelava. Za večjo odpornost proti koroziji v normalnih atmosferskih razmerah se njegova površina polira in nanese zaščitni sloj, če je izdelek namenjen uporabi v agresivnih okoljih. Protikorozijske lastnosti Invarja se povečajo tudi, če se njegovi sestavi doda približno 12 % kroma, medtem ko ob segrevanju na 100 stopinj ohrani konstantno elastičnost.
magnetne zlitine
Te zlitine se pogosto uporabljajo v elektrotehniki. Uporabljajo se za izdelavo trajnih magnetov, transformatorskih jeder,električni merilni instrumenti, elektromagneti. Ljudje že dolgo vedo, da je železo magnetno, zato ima veliko uporab.
Mnogo kasneje je bilo odkrito, da je enaka lastnost lastna niklju in nekaterim drugim kovinam. Izdelki iz magnetne zlitine železa in niklja imajo tudi sposobnost ohranjanja lastnega magnetnega polja, ko zunanjega ni več. Poleg tega lahko to osebno polje spet vpliva na druga magnetna telesa.
Nikelj, kob alt in njihove zlitine
Kob alt in nikelj sta elementa podskupine železa. Vsi trije elementi imajo podobne lastnosti, vendar obstajajo tudi bistvene razlike. Obe kovini sta gostejši od železa ter veliko trši in močnejši od železa. V kemičnem smislu so manj aktivni, se razlikujejo po odpornosti proti koroziji. Poleg tega so kovine cenjene zaradi njihove večje odpornosti na plinsko korozijo.
Slabosti kob alta in niklja so njihova visoka strupenost in znatna cena v primerjavi z železom. Svojo uporabo najdejo za protikorozijsko zunanjo prevleko izdelkov iz ogljikovih jekel in železa z elektrokemijskimi reakcijami. Uporabljajo se tudi za izdelavo komponent in delov, ki zahtevajo povečano trdnost in trdoto. Opozoriti je treba na poseben pomen zlitin železa, niklja in kob alta, ki jih imenujemo koinvar, invar, supermalloy, permalloy in malloy. Njihova glavna prednost je v visokimagnetne lastnosti. Te zlitine se uporabljajo za izdelavo magnetnih vezij za različne elektromagnetne naprave.
Alloy Kovar
Mešanica je sestavljena iz kovin z odličnimi mehanskimi lastnostmi. Enostavne so za obdelavo, zlahka so podvržene valjanju, raztezanju, kovanju in žigosanju. In zlitina kob alta, niklja in železa se sicer imenuje kovar. Dobro izbrana kombinacija kemičnih elementov zagotavlja materialu odlične lastnosti. Ta zlitina ima dobro toplotno prevodnost, visok koeficient električne upornosti in indekse linearne ekspanzije blizu nič v širokem temperaturnem območju. Edina pomanjkljivost je nizka odpornost proti koroziji v mokrih okoljih, zato se pogosto uporabljajo zaščitni premazi iz srebra. Kovar se v industriji pogosto uporablja za proizvodnjo:
- cevi, trakovi in žice;
- kondenzatorji;
- ohišja opreme v instrumentaciji;
- podrobnosti v radijski elektroniki;
- ohišja v elektrovakuumski industriji.
Zlitina vsebuje draga kob alt in nikelj, kar poveča stroške materiala, vendar dobra zmogljivost in dolga življenjska doba pokrivata začetno naložbo.
Alni zlitine
Alni je ime skupine za magnetne zlitine železo-nikelj-aluminij. S povečanjem koncentracije aluminija in niklja v določenih mejah se preostala indukcija zmanjša, koercitivna sila pa se poveča. Najpogosteje uporabljene zlitine, v katerih je aluminij od 11 do18% in nikelj - 20-34%. Glavne lastnosti takšnih zlitin so električna prevodnost, toplotna prevodnost in duktilnost. Za vse jih je značilno dobro varjenje.
Za uporabo zlitin pri izdelavi magnetov so legirane s kob altom in bakrom. V tem primeru material pridobi trdoto in krhkost ter ima grobo zrnato strukturo. Alni zlitine se uporabljajo kot konstrukcijski material za dele plinskih turbin in reaktivnih motorjev, ki dolgo časa delujejo pri visokih temperaturah nad 1000 stopinj Celzija in ohranjajo kovino brez poškodb.
Sklep
Vse kovine, ki se močno uporabljajo v sodobni industriji, so zlitine. Na primer, skoraj vse železo, ki se proizvaja na svetu, se uporablja za proizvodnjo železa in jekla. To je mogoče razložiti z dejstvom, da so za zlitine značilne boljše lastnosti kot kovine, iz katerih so pridobljene. Treba je opozoriti, da imajo zlitine, ki jih proizvaja industrija, skupne lastnosti: trdnost, trdota, elastičnost in plastičnost. Železo-nikljeve imajo tudi magnetne lastnosti, ki se med proizvodnjo izboljšajo s pomočjo dodatne zlitine.
