Stopy metali: typy, właściwości i przykłady

Stopy metali są materiałami utworzonymi przez połączenie dwóch lub więcej metali lub metali i niemetali. Substancje te mogą być reprezentowane przez połączenie pierwszorzędnego metalu (lub podstawy), a nazwa tego metalu może stanowić nazwę stopu.

Stop powstaje w wyniku łączenia różnych stopionych elementów, w których inne elementy są łączone lub rozpuszczane w metalu podstawowym, łącząc składniki, tworząc nowy materiał o mieszanych właściwościach każdego elementu oddzielnie.

Ten rodzaj materiału jest zwykle tworzony, aby wykorzystać zalety metalu i jednocześnie zwalczać jego słabości poprzez połączenie z innym elementem, który może zaspokoić te potrzeby.

Dzieje się tak w przykładach takich jak stal, która wykorzystuje węgiel do wzmocnienia krystalicznej struktury żelaza; lub w przypadku brązu, który jest zarejestrowany jako pierwszy stop otrzymany przez człowieka i który był używany od początku ludzkości.

Typy

Mówiąc o rodzajach stopów metali, poza składającymi się na nie pierwiastkami, należy je badać pod mikroskopem elektronowym w celu odróżnienia ich struktury krystalicznej.

Istnieją zatem dwa rodzaje stopów metali, w zależności od ich struktury krystalicznej i mechanizmu, który został przeprowadzony w celu ich utworzenia: stopy przez podstawienie i międzywęzłowe.

Stopy przez podstawienie

Te stopy są tymi stopami, w których atomy stopu (substancja wiążąca się z metalem podstawowym) zastępują atomy metalu pierwotnego w celu utworzenia stopu.

Ten typ stopu powstaje, gdy atomy metalu podstawowego i atomu środka stopowego mają podobną wielkość. Stopy przez podstawienie charakteryzują się stosunkowo bliskimi składnikami w układzie okresowym.

Mosiądz jest przykładem stopu zastępującego, który powstaje w wyniku połączenia miedzi i cynku. Z kolei mają one atomy o podobnych rozmiarach i bliskości w układzie okresowym.

Stopy międzywęzłowe

Gdy czynnik lub środki stopowe mają atomy, które są znacznie mniejsze niż atomy pierwszorzędowego metalu stopu, mogą one wejść w strukturę krystaliczną drugiego i przeciekać między większymi atomami.

Stal jest przykładem stopu międzywęzłowego, w którym mniejsza liczba atomów węgla znajduje się pomiędzy atomami w sieci krystalicznej żelaza.

Właściwości

W przeciwieństwie do wielu innych materiałów, stopy metali nie posiadają szeregu właściwości właściwych dla tego typu mieszanki; Są one zwykle tworzone w celu uchwycenia pożądanych cech każdego elementu i zwiększenia jego użyteczności.

Dlatego substancje te mają wyjątkowy charakter, jeśli chodzi o mierzenie ich ogólnych właściwości, ale wiadomo, że są one tworzone w celu poprawy następujących cech:

Odporność na odkształcenia lub uderzenia

Wytrzymałość mechaniczna metalu może być zwiększona przez jego połączenie z innym metalowym lub niemetalowym elementem, jak w przypadku stali nierdzewnych.

Wykorzystują one chrom, nikiel i żelazo, aby utworzyć materiał o ekstremalnej wytrzymałości na rozciąganie dla szerokiego spektrum zastosowań komercyjnych i przemysłowych.

W ten sposób stopy aluminium (z miedzią, cynkiem, magnezem lub innymi metalami) są innym rodzajem stopów, w których dodaje się drugie składniki w celu poprawy wytrzymałości aluminium, naturalnie miękkiego czystego metalu.

Temperatura topnienia

Temperatura topnienia stopów różni się od temperatury czystych metali: materiały te nie mają stałej wartości, ale topią się w zakresie temperatur, w których substancja staje się mieszaniną faz ciekłych i stałych.

Temperatura, w której rozpoczyna się topienie, nazywa się solidus, a temperatura, w której się kończy, nazywana jest likwidusem.

Odporność na korozję

Stopy mogą być formowane w celu poprawy zdolności metalu do przeciwdziałania korozji; W przypadku cynku ma on wysoką odporność na proces korozji, co czyni go przydatnym przy mieszaniu z innymi metalami, takimi jak miedź i stal.

Wygląd i kolor

Istnieją stopy, które zostały stworzone do upiększania metalu i nadają dekoracyjne zastosowania. Alpaca (lub nowe srebro) to materiał utworzony przez cynk, miedź i nikiel, który ma kolor i jasność podobną do srebra, co może dezorientować ludzi, którzy nie są zaznajomieni z tym materiałem. Ponadto jest używany do wielu zastosowań.

Przewodzenie ciepła

Przewodzenie ciepła można zmniejszyć lub zwiększyć dzięki połączeniu metalu z innym elementem.

W przypadku mosiądzu jest to bardzo dobry przewodnik ciepła i jest przydatny do produkcji domowych grzejników i wymienników ciepła w przemyśle. Ponadto stopy miedzi mają mniejszą przewodność cieplną niż czysty metal.

Przewodnictwo elektryczne

Przewodnictwo elektryczne może być również faworyzowane lub uszkadzane przez połączenie metalu z inną substancją.

Miedź jest naturalnie jednym z najlepszych materiałów przewodzących prąd elektryczny, ale pod tym względem zostanie uszkodzona przez sprzymierzenie się z innymi substancjami, tworząc stopy.

Przykłady

Żelazo meteoryczne

Jest to ten stop, który występuje naturalnie, uzyskany z meteorytów charakteryzujących się składem niklu i żelaza, które spadły na Ziemię w przeszłości i pozwoliły pierwszym ludziom wykorzystać ten materiał do wykuwania broni i narzędzi.

Brąz

Reprezentuje stop miedzi i cyny i reprezentuje podstawowy stop do produkcji broni, naczyń, rzeźb i biżuterii we wczesnych czasach ludzkości.

Mosiądz

Stop miedzi i cynku. Ten materiał jest używany do jego niskiego tarcia, aby być częścią zamków, klamek i zaworów.

Mangan

Ten element nie jest uzyskiwany w formie wolnej w naturze. Zwykle stanowi środek stopujący żelazo w wielu formach mineralnych i może mieć ważne zastosowania w stalach nierdzewnych.