תעשיית המתכות ממלאת תפקיד חשוב בחיי כולם, כי כל יום צריך להתמודד עם מוצרי מתכת שונים. והם עשויים מסגסוגות שונות, שמתקבלות באמצעות התכה. בייצור חומרים אלו משתמשים בשתי מתכות לפחות, ותוספים מיוחדים משמשים לשיפור התכונות. מאמר זה יסקור מספר סגסוגות ברזל-ניקל, תכונותיהן ויישומיהן.
על תכונות הברזל
ברזל טהור בצבע אפור-כסף וניתן לעיבוד וניתן לגימור. למטילים מקומיים המצויים בטבע יש ברק מתכתי בולט וקשיות משמעותית. בגובה ובמוליכות החשמלית של החומר, הוא מעביר זרם בקלות בעזרת אלקטרונים חופשיים. למתכת יש עמידות ממוצעת, מתרככת בטמפרטורה של +1539 מעלות צלזיוס ומאבדת את התכונות הפרומגנטיות שלה. זהו יסוד פעיל כימית. בטמפרטורות רגילות, הוא מגיב בקלות, וכאשר הוא מחומם, התכונות הללו משופרות. באוויר הוא מתכסה בסרט תחמוצת המונע את המשך התגובה. בעת חשיפה לסביבה לחהמופיעה חלודה, שאינה מונעת עוד קורוזיה. אבל למרות זאת, נעשה שימוש נרחב בברזל ובסגסוגות שלו.
קצת היסטוריה
Invar היא סגסוגת של ברזל וניקל, הכוללת 36% תוסף סגסוג. הוא התגלה לראשונה בצרפת בשנת 1896 על ידי הפיזיקאי שארל גיום. בשלב זה, הוא עבד על החיפוש אחר מתכת זולה לסטנדרטים של מידות מסה ואורך, שיוצרו מסגסוגת פלטינה-אירידיום יקרה מאוד. הודות לתגלית זו, המדען קיבל את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1920.
פירוש המילה "אינוואר" בלטינית אינו משתנה. המשמעות היא שמקדם ההתפשטות התרמית של סגסוגת ברזל ניקל נשאר קבוע בטווח טמפרטורות רחב - מ-80 עד 100 מעלות צלזיוס. לסגסוגת הזו יש עוד כמה שמות: נילבר, וקודיל, סגסוגת נילו, רדיומטאל. Invar הוא סימן מסחרי של Imphy Alloys Inc., שבבעלות קבוצת הפלדה Arcelor Mittal.
סגסוגת ברזל-ניקל
כדי לשפר את תכונות הברזל, באמצעות תוספים שונים, מתקבלות סגסוגות. מדענים האמינו שלא יהיה קשה להשיג סגסוגת ברזל ניקל, תוך התחשבות בתכונות התרמודינמיות של מתכות. אבל בפועל, הם נתקלו בבעיות. במהלך אינטראקציה של מתכות, במהלך ייצור סגסוגת של ברזל עם ניקל, כתוצאה מתהליך חמצון צדדי, ברזל מהמצב הדו ערכי עובר למצב התלת ערכי.
כתוצאה מכך, התשואה של הסגסוגת יורדת ותכונות פיזיקליות מסוימות מתדרדרות. כדי לפתור בעיה זו, מוסיפים לאלקטרוליט אמינים וחומצות אורגניות, היוצרות תרכובות בעלות מסיסות נמוכה עם ברזל ברזל. בהקשר זה, גמישות המשקע משתפרת, ולפיזור אחיד שלו מערבבים את האלקטרוליטים. הסגסוגת המתקבלת של ברזל וניקל נקראת invar.
שימוש בסגסוגת Invar
מקדם התפשטות תרמית לא משמעותי מאפשר להשתמש בו לייצור:
- חלקי כלי נגינה;
- קלטת וחוט לעבודות גיאודטיות;
- מבנים תומכים בלייזר;
- חלקי תנועות שעון, מטוטלות כרונומטר;
- מוצרים מגולגלים: בר וגיליון בגלגול חם, רצועה מגולגלת קרה, צינורות ללא תפרים, ברים מחושלים.
כדי להגביר את החוזק, מבוצע דפורמציה פלסטית קרה של סגסוגת ברזל ניקל, ולאחר מכן מבוצע טיפול בחום בטמפרטורה נמוכה. לעמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה בתנאי אטמוספירה רגילים, פני השטח שלו מלוטשים ומוחלת שכבת הגנה אם המוצר מיועד לשימוש בסביבות אגרסיביות. תכונות האנטי קורוזיה של אינוור יגדלו גם כאשר יתווסף כ-12% כרום להרכבו, תוך שהוא שומר על גמישות קבועה בחימום ל-100 מעלות.
סגסוגות מגנטיות
סגסוגות אלו נמצאות בשימוש נרחב בהנדסת חשמל. הם משמשים לייצור מגנטים קבועים, ליבות שנאים,מכשירי מדידה חשמליים, אלקטרומגנטים. אנשים יודעים מזמן שברזל הוא מגנטי, וכתוצאה מכך יש לו שימושים רבים.
הרבה מאוחר יותר התגלה שאותו תכונה טבועה בניקל ובכמה מתכות אחרות. למוצרים העשויים מסגסוגת מגנטית של ברזל וניקל יש גם את היכולת לשמור על שדה מגנטי משלהם כאשר החיצוני אינו קיים יותר. יתרה מכך, שדה אישי זה מסוגל שוב להשפיע על גופים מגנטיים אחרים.
ניקל, קובלט וסגסוגותיהם
קובלט וניקל הם יסודות של תת-קבוצת הברזל. לכל שלושת האלמנטים יש תכונות דומות, אבל יש גם הבדלים משמעותיים. שתי המתכות צפופות יותר מברזל והרבה יותר קשות וחזקות מברזל. הם פחות פעילים במונחים כימיים, שונים בעמידות בפני קורוזיה. בנוסף, מתכות מוערכות בשל עמידותן הרבה יותר בפני קורוזיה בגז.
החסרונות של קובלט וניקל הם רעילותם הגבוהה והעלות המשמעותית ביחס לברזל. הם מוצאים את היישום שלהם לציפוי חיצוני אנטי קורוזיבי של מוצרים העשויים מפלדות פחמן וברזל על ידי תגובות אלקטרוכימיות. וגם הם משמשים לייצור רכיבים וחלקים הדורשים חוזק וקשיות משופרים. יש לציין את המשמעות המיוחדת של סגסוגות ברזל, ניקל וקובלט, הנקראות קוינבר, אינוואר, סופרמאלוי, פרמלוי ומלוי. היתרון העיקרי שלהם טמון בגבוהתכונות מגנטיות. סגסוגות אלו משמשות לייצור מעגלים מגנטיים עבור מכשירים אלקטרומגנטיים שונים.
Alloy Kovar
התערובת מורכבת ממתכות בעלות תכונות מכניות מצוינות. הם קלים לעיבוד, הם נתונים בקלות לגלגול, שבירה, חישול והטבעה. והסגסוגת של קובלט, ניקל וברזל נקראת אחרת קובר. שילוב שנבחר היטב של יסודות כימיים מספק לחומר מאפיינים מצוינים. לסגסוגת זו מוליכות תרמית טובה, מקדם גבוה של התנגדות חשמלית ומדדי התפשטות ליניאריים קרובים לאפס בטווח טמפרטורות רחב. החיסרון היחיד הוא עמידות נמוכה בפני קורוזיה בסביבות רטובות, ולכן לעתים קרובות משתמשים בציפוי מגן של כסף. קובר נמצא בשימוש נרחב בתעשייה לייצור של:
- צינורות, קלטות וחוטים;
- capacitors;
- מארזים של ציוד במכשור;
- פרטים באלקטרוניקה של רדיו;
- מקרים בתעשיית האלקטרו-וואקום.
הסגסוגת מכילה קובלט וניקל יקרים, מה שמייקר את עלות החומר, אך ביצועים טובים וחיי שירות ארוכים מכסים את ההשקעה הראשונית.
Alni alloys
Alni הוא שם הקבוצה לסגסוגות מגנטיות של ברזל-ניקל-אלומיניום. עם עלייה בריכוז האלומיניום והניקל בגבולות מסוימים, האינדוקציה השיורית פוחתת, וכוח הכפייה עולה. הסגסוגות הנפוצות ביותר שבהן אלומיניום מ-11 ועד18%, וניקל - 20-34%. המאפיינים העיקריים של סגסוגות כאלה הם מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית ומשיכות. כולם מתאפיינים בריתוך טוב.
כדי להשתמש בסגסוגות לייצור מגנטים, הם מסוגגים בקובלט ונחושת. במקרה זה, החומר מקבל קשיות ושבירות ויש לו מבנה גס. סגסוגות אלני משמשות כחומר מבני לחלקים של מנועי גז ומנועי סילון הפועלים בטמפרטורות גבוהות של יותר מ-1000 מעלות צלזיוס לאורך זמן, ושומרות על המתכת ללא נזק.
מסקנה
כל המתכות בשימוש רב בתעשייה המודרנית הן סגסוגות. כך למשל, כמעט כל הברזל שמיוצר בעולם משמש לייצור ברזל ופלדה. ניתן להסביר זאת בכך שסגסוגות מאופיינות בתכונות טובות יותר מהמתכות שמהן הן מתקבלות. יש לציין כי לסגסוגות המיוצרות בתעשייה יש תכונות משותפות עבורן: חוזק, קשיות, גמישות וגמישות. וברזל ניקל יש גם תכונות מגנטיות, המשופרות במהלך הייצור בעזרת סגסוג נוסף.
