Сплавы сообщение по химии: works.doklad.ru – Учебные материалы

alexxlab | 27.04.1984 | 0 | Разное

Содержание

Металлы и сплавы в химии и технике. (Реферат)

Металлы и сплавы в химии и технике.

Химические элементы – это элементы образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью. Из 110 известных химических элементов 88-металлы и только 22-неметаллы.

Такие металлы, как золото, серебро и медь, известны человеку с доисторических времен. В древние и средние века считали, что существует только 7 металлов (золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть). М. В. Ломоносов определял металл как “светлое тело, которое ковать можно” и относил к металлам золото, серебро, медь, олово, железо и свинец” А. Лавуазье в “Начальном курсе химии” (1789) упоминал уже 17 металлов. В начале XIXв. последовало открытие платиновых металлов, а затем щелочных, щелочноземельных и ряда других.

Триумфом периодического закона было открытие металлов, предсказанных на его основе Д. И. Менделеевым, – галлия, скандия и германия. В середине XX в. с помощью ядерных реакций были получены трансурановые элементы – не существующие в природе радиоактивные металлы.

Современная металлургия получает свыше 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов.

В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный газ подвижных электронов. Эти электроны компенсируют силы электрического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их в твердые тела.

Такой тип химической связи называют металлической связью. Она обусловила важнейшие физические свойства металлов: пластичность, электропроводность, теплопроводность, металлический блеск.

Пластичность — это способность металлов изменять форму при ударе, прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. При этом происходит смещение атомов и ионов кристаллической решетки, однако связи между ними не разрываются, так как соответственно перемещаются и электроны, образующие связь. Пластичность металлов уменьшается в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn. Fe. Золото, например, можно прокатывать в листы толщиной до 0,003 мм, которые используют для золочения.

Высокая электропроводность металлов объясняется присутствием свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положительному С повышением температуры колебания ионов и атомов металлов усиливаются, что затрудняет движение электронов и тем самым приводит к уменьшению электропроводности. При низких же температурах колебательное движение ионов и атомов, наоборот, сильно уменьшается, и электропроводность возрастает. Вблизи абсолютного нуля электрическое сопротивление у металлов практически отсутствует. Лучший проводник электричества – серебро, за ним идут медь, золото, алюминий, железо. Также изменяется и теплопроводность металлов, которая вызвана как высокой подвижностью свободных электронов, так и колебательным движением ионов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры в массе металла. Металлический блеск тоже связан с наличием свободных электронов.

Из других физических свойств металлов наибольший практический интерес представляют плотность, температура плавления и твердость. Самый легкий из металлов – литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый – осмий (22,6 г/см3). Металлы с плотностью меньше 5 г/см 3 называются легкими, остальные – тяжелыми. Температуры плавления металлов различаются очень сильно: цезий и галлий можно расплавить теплом ладоней, а температура плавления вольфрама +3410° С. При обычных условиях единственный жидкий металл – ртуть. В парообразном состоянии все металлы одноатомны, их кристаллическая решетка разрушается.

Металлы различаются по твердости. Самый твердый из них – хром – режет стекло, а самые мягкие – калий, рубидий и цезий – легко режутся ножом. Прочность, температура плавления и твердость зависят от прочности металлической связи. Она особенно велика у тяжелых металлов.

В технике сплавы на основе железа, т.е чугун, сталь, а также само железо, называют черными металлами, все остальные металлы называются цветными. Существуют и другие классификации металлов.

Химические свойства металлов определяются слабой связью валентных электронов с ядром атома. Атомы сравнительно легко отдают их, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. Поэтому металлы являются хорошими восстановителями. В этом их главная и наиболее общее химическое свойство.

Очевидно, как восстановители металлы должны вступать в реакции с различными окислителями, среди которых могут быть простые вещества (неметаллы), кислоты, соли менее активных металлов и некоторые другие вещества. Соединения металлов с кислородом называются оксидами, с галогенами – галогенидами, с серой – сульфидами, с азотом – нитридами, с фосфором – фосфидами, с углеродом – боридами, с водородом – гидридами и т. д.. Многие из этих соединений нашли важное применение в технике.

При взаимодействии металлов с кислотами окислителем является ион водорода Н, который принимает электрон от атома металла:

Mg – 2e=Mg2+

2H+ +2e=h4+

___________________

Mg+2H+=Mg2+H

Металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов (ряду напряжений) левее водорода, обычно вытесняют (восстанавливают) водород из разбавленных кислот типа НС1 или Н2S04, а металлы, стоящие правее водорода, его не вытесняют.

Взаимодействие металлов с водными растворами солей менее активных металлов можно иллюстрировать примером:

Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu

В этом случае происходит отрыв электронов от атомов более активного металла — цинка и присоединение их ионами менее активного Сu

2‘. Руководствуясь рядом стандартных электродных потенциалов, можно сказать, что металл вытесняет (восстанавливает) из растворов их солей многие следующие за ним металлы.

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) взаимодействуют и с водой, которая в этом случае выступает в роли окислителя.

Металлы, гидроксиды, которые амфотерны, как правило, взаимодействуют с растворами и кислот, и щелочей.

Металлы могут образовывать химические соединения между собой. Такие соединения обычно образуют типичные металлы с металлами, обладающими слабыми металлическими свойствами, например определенные соединения натрия со свинцом:

Nа5РЬ2, NaРЬ, Na2РЬ, Na4РЬ

Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметаллидов, интерметаллических соединений или металлоидов.

Рассмотренные свойства металлов, связанные с отдачей электронов в химических реакциях, называют металлическими. В различной степени ими обладают все химические элементы. О металлических свойствах судят, сопоставляя электроотрицательности элементов. Эта величина, выраженная в условных единицах, характеризует способность атома в молекуле притягивать электроны. Относительные значения электроотрицательностей элементов. Чем меньше электроотрицательность, тем сильнее выражены металлические свойства элементов.

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ.

Использование редкоземельных соединений дает возможность создавать материалы для постоянных магнитов малого веса с большой магнитной энергией. Наиболее эффективными для этой цели являются интерметаллические соединения кобальта с легкими редкоземельными металлами, такие как SmCo5, NdCo5, PrCo5.

При соответствующей технологической обработке (прессование мелких частиц в магнитном поле и последующее спекание), обеспечивающей возникновение однодоменных частиц, появляются огромные коэрцитивные силы. Кроме того, они обладают высокой намагниченностью насыщения при комнатных температурах и, как следствие этого, высокой остаточной индукцией

BR. Все это позволяет создавать из таких материалов постоянные магниты с очень большой максимальной магнитной энергией до 32 млн. Гс-Э, что в несколько раз больше, чем соответствующие энергии для лучших сплавов на основе элементов группы железа.

Подобные материалы открывают большие возможности в создании миниатюрных автономных источников постоянного магнитного поля. Соединения типа SmCo5 сейчас занимают ведущее место среди материалов, из которых изготовляются весьма сильные и компактные магниты для различных устройств в электротехнике, радиотехнике и автоматике (например, для создания миниатюрных электромоторов, магнитных элементов вакуумных приборов — ламп с бегущей волной, магнетронов, магнито – фокусирующих систем, для медицинских приборов и др.).

Дальнейшее улучшение материалов для постоянных магнитов на основе редкоземельных соединений требует лучшего понимания физики намагничивания ферромагнитных систем RCо5, а также изучения магнитных свойств новых соединений, например, Sm2Co17 и различных смешанных систем. Важным также является изучение влияния кристаллической структуры и дефектов структуры на магнитные свойства подобных материалов, а также отработка технологических приемов получения качественных магнитов из этих соединений.

Металлы и сплавы в технике

    Для изготовления оборудования в различных отраслях современной промышленности используются самые разнообразные материалы, как природные, так и созданные руками человека. Однако основа современной техники — машины и механизмы — изготовляются в основном из металлических материалов — металлов, сплавов металлов друг с другом и с некоторыми неметаллами, прежде всего с углеродом. Это связано с тем, что из всех видов материалов металлические материалы обладают наиболее ценными механическими свойствами. Кроме того, металлические материалы очень многочисленны и разнообразны по своим свойствам. 
[c.617]

    Медь — важный металл современной техники. Она являе”ся основным элементом таких сплавов, как латунь (с 2п), бронзы Зп, А1, Ве). В значительных количествах медь входит в состав мельхиора (на основе N1), нейзильбера (N1 и 2п), константана, манганина и некоторых других. Соединения меди (СигО, СиО) используются в качестве красок. Медь является хорошим инсектицидом. Одним из часто используемых соединений является медный купорос — СиЗО -бНгО. Серебро в основном находит применение в ювелирной промышленности, а его бромид и йодид — в фотографии. А ЫОз является исходным препаратом для получения других производных серебра. Главным потребителем золота является ювелирная промышленность. Почти 50% золота как валюта хранится в банках. 
[c.554]

    Современная техника включает детали и конструкции из различных металлов и сплавов. Если они находятся в контакте и попадают в раствор электролитов (морская вода, растворы любых солей, кнслот и щелочей), то может образоваться гальванический элемент. Более электроотрицательный металл становится анодом, а более электроположительный — катодом. Генерирование тока будет сопровождаться растворением (коррозией) более электроотрицательного металла. Чем больше разность электрохимических потенциалов контактирующих металлов, тем больше скорость коррозии. Почти все книги, особенно популярные, по коррозии металлов описывают случай, произошедший в 20-х годах текущего столетия в США. Один из американских миллионеров, не жалея денег, решил построить самую шикарную яхту. Ее дниш,е было обшито дорогим монель металлом (сплав 70 % никеля и 30 % меди), а киль, форштевень и раму руля [c.147]

    Применение /-металлов. Использование f-металлов в технике ограничено вследствие их дефицитности, вызванной трудностью получения в свободном виде. Больщое сродство /-металлов к кислороду и другим элементарным окислителям (S, N, Р) делает их очень перспективными раскислителями в металлургии, однако из-за высокой стоимости их применяют в исключительных случаях. Например, легирование электродной проволоки мишметаллом позволяет вести сварку меди и ее сплавов на воздухе без всякой защиты. [c.323]

    Для проведения различных процессов в инертной атмосфере широко используются инертные газы, преимущественно аргон (плавка металлов, сплавов и др.). Гелий применяется в смеси с кислородом в водолазном деле, для наполнения дирижаблей и для достижения очень низких температур. Аргоном наполняют счетчики в ядерных приборах. Фториды и оксиды ксенона могут быть использованы в качестве сильных окислителей, окисляющих даже такие стойкие металлы, как платина. Фториды используются для процесса фторирования. Оксид ксенона (VI) со временем найдет применение в технике взрывчатых веществ, ибо по своей взрывчатости он близок к тринитротолуолу. [c.640]


    Неорганические соединения находят широкое применение как конструкционные материалы для всех отраслей промышленности, строительства, энергетики, сельского хозяйства и транспорта, включая космическую технику (металлы, сплавы, цемент, стекло, керамика), как удобрения и кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармацевтические препараты. [c.94]

    В современной металлургии используется для получения различных сплавов больше половины элементов периодической системы отдельные сплавы содержат более десяти компонентов, причем сплав может иметь необходимые свойства только при определенном процентном содержании этих компонентов. Ко многим материалам, например, к германию и кремнию для полупроводниковых изделий, урану, жаростойки.м металлам и сплавам техника предъявляет очень высокие требования в отношении чистоты, т. е. отсутствия следов примесей. Необходимость сложных исследований таких материалов стимулировала развитие теории и методов аналитической химии. [c.10]

    Металлы подгруппы хрома в обычных условиях весьма устойчивы на воздухе и в воде. При нагревании взаимодействуют с кислородом, галогенами, азотом, фосфором, углем, кремнием и др. Известны нх многочисленные сплавы с другими металлами. Сплавы и сами металлы — весьма ценные материалы современной техники. [c.196]

    Во втором издании (первое — в 1979 г.) изложены основы теории и практики качественного и количественного анализа, методы анализа органических веществ, физико-химические (инструментальные) методы, технический анализ металлов, сплавов, руд, анализ газов и газовая хроматография. Описаны техника работ с приборами и методы расчета. [c.2]

    Чистые металлы в технике используют довольно редко, как правило, применяют сплавы металлов. В наиболее простом случае это бинарные сплавы, т. е. сплавы двух компонентов. Для объяснения превращений в сплавах нужно знать их диаграмму состояния, которая представляет изменение агрегатного состояния сплава я зависимости от его состава (откладывается по оси абсцисс) и температуры (откладывается по оси ординат). [c.21]

    В настоящее время происходит непрерывное расширение применения редкоземельных металлов в технике. В связи с этим редкоземельные металлы стали объектом интенсивного исследования. Мы проводили систематические исследования двойных сплавов редкоземельных металлов с германием с целью построения диаграмм состояния. В литературе данные о диаграммах состояния этих систем почти отсутствуют [11, 17]. [c.191]

    Электролиз расплавленных сред с жидким катодом используют Ч технике для получения товарных сплавов, например тройного сплава РЬ—Na—К, или для приготовления промежуточных сплавов, из которых затем вакуумной разгонкой выделяют нужный металл. При вакуумной разгонке полученного электролизом сплава отгоняют наиболее летучий компонент. В одном случае это может быть осажденный при электролизе на жидком катоде металл. В технике так получают металлический кальций, который [c.214]

    При изложении методик расчета, как правило, предполагается анизотропность материалов. Если металлы, сплавы и многие пластмассы удовлетворяют этому допущенивд, то дерево, армированные бетоны, волокнистые и армированные полимерные материалы имеют существенные отличия прочностных и упругих характеристик в различных угловых сечениях. Анизотропными свойствами обладают сотовые конструкции, широко применяемые в технике. При расчете конструкций с анизотропными свойствами необходимо учитывать ориентацию сот, волокон, арматуры с тем, чтобы иметь возможность оценки прочности детали, изделия в различных угловых сечениях. [c.171]

    Особенно широкое применение электрические печи пол у-чили для плавки цветных металлов и их сплавов. Цветные металлы в технике широко используются как в чистом виде, так и в виде сплавов. Сплавы металлов образуются при затвердевании расплавов, состоящих из двух или большего числа металлических, а также неметаллических (в небольших количествах) компонентов. Путем подбора компонентов сплава и соотношения между ними удается придать сплаву более высокие физико-химические свойства, по сравнению со свойствами чистых металлов. [c.267]

    При рещении проблемы создания жаростойких покрытий еще в значительной мере преобладает эмпиризм, обусловленный недостатком термодинамических и кинетических данных для высоких и сверхвысоких температур. Нет достаточного количества диаграмм состояния металл (сплав)—покрытие — кислород, данных по термодинамическим активностям компонентов в сложных системах, давлению паров, диффузионным подвижностям компонентов в тройных, а также более сложных системах и т. д. Кроме того Сложность изучаемой системы подложка—покрытие — коррозионная среда, включающей большое число изменяющихся параметров, создает значительные трудности для изучения механизма протекающих процессов. Этим отчасти можно объяснить тот факт, что-несмотря на важность задачи и значительные научно-техниче-ские силы, занятые ее решением, до сих нор не созданы покрытия, удовлетворяющие разнообразные запросы современной техники. К настоящему времени, например, разработаны покрытия на вольфраме, работающие лишь 20 час. при 1800° С, что же касается температур > 2000° С, то> срок службы покрытий здесь ограничивается несколькими десятками минут [c.216]


    Возможность получения осаждением из газовой фазы практически любых металлов, сплавов и химических соединений предопределяет широкое применение этого метода в машиностроении и других отраслях техники. Некоторые примеры использования процессов осаждения из газовой фазы приведены в табл. 5. [c.187]

    Тугоплавкие материалы (металлы, сплавы и соединения) являются сравнительно новыми материалами в машиностроении, приборостроении и других отраслях техники, и области применения их еще в полной мере не определились. [c.366]

    Чистые металлы в технике почти не используются. Большая часть металлов применяется в виде сплавов. [c.5]

    Применение металлического алюминия и его сплавов. Алюминий— один из наиболее важных металлов в современной технике. Его используют в чистом виде, в сплавах и в соединениях. Металлический алюминий образует сплавы с очень многими металлами. Сплавы его широко применяют благодаря его малой плотности, высокой устойчивости на воздухе, в воде, кислотах, прочности, электрической проводимости и теплопроводности. [c.192]

    Явление пассивности металлов имеет большое практическое значение, так как коррозионная стойкость многих конструкционных металлов и сплавов определяется их способностью к пассивированию в определенных условиях. Для повышения стоЙ1сости некоторых металлов в технике широко используется способ ис кусственного пассивирования. [c.62]

    Для металлов в виде простых веществ характерны такие свойства, как электропроводность, большая теплопроводность, пластичность, блеск и т. д. В технике в название металлы вкладывается более широкое понятие как о материалах, обладающих характерными признаками металлов — сплавы и даже некоторые соединения металлов. [c.200]

    Высокая отражательная способность алюминия весьма нужна для производства зеркал, мощных рефлекторов и больших телевизионных экранов. Чистый алюминий и в особенности некоторые его сплавы обладают очень высокой коррозионной стойкостью в воде, в том числе в кипящей. Алюминий практически не взаимодействует с концентрированной азотной кислотой, со многими органическими веществами и пищевыми продуктами. У алюминия малый захват нейтронов в сочетании с коррозионной стойкостью и технологичностью это делает его одним из важнейших металлов атомной техники. [c.201]

    Катодным распылением можно наносить пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков. Подробно с техникой катодного распыления можно ознакомиться в работе [48, с. 58]. Преимущества метода катодного распыления возможность получения тонких пленок из самых тугоплавких материалов  [c.142]

    Сплавы. Для изготовления оборудования в различных отраслях современной промышленности используются самые разнообразные материалы, как природные, так и созданные руками человека. Однако основа современной техники — машины и механизмы— изготовляются в основном из металлических материалов — металлов, сплавов металлов друг с другом и с некоторыми неметаллами, прежде всего с углеродом. Это связано с тем, что из всех видов материалов металлические материалы об- [c.536]

    Значительно более обширно применение алюминия в виде раз-личных сплавов, наряду с хорошими механическими качествами характеризующихся своей легкостью. Особенно важен так называемый дуралюминий—сплав алюминия с медью (до 5%), магнием (до 2%) и марганцем (до 1%). Он ценен тем, что при равной прочности изделия из него почти в три раза легче стальных. Не говоря уже об авиационной промышленности, для которой легкость материала особенно важна, облегчение металлических конструкций имеет громадное значение для ряда областей техники. Это становится особенно наглядным, если принять во внимание, что, например, в груженом товарном вагоне около трети всей массы приходится на материалы, из которых изготовлен сам вагон, а в пассажирских вагонах иа их собственную массу падает до 90% всей нагрузки. Очевидно, что даже частичная замена стали дуралюминием дает громадный технико-экономический эффект. В связи с этим, а также ввиду наличия в природе практически неисчерпаемых запасов алюминия, его иногда называют металлом будущего . Возможность широкой частичной замены им основного металла современной техники — железа — ограничивается главным образом сравнительно высокой стоимостью алюминия. [c.351]

    ПОРОШКЙВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, область науки и техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов, сплавов и металлоподобных соед., полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллич-порошками без расплавления осн. компонента. [c.73]

    РФА благодаря своей высокой универсальности, избиратель ности и экспрессности успешно используется в различных обла стях науки, техники и промышленности. Он может быть приме нен для анализа как твердых образцов (порошки, металлы сплавы), так и жидкостей (масла, нефти, растворы). Метод поз воляет проводить исследования без повреждения анализируемо го объекта. Как правило, интенсивность вторичного изучения не зависит от формы химической связи определяемого элемента Это обеспечивает высокую точность анализа и позволяет сни зить относительную погрешность до 0,1—0,5%. Порог обнару жения в отдельных случаях составляет 10 %. Время анализа может быть доведено до 1 мин и меньше. Но не этими показате лями определяется основной успех метода. Главным достоинст вом РФА является то, что при своих характеристиках (суммар пая погрешность — 5—10%, предел обнаружения—10 —Ю % длительность определения с учетом пробоподготовки — 20— 25 мин) он реализуется на сравнительно простой и малогабарит ной аппаратуре. [c.67]

    Типографские сплавы). Драгоценными являются сплавы кадмия с золотом и серебром, используемые в ювелирном деле. Кадмий придает разные оттенки изделиям из драгоценных металлов. Сплавы серебра с кадмием обладают повышенной пластичностью (см. также Ювелирные сплавы). К специальным относится сплав меди с кадмием (0,9—1,2%) — кадмиевая бронза, отличающаяся повышенными мех. св-вами, относительно высокой электропроводностью и теплопроводностью, повышенной износостойкостью, она удовлетворительно обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Кадмиевую бронзу применяют для изготовления коллекторных пластин, контактных проводов электрифицированного транспорта, в реактивной технике, для электродов сварочных машин идр. Присадка кадмия повышает коррозионную стойкость магния сплавов. Амальгама кадмия, содержащая 25% Сс1, 70% Н , используется в зубоврачебном деле (см. также Зубопротезные сплавы). Кадмий входит в состав платиножелезных сплавов, применяемых в произ-ве нержавеющих и диамагнитных пружин для часовых механизмов. Сплав свинца с оловом, сурьмой и кадмием (0,25%) применяют при бронировании кабеля, дх.я увеличения стойкости свинца против вибрации. [c.526]

    РЕЛАКСАЦИЯ (лат. ге1аха1ш — уменьшение, ослабление) — установление термодинамического, а следовательно, и статистического равновесия в физической или физико-химической системе. В процессе Р. макрохарактеристики св-в системы приближаются к равновесным значениям. Известна Р. механических, электрических, магнитных и др. свотютв в металлах и их сплавах, в неорганических стеклах и др. материалах. В технике наиболее важна релаксация напряжений (или мех. релаксация), т. е. уменьшение напряжений в упругонапряженном твердом материале (металле, сплаве и др.) при его неизменных (в направлении действующих сил) линейных размерах (рис., о). При Р. напряжений суммарная деформация во, состоящая [c.301]

    Особенно быстрое развитие производство Р. э. получило в последние 20 лет — после 2-й мировой войны. Оно обусловлено разнообразием требований к физикохимическим свойствам материалов, предъявляемых техникой, особенно повыми ее отраслями скоростной авиацией и ракетостроением, электроникой, атомной энергетикой и др. Так, иаир., потребность в легких жаропрочных сплавах для авиации вызвала освоение в крупных масштабах производства титана-металла, к-рый до 1950 был редкостью даже в лабораториях в связи с быстрым развитием полупроводниковой электроники возникло производство чистейшего германия атомная пром-сть потребовала организации круппых производств урана, тория, а также циркония, бериллия, лития и др. редких металлов. Важнейшее значение имеют редкие металлы для производства специальных сталей, сверхтвердых, жаропрочных и коррозионноустойчивых сплавов, матс-шалов электровакуумной и осветительной техники. Естественно, что по мере развития производства и потребления Р. э. термин редкие металлы утрачивает свое первоначальное значение, т. к. многие из них становятся распространенными металлами современной техники. [c.300]

    Применение. С. находит широкое применение в технике в виде сплавов и соединений. Сплав С. со свинцом (от 5 до 15% 8Ь), т. наз. твердый свинец, используется для изготовления пластин аккумуляторов, листов и труб для химич. пром-сти, для оболочек телеграфных, телефонных и электрич. кабелей. Типографский металл — сплав свинца, олова и С. (от 5 до 30% 8Ь) применяют для изготовления типографского шрифта. Подшипниковые металлы (бабиты) — силав С. с оловом, свинцом и медью (от 4 до 15% 8Ь) используют в качестве вкладышей подшипников. В последние годы большое применение в произ-ве полупроводниковых приборов находят С. высокой чистоты и антимониды. Чистую С. (общая сумма примесей 1 10 вес.%) применяют как донорную добавку при произ-ве полупроводников из германия, а также она служит исходным материалом для приготовления антимонидов (А18Ь, [c.562]

    Основной задачей настоящего руководства является изложение техники и методики количественного микроанализа минералов, руд и горных пород, описание некоторых конкретных примеров с целью бэлее успешного использования рассмотренных методов в практике наших научно-исследовательских, заводских и уч 5ных лабораторий. Можно надеяться, что методы, описанные в этой книге, могут оказаться полезными и при изучении состава металлов, сплавов и других неорганических веществ. [c.10]

    Низкотемпературная паГп. а металлов, широко используемая в производстве аппаратуры связи, радио-телевизионной и вычислительной технике, осуществляется, как правило, при помощи паяльных флюсов. Их роль в основном сводится к удалению окисной пленки с поверхности паяемых металлов (сплавов). [c.81]


Доклад по химии “Металлы” – Kratkoe.com

Автор J.G. На чтение 3 мин Обновлено

Металлы сообщение по химии  кратко расскажет Вам много полезной информации об этих химических элементах. Также сообщение о металлах поможет подготовиться к занятию.

Доклад по химии «Металлы»

На сегодняшний день металлы широко распространены в природе и встречаются в водах рек, морей, океанов, озер, в недрах земли, даже в телах растений, животных и атмосфере.

Свойства металлов:
  • Кристаллическая плотная структура
  • Металлический блеск
  • Электрическая проводимость
  • Высокая теплопроводность
  • С повышением температуры уменьшается электрическая проводимость
  • Легко отдает электроны
  • Тягучесть и ковкость
  • Могут образовывать сплавы

Металлы и сплавы, разделяются на 2 группы:

  1. Черные металлы и его сплавы

К сплавам относятся сталь и чугун. В технике используются никель, хром, вольфрам, кобальт, титан, молибден, ванадий другие металлы. Они получаются путем легирования. Обладают высокой прочностью, сопротивляемостью к истиранию, коррозионной устойчивостью.

2.Цветные металлы и его сплавы

Они так называются, потому что их раскраска разнообразна. Медь, к примеру, медь светло-красная, олово, серебро, никель – белого окраса, золото – желтое, а свинец — голубовато-белый. Сплавы цветных металлов широко используются в ювелирном деле.

Часто с цветными и черными металлами выделяют и благородные металлы — золото, серебро, рутений и платину. Они на воздухе не окисляются и не разрушаются даже при воздействии щелочей и кислот.

Химические свойства металлов

Основное химическое свойство – способность атомов с легкостью отдавать валентные электроны и переходить в состояние положительно заряженных ионов. Типичные металлы не присоединяют электронов – их ионы всегда положительные. Поэтому они считаются энергичными восстановителями. И чем легче определенный металл отдает электроны, тем он стает активнее и энергичнее вступает в действие с другими металлами. Данное химическое свойство изучил русский ученый Бекетов, который расположил их по убыванию химической активности, так именуемый «вытеснительный ряд». Расположенные по возрастанию металлы образовывают электрохимический ряд напряжений. Выглядит он следующим образом: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Химические свойства металлов:
  • Чем электродный потенциал у металла меньше, тем выше его восстановительная способность.
  • Металл может вытеснять из растворов солей металлы, которые в ряду напряжений стоят после него.
  • Металлы с отрицательным стандартным электродным потенциалом могут вытеснять из растворов кислот металлы, которые стоят левее водорода в ряду напряжений.
  • Металлы обладают электромеханической и химической активностью.

Где применяют металлы?

Металлы применяются в следующих областях:

  • В конструкционной промышленности

Металлы являются главным конструкционным материалом из-за их однородности, высокой прочности и непроницаемости для газов и жидкостей. Благодаря возможности менять рецептуру сплавов можно  и изменять их свойства.

  • В электротехнической промышленности

Металлы являются прекрасными проводниками электричества, особенно алюминий и медь. Их используют для электронагревательных элементов и резисторов как материал с повышенным сопротивлением.

  • Для изготовления инструментальных материалов

Сплавы и металлы применяются для изготовления рабочей части инструментов. Преимущественно это сталь, твердые сплавы, алмаз, керамика и нитрид бора.

Надеемся, что доклад на тему «Металлы» помог Вам узнать новую информацию об этих химических элементах. А сообщение по химии на тему «Металлы» Вы можете дополнить через форму комментариев ниже.

Презентация – Сплавы металлов

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Сплавы металлов
Ким Р.М. учитель химии МБОУ СОШ с.Альняш

Слайд 2

Цели урока:
Задачи урока: Дать понятие о сплавах, классификации и свойствах; Познакомить с важнейшими сплавами, их значением в жизни общества и преимуществом сплавов перед чистыми металлами.

Слайд 3

Оборудование и материалы: Коллекции сплавов цветных и черных металлов (чугуны и стали, алюминий, медь), изделия из сплавов. Компьютер, мультимедийный проектор.

Слайд 4

Сплавы- это системы, полученные сплавлением каких-либо веществ. Под этим термином подразумевается макроскопически однородный материал, который состоит из 2 или нескольких химических элементов. При этом в сплаве преобладают металлические компоненты.

Слайд 5

В сплавах различают следующие составляющие: • основа, состоящая из одного или нескольких металлов; • малые добавки модифицирующих и легирующих элементов; • неудаленные примеси (технологические, природные, случайные).

Слайд 6

Твердые растворы
Механическая смесь
Интерметаллиды
Виды сплавов
Расплавленные металлы неограниченно растворяются друг в друге, т.е. смешиваются в любых отношениях. Это сплавы состава: Ag – Cu, Ag – Au, Cu – Ni
Расплавленные металлы смешиваются между собой в любых отношениях, но при охлаждении образуют сплав, состоящий из мельчайших отдельных кристалликов каждого из металла Это сплавы состава: Pb – Sn, Pb – Ag, Bi – Cd
Расплавленные металлы вступают в химическое взаимодействие и образуют соединения интерметаллиды. Это сплавы: Zn и Cu, Ca и Sb, Pb и Na

Слайд 7

По строению: Механическая смесь Твердый раствор Интерметаллическая смесь
По структуре: Гомогенные Гетерогенные
По основному компоненту: Черные Цветные
Классификация сплавов
По числу компонентов: Двойные Тройные Многокомпонентные
По свойствам: Тугоплавкие Легкоплавкие Коррозионно-устойчивые

Слайд 8

Конструкционные (сталь, дюралюминий, чугун). К данной группе относятся и сплавы со специальными свойствами. Так они отличаются искробезопасностью или антифрикционными свойствами. К ним относятся латуни и бронзы.
Для заливки подшипников (баббит).
Для электронагревательной и измерительной аппаратуры (нихром, манганин).
По своему назначению они делятся на такие группы:
Для производства режущих инструментов (победит).

Слайд 9

Литейный, при котором происходит затвердевание однородной смеси разных расплавленных компонентов.
Пирометаллургический. Для разогрева сырья используют тепловую энергию, полученную в процессе сгорания топлива. ирометаллургическим методом получают стали в мартеновских печах и чугуны в домнах.
Электрометаллургический. При электрометаллургическом способе сырье нагревают в индукционных или дуговых электрических печах. При этом сырье расславляется очень быстро.
Способы получения сплавов
Порошковый, при котором для изготовления сплава используются порошки его компонентов. Благодаря прессованию им придают определенную форму, а затем спекают в специальных печах.

Слайд 10

Цветные сплавы Бронза
Сплав меди с другими металлами. Различают: Оловянную бронзу (20% олова), Алюминиевую бронзу (5-11 % алюминия) Свинцовую бронзу (до 33% свинца) Применение: изготовление частей машин, художественные отливки

Слайд 11

Цветные сплавы Латунь
Сплав меди и цинка (до 30-35% цинка) Свойства: высокая пластичность Применение: декоративные предметы искусства

Слайд 12

Цветные сплавы Мельхиор
Сплав меди и никеля (до 5-30% цинка) Свойства: прочность, коррозионная стойкость Применение: детали морских судов, посуда, монеты

Слайд 13

Цветные сплавы Дюралюминий
Сплав алюминия (до 95%) с добавками магния, меди, марганца. Свойства: легкий, прочный. Применение: в авиастроении, машиностроении, строительстве и др.

Слайд 14

Чугун: сплав на основе железа, содержит от 2 до 4,5% углерода, марганец, кремний, фосфор, серу Свойства: тверже железа, очень хрупкий, не куется Применение: изготовление массивных деталей методом литья (литейный чугун), переработка в сталь (передельный чугун)
Железоуглеродистые (черные) сплавы

Слайд 15

Сталь: сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода Виды: Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом и меньшим количеством марганца, серы, кремния, фосфора. Применение: детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки, инструменты
Железоуглеродистые (черные) сплавы

Слайд 16

Домашнее задание: Подготовить сообщение на тему: «Сплавы в технике, медицине, в повседневной жизни» (на выбор)

Металлы в технике, металлы в строительстве.

Металлы в технике, металлы в строительстве.

цветной металлопрокат

Металлы применяются во всех отраслях промышленности  и хотя современная техника немыслима без использования не металлических материалов, всё равно металлы являются основной составляющей.    В обиходе считается, что есть чёрные металлы и цветные. К чёрным относятся железо и его сплавы.  Эти продукты являются важнейшими и основными конструкционными материалами в технике и  в промышленном производстве.  Остальные металлы относят к цветным.

Физические свойства металлов обуславливают применения их  в различных технических устройствах и оборудовании.   Металлы, обладающие высокой электропроводностью – серебро, медь, алюминий  используют в электротехнической промышленности. Лёгкие и прочные металлы  незаменимы в самолётостроении и авто строении.  Автомобили, самолёты и другая транспортная техника не мыслима без титана и алюминия.  Для улучшения потребительских свойств техники разрабатывают и применяют сплавы металлов.  В частности, дюралюминий – сплав алюминия с медью,  магнием и марганцем.  Современные самолёты на 75-80% состоят из дюралюминия.  Дюралюминий, обладающий лёгкостью алюминия и, благодаря добавкам, большой прочностью, сделал настоящею революцию в производстве самолётной технике. Строительство самолётов не обходится без других металлов и многие из них также представляют собой сплавы с улучшенными свойствам.

Чёрные металлы применяют в технике, подверженной длительным и тяжёлым нагрузкам.  Это в первую очередь железнодорожная и сельскохозяйственная техника.  Тяжёлая и постоянная нагрузка в железнодорожном транспорте требует использования самой прочных и недорогих материалов.  По этим показателям лучшим считается чугун.  Чугун используют при производстве вагонных колёс.  Чтобы повысить долговечность работы пары колесо-рельс, соприкасающиеся детали делают из металлов с различными свойствами.  Если колесо чугунное, с содержанием углерода не менее 2,14%, то рельсы – стальные с небольшим содержанием углерода, с добавками повышающими пластичность и вязкость металла.

Сельскохозяйственная техника работает не просто в полевых условиях, а в тяжёлых и напряжённых условиях.  Металлы, используемые в сельхозтехнике должны быть прочными и долговечными.  Здесь, конечно, незаменимы чугун и конструкционная сталь.

В чистом виде металлы, за исключением некоторых, в технике применяются редко.  Современная химия и металлургия делают сплавы с улучшенными, чем у основы, свойствами, а главное свойства имеют узконаправленное действие – большую прочность, лучшую защиту от коррозии, более высокую электропроводимость и т.д.

В строительстве, в подавляющем большинстве случаев , используют чёрный металл.  Несущий металлопрокат  — трубы, швеллер, балки, делают из конструкционной стали.  Этот материал применяют во всех сферах строительной индустрии.  Особую популярность, в первую очередь при строительстве малоэтажных сооружений,  приобрели в последнее время профильные трубы и оцинкованные лёгкие, тонкостенные конструкции.

Лестница из нержавеющей стали

 

Часто при  строительстве даже небольших объектов используют целый спектр различных материалов.  К примеру, при сооружении лестницы на металлокаркасе, сам каркас делают из конструкционной  стали.  Ограждения лестницы – из нержавеющей стали.  Стойки, опоры, столбы лестниц, а также элементы холодной ковки делают из чугуна. Крепёжные элементы лестниц защищают цинком.  Поручни и декоративные узлы лестниц хромируют и никелируют.  Как видно, даже для небольшого строения – лестница, применяют достаточно большую номенклатуру металла.

«Металлы в архитектуре города: монумент «Покорителям космоса»

Авторы:

Иванова Татьяна Юрьевна, учитель химии ГБОУ «Школа  № 1034», 

Марина Алексеевна Усиченко,

Валентин Евгеньевич Никитин,

Ольга Викторовна Демина.

Возрастной диапазон урока:

9 класс.

Изучаемые элементы содержания образования:

Химический элемент титан, строение атома титана, простое вещество титан, распространение титана в природе, физические и химические свойства титана, титановые сплавы, классификация титановых сплавов, коррозионная устойчивость титана и его сплавов.

Место проведения урока:

Монумент «Покорителям космоса».

Проезд: станция метро «ВДНХ», в конце Аллеи Космонавтов.

Адрес: проспект Мира, д. 111.

Галерея изображений:

Свободное описание урока:

Урок проводится на территории мемориала «Покорителям космоса». Данный урок целесообразно проводить при изучении темы «Металлы». Урок дает возможность подробнее познакомиться с особенностями выбора определенного металла на основании его физических и химических свойств, коррозионной устойчивости для создания определенного изделия, учитывая условия его эксплуатации, а также показать прикладную роль химии. Изучение учащимися мемориала «Покорители космоса» позволяет расширить их представления об эпохе социализма и о важных событиях, произошедших в этот исторический период. Форма организации урока направлена на формирование у учащихся навыка изучения известного исторического объекта с разных точек зрения. На этапе подготовки к уроку учащиеся распределяются на три группы для подготовки экскурсий по следующим темам: история создания мемориала и исторические события этого периода; титан – химический элемент и простое вещество; титановые сплавы и коррозионная устойчивость. Каждая группа на уроке представляет доклад по предложенному заданию, это позволит остальным учащимся ответить на вопросы рабочего листа. Ситуационные и дополнительные задания, тесты могут быть предложены обучающимся в качестве домашнего задания.

Приложения:

  • Коллекция элементов
  • Текстовые материалы учителя
  • Текстовые материалы для учеников
  • Кейсы
  • Задание
  • Тесты
  • Ссылки
  • Список литературы

Химические элементы в военном деле

изучить применение химических элементов в военном деле

  • 1. Применение металлов в военном деле
  • 2. Применение неметаллов в военном деле

МЕТАЛЛЫ

НЕМЕТАЛЛЫ

Колоссальная масса железа истрачена во все войны

Только за Первую мировую войну было израсходовано 200 млн тонн стали, за Вторую мировую войну – примерно 800 млн тонн

Сплавы железа в виде броневых плит и листья толщиной 10-100 мм используются при изготовлении корпусов и башен танков, бронеавтомобилей и в другой военной технике

Толщина брони военных кораблей и береговых орудий

достигает 500 мм

В тринадцатой квартире

Живу, известный в мире

Как проводник прекрасный.

Пластичен, серебрист.

Еще по части сплавов

Завоевал я славу,

И в этом деле я – специалист.

Вот мчусь я, словно ветер,

В космической ракете.

Спускаюсь в бездну моря,

Там знают все меня.

По внешности я видный,

Хоть пленкою оксидной

Покрыт, она мне – прочная броня

«Крылатый» металл алюминий используется в виде сплавов с другими элементами в самолетостроении для обшивки самолетов, изготовления винтов; в космической технике- для изготовления баков под горючее и корпусов межконтинентальных ракет. Из сплава алюминия меди и марганца делают корпуса судов на подводных лодках, баки для хранения и перевозки сжиженного газа

Свинец – тяжелый металл, его плотность 11,34 г/см³, поэтому он массово применяется в огнестрельном оружии. Свинцовые метательные снаряды использовались еще в древности. И сейчас пули отливают из свинца. Лишь их оболочки делают из других твердых металлов. В производстве подшипников для военной техники очень важны сплавы свинца – баббиты, свинцовые бронзы. Слой свинца в 15-29 см применяется для защиты от радиоактивного излучения

А я – металл космического века,

Недавно стал на службу человеку,

Хоть в технике я молодой метал,

Но славу я себе завоевал.

Я жаропрочен и теплопроводен,

И в атомных реакторах пригоден,

А в сплавах с алюминием, титаном,

Я нужен как горючее ракет,

По легкости мне в сплавах равных нет

Я – магний легкий и активный,

И в технике незаменимый:

Во многих моторах найдете детали,

Содержат которые магниевые сплавы.

Для осветительных ракет

Другого элемента нет!

Сплав меди и цинка – латунь – хорошо обрабатывается давлением и имеет высокую вязкость

Она используется для изготовления гильз патронов и артиллерийских снарядов, так как обладает хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам создаваемым пороховыми газами

Титан используется в производстве турбореактивных двигателей, в космической технике, артиллерии, судостроении, машиностроении, атомной и химической промышленности

Из титановых сплавов готовят несущие винты современных тяжелых вертолетов, рули поворота и другие ответственные детали сверхзвуковых самолетов

А я – гигант, зовусь титан.

Винты вертолетов,

Рули поворота

И даже детали сверхзвуковых самолетов

Изготавливают из меня

Для этого и нужен я!

Соединения фтора с хлором и бромом используются в ракетном топливе

Сера – компонент черного пороха (вместе с углем и селитрой)

В гелиевой защитной среде проходят отдельные стадии получения ядерного горючего

В контейнерах, заполненных гелием, хранят и транспортируют тепловыделяющие элементы ядерных реакций

Неоново-гелиевой смесью заполняют газосветные лампы, незаменимые для сигнальных устройств

При температуре жидкого неона хранят ракетное топливо

Широкое применение находят полимерные металлы при возведении полевых и защитных сооружений, строительстве дорог, взлетно-посадочных полос, переправ через водные преграды

Из пластмассы тефлон прессуют многие важнейшие детали самолетов, машин, станков

Химические волокна, в составе которых имеется углерод, идут на изготовление прочного авто- и авиакорда

Без продукции резиновой и шинной промышленности остановились бы автомобили, перестали бы работать электродвигатели, компрессоры, насосы и, конечно, не летали бы самолеты

Циркониевые сплавы – обзор

6.2.2 Упрочнение магниевых сплавов

Металлический магний, как и большинство чистых металлов, по своей природе довольно слаб и требует упрочнения для большинства инженерных приложений. Сплавы на основе Mg могут быть сложными (Unsworth, 1988), и здесь можно включить только краткое изложение. В общем, как и в случае с другим семейством сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, сплавы на основе магния не только в основном не обладают прочностью, но и имеют тенденцию к быстрой ползучести при повышении температуры.

В результате легирования Al и Zn был получен ряд полезных сплавов, известных как серия AZ, включая AZ31, AZ63 и AZ91. Последний сплав (его буквы обозначают 9 мас.% Алюминия и 1 мас.% Цинка) широко популярен. Многие из этих сплавов содержат до 0,4% Mn, как и в случае сплавов, содержащих Al и Mn, AM50 (Mg-5Al-0,4Mn) и AM60 (Mg-6Mg-0,4Mn). Другие Al- и / или Zn-содержащие сплавы включают Mg-Al-Si, Mg-Al-Rare Earth и Mg-Zn-Cu. Введение вариантов этих сплавов высокой чистоты с более низким содержанием Fe, Cu и Ni значительно улучшило коррозионную стойкость.Обычный сплав для литья в песчаные формы AZ91C в настоящее время в значительной степени заменен AZ91E, его эквивалентом высокой чистоты, который имеет примерно в 100 раз лучшую коррозионную стойкость. Сплав ZC63 (Mg-6Zn-3Cu-0.5Mn) был разработан как легко обрабатываемый материал для отливок двигателей, таких как блоки цилиндров и масляные поддоны.

Насколько это возможно, важно улучшить зернистость структуры отливок из магниевого сплава. Типичное измельчение зерна может уменьшить размер зерна с 250 мкм до 50 мкм. Причина важности измельчения зерна заключается в том, что предел текучести σ y в сплавах Mg сильно зависит от размера зерна соотношением Холла-Петча:

(6.1) σy = σo + Kyd − 1/2

Связь сильна для сплавов Mg из-за их гексагональной плотноупакованной кристаллической структуры. Единственная плоскость, допускающая относительно легкое скольжение, – это базовая плоскость 0001. Все другие направления в кристалле представляют значительную трудность для инициирования скольжения. Таким образом, поскольку для двух соседних зерен маловероятно совмещение базисных плоскостей, распространение скольжения от одного зерна к другому обычно затруднено. Таким образом, фактор K y в уравнении Холла – Петча для сплавов Mg необычно велик.(Это контрастирует со сплавами αAl, в которых влияние размера зерна относительно невелико, потому что K y мало. Это следует из того, что скольжение от одного зерна к другому происходит легко в гранецентрированной кубической [ГЦК] решетке алюминия в результате из-за его высокой симметрии; кристалл с ГЦК имеет много возможностей скольжения во всех направлениях.)

К сожалению, измельчение зерна сплавов Mg является неудовлетворительным списком рецептов традиционных методов, без убедительных научных объяснений.Например, загадочная природа измельчения зерен сплавов Mg-Al путем перегрева примерно до 850 ° C широко практикуется, но не осознается. Подозревается роль углерода, растворенного в стальных тиглях. Более широкий диапазон сплавов можно измельчить за счет добавления углерода, наиболее часто с помощью гексахлорэтана, погруженного в расплав для одновременного дегазирования. Другое черное искусство измельчения этих сплавов перечислено Эмли (1966). Zhang et al. (2010) описали новую технику измельчения зерна для AZ91, заключающуюся в барботировании смеси Ar + CO 2 через расплав, содержащийся во вращающейся установке дегазации.Обработка длится 30 минут, после чего уменьшение размера зерна кажется лучше, чем у конкурирующих обработок. Хотя авторы предполагают, что карбид алюминия Al 4 C 3 может быть эффективным зародышеобразователем, они пренебрегают тем, что расплав почти наверняка заполнен оксидными пленками. Несмотря на это, они сообщают о повышении прочности на разрыв до 20% и относительного удлинения до 100%.

Сплавы Mg-Zr

Совершенно иной класс сплавов Mg был открыт после открытия сплавов Mg-Zr компанией Sauerwald в 1947 году.Это была выдающаяся разработка для Mg, позволившая получить сплавы с улучшенными свойствами как при комнатной, так и при повышенных температурах. Сплавы получают свои свойства благодаря замечательному измельчению зерна Zr.

Цирконий лишь слабо растворим в Mg с пределом всего 0,60% Zr, и необходимо насыщать расплав Zr, потому что только Zr в растворе во время литья эффективен для измельчения размера зерна. При затвердевании, подвергающемся перитектическому превращению около 650 ° C (имеющиеся фазовые диаграммы в этой области не ясны), кажется, что частицы, богатые Zr, осаждаются в расплаве.Богатые Zr частицы образуют чрезвычайно эффективное ядро ​​для Mg в результате их аналогичной гексагональной структуры решетки и их почти идентичных периодов решетки. Частицы часто видны в центрах зерен Mg, что подтверждает их роль в качестве зародышей для измельчения зерен. (Действие Zr полезно только в тех сплавах, которые не содержат Al, потому что Al и Zr образуют стабильное соединение, которое эффективно удаляет весь свободный Zr из раствора. Подобные реакции происходят с Mn, Si, Fe, Ni, Co, Sn и Sb. .)

Основное влияние Zr на прочность сплавов Mg (в сплавах, свободных от предыдущего списка элементов), вероятно, не является результатом обычных механизмов дисперсионного твердения или твердения в растворе и т. Д., А его впечатляющим действием на измельчение зерен согласно (6.1). Размер зерна обычно уменьшается с 2 до 0,05 мм. Такое резкое измельчение зерен, по-видимому, является результатом не только наличия эффективных ядер, но и значительного вклада в последующее ограничение роста зерен другими растворенными веществами, как ясно показал StJohn (2005).

Исторически сложилось так, что добавление Zr к расплаву Mg было затруднено из-за низкой растворимости Zr и его потерь в результате реакции с воздухом и реакции с Fe из стального тигля, особенно при повышении температуры с 730 ° до 780 ° C. ° C (Cao, Qian et al., 2004). Традиционно одним из наиболее успешных методов добавления Zr было использование лигатуры, содержащей Mg и 30% Zr, плюс остаточный тяжелый флюс, часто «утяжеленный» плотным хлоридом, таким как BaCl 2 .Сплав и его содержание захваченных хлоридов и фторидов необходимо «разлить в лужу» (то есть механически взбить или перемешать, а затем снова оставить для осаждения. Он находится в избытке у основания тигля, чтобы действовать как резервуар Zr, поддерживая насыщение. насколько это возможно, заменяя то, что постоянно теряется в результате окисления и реакции с железным тиглем. Расплав выливается, оставляя 10-20% расплава с его остаточным флюсом, не нарушенным на дне тигля. (Этот материал может быть переработан. в других сплавах Mg-Zr.)

Во время исследований отделения флюса от сплавов Mg Рединг (1968) подтвердил, что флюс оседает на дно расплава, но остается в виде отдельных капель, которые отказываются слиться в одну каплю. Это похоже на то, что капля заключена в прочную оксидную пленку. Исследования SEM EDX, показывающие высокое содержание Fe и Zr на границе раздела капля / матрица, подтверждают наличие оксидной пленки, на которой осаждаются интерметаллиды с высоким содержанием Fe и, возможно, с высоким содержанием Zr, как на предпочтительной подложке (см. Аналогичное поведение в сплавах Al, раздел 6.3). Отчет Рединга заставляет задуматься о прочтении и рекомендуется читателям как тревожный сигнал при решении проблем производства сплавов Mg-Zr. Вызывает беспокойство тот факт, что в сплаве Mg-Zn-Zr, который он изучает, капли флюса не оседают, а остаются равномерно диспергированными в расплаве. Это предполагает наличие сети больших пленок, вероятно, из MgO, которые сопротивляются осаждению флюса. Является ли такое поведение исключительным для этого сплава, кажется маловероятным и может отражать плохое обращение или практику плавления.Нам нужно многое узнать о сплавах Mg.

Принимая во внимание эти неопределенности, возможно, удивительно, что метод флюса для добавления Zr был более или менее успешным для производства сплавов Mg-Zr в течение многих лет (Emley, 1966). Более поздняя разработка (Qian, 2003), показывающая, что растворение Zr хорошо работает только при 730 ° C, перемешивании всего 2 минуты и использовании расплавов, защищенных от загрязнения их железными тиглями простой промывкой нитрида бора, обещает в будущем надежду на большее контролируемое производство этих полезных сплавов.

Химическая пассивация как метод повышения стойкости к электрохимической коррозии стоматологического сплава на основе Co-Cr

Цель: Целью исследования было оценить коррозионную стойкость сплава Wirobond C® после химической пассивации.

Методы: Поверхность сплава подверглась химической пассивации в четырех различных средах.Коррозионные исследования проводились электрохимическими методами в физиологическом растворе. Эффекты коррозии определяли с помощью SEM.

Результаты: Наибольшее увеличение поляризационного сопротивления сплава наблюдалось для пассивного слоя, полученного в растворе Na2SO4 с графитом. Этот же слой вызвал наибольшее увеличение тока коррозии. Вообще говоря, пассивация сплава в растворе Na2SO4 графитом вызвала существенное улучшение коррозионной стойкости.Образец после пассивации в растворе Na2SO4 без графита, в отличие от других, терял свои защитные свойства вместе с последовательными циклами анодной поляризации. Пассивация сплава в растворе Na3PO4 графитом была единственной, которая вызвала снижение коррозионных свойств сплава. СЭМ-исследования всех образцов после химической пассивации не выявили язвенной коррозии – в отличие от образца без каких-либо модификаций.

Выводы: Каждый последующий цикл поляризации в анодном направлении чистого сплава Wirobond C® повышает коррозионную стойкость, сдвигая потенциал коррозии в положительном направлении и уменьшая значение тока коррозии.Химическая пассивация в растворах с низкими значениями pH снижает подверженность электрохимической коррозии стоматологического сплава Co-Cr. Наилучшая защита от коррозии была получена после химической пассивации Wirobond C® в растворе Na2SO4 с графитом. Пассивация Na2SO4 в растворе с высоким pH не вызывает увеличения коррозионной стойкости WIROBOND C. Процесс пассивации увеличивает стойкость сплава к язвенной коррозии.

Упрочнение в сплавах с несколькими основными элементами с шероховатыми дислокационными путями местного химического порядка

Переменные LCO в образцах, обработанных при разных температурах

Сначала мы продемонстрируем широкий диапазон LCO в концентрированной СС заданного состава.Мы выбрали FCC MEA NiCoCr в качестве модели, потому что он является представителем систем с несколькими основными элементами, а его механические свойства типичны (а часто и лучше) других четвертичных и пятикомпонентных HEA 16,28 . Чтобы сделать возможным глубокое моделирование крупномасштабной молекулярной динамики (МД), которое крайне необходимо для обеспечения атомистического понимания поведения дислокаций и адекватной статистики, но до сих пор отсутствовало в области HEA, мы разработали эмпирический межатомный потенциал для сплавов NiCoCr без учета спиновой поляризации (Методы).Эта модель предназначена для отражения типичных характеристик HEA: мульти-основных составляющих (эквиатомный состав) с аналогичными атомными размерами, химические взаимодействия, соответствующие типичным растворам MEA, и однофазный раствор, но с переменным LCO. Подробное обсуждение этого нового потенциала представлено в дополнительном примечании 1 (см. Дополнительные рисунки 1–7 и дополнительные таблицы 1–2 для проверки свойств). Затем мы провели гибридное моделирование методом МД и Монте-Карло (МК) (см. Методы), чтобы получить равновесные конфигурации после отжига при различных температурах, T a .1 \) немного отрицательны и в основном остаются постоянными для всего диапазона T, ​​, и . Это говорит о том, что наша модельная система NiCoCr развивает локальную сегрегацию Ni и упорядочение кобальт-хром (Co-Cr) с уменьшением T a (см. Дополнительное примечание 2 и дополнительный рисунок 8 для α 2 и α 3 ). . Обратите внимание, что предыдущие вычисления теории функционала плотности (DFT) 23,30 показали большее количество пар Ni-Cr. Это различие может быть связано с их различным предположением о магнитных эффектах: магнитные состояния NiCoCr с LCO, развивающиеся при конечных температурах, обрабатывались с помощью спин-поляризованных расчетов в основном состоянии, как если бы они находились при 0 K 23,30 , без учета спина. колебания (как тепловые, так и статические колебания).В нашей модели сплава методом погруженного атома (EAM) спиновая поляризация явно не учитывалась в сценарии, который можно было бы рассматривать как приблизительно немагнитный. Эти различные методы обработки дают разницу энергии всего в несколько мэВ / атом для эквиатомного состава, но ~ 15 мэВ / атом для NiCoCr 0,5 (см. Дополнительное примечание 9 и дополнительный рисунок 21). Это отличие энергии от магнитного упорядочения необходимо учитывать вместе с тем, что обусловлено локальным химическим упорядочением.В результате ожидается, что расчеты, предполагающие различные магнитные эффекты, повлияют на величину параметров порядка. Тем не менее, как наша модель EAM, так и предыдущие результаты DFT 23,30 фиксируют упорядочение Co – Cr, которое согласуется с равновесной фазовой диаграммой с образованием интерметаллической фазы (ов) Co – Cr 31 . Такое увеличение LCO с уменьшением T a также подразумевает значительные отклонения от конфигурационной энтропии идеального решения S c , , идеального .На рисунке 1b показана зависимость S c от температуры обработки T a , основанная на методе вариации кластеров (CVM) с парным приближением 32 . Общая тенденция аналогична тому, что Gao et al. 33 сообщили об использовании аналогичного метода для других HEA. Как видно, MEA / HEA редко достигает S c, , идеального , ~ 95% в лучшем случае на самом высоком T a (1650 K). При уменьшении T a , S c отворачивается от S c , perfect довольно рано и теряет половину своей величины, когда LCO становится очевидным (сравните с рис.1а). Таким образом, действительно случайный SS – это только крайнее состояние MEA / HEA, и его трудно достичь на практике. Чаще всего MEA / HEA в данном составе обладает частичным химическим порядком.

Рис. 1

Локальный химический заказ (LCO) при различных температурах отжига T a . a Парный химический параметр ближнего порядка α 1 (см. Методы) при различных температурах отжига. b Конфигурационная энтропия тройного раствора NiCoCr и ее температурная зависимость.Точки – это данные, оцененные методом кластерной вариации (CVM) с парным приближением, соединенные с помощью синей линии в качестве ориентира для глаза. Это приближение становится все более неадекватным при высоких значениях LCO; таким образом, вместо этого используется пунктирная линия для проецирования тренда на нижнем уровне T a . Черная пунктирная линия обозначает S c , идеально . c e Типичные конфигурации при T a = 1350, 950 и 650 K соответственно.Красные пунктирные линии показывают доменные границы кобальт – хром (Co – Cr). Масштабная линейка составляет 3 нм. Все атомные конфигурации рассматриваются в плоскости (111)

На рис. 1c – e показаны три типичные атомные конфигурации. Как видно, образцы, полученные при относительно высоких температурах T a , например, 1350 K (рис. 1c) и 950 K (рис. 1d), демонстрируют наноразмерные кластеры Ni и взаимосвязанные кластеры Co – Cr с относительно случайным составом и ориентацией. . Ниже T a ~ 850 K, например, при T a = 650 K (рис.1e), резкое химическое упорядочение создает идентичные по составу, но ориентационно различимые домены Co – Cr, как отмечено границами доменов на рис. 1e (пунктирные линии). Случайно распределенные наноразмерные выделения Ni разбивают эти Co – Cr-домены на более мелкие области. Этот визуально очевидный LCO сохраняется в исследуемом здесь диапазоне T, ​​ , до температур (например, T a = 1650 K) вблизи точки плавления. Для относительно высоких температур отжига, таких как показанные на рис.1c, d, мы ожидаем, что кинетика, необходимая для химического упорядочения, будет доступна в типичных лабораторных экспериментах: здесь мы подчеркиваем, что в нескольких HEAs 17,34,35,36,37 недавно сообщалось о локальном упорядочении / кластеризации или даже о композиционном разложении. . Однако, когда T a слишком мало для адекватного старения, предсказанное химическое упорядочение может потребовать гораздо большего времени, чем типичная продолжительность гомогенизации в экспериментах. Тем не менее, кинетически разрешено, все HEA эволюционируют к основному состоянию (даже новаторский Cantor HEA 17 не является исключением).Таким образом, частично упорядоченная система фактически является нормой для однофазных решений HEA. В этом контексте рис. 1e представляет микроструктуру на другом конце, противоположном RSS. Между ними есть достаточно места для проектирования конструкций.

Энергетические пути скольжения, двойникования и мартенситного превращения

Далее мы проиллюстрируем, как изменится поведение дислокаций в образцах NiCoCr MEA с различными LCO. На рисунке 2 показан энергетический ландшафт, рассчитанный при 0 K (см. Методы) для путей скольжения, деформационного двойникования (DT) и FCC → HCP (гексагональная плотноупакованная) мартенситного превращения (MT), чтобы продемонстрировать большое влияние LCO.На рис. 2а показан энергетический ландшафт проскальзывания обычных дислокаций в образцах, приготовленных при различных значениях T a . Полное скольжение дислокаций состоит из ведущего частичного скольжения дислокаций (первые выступы на рис. 2а) и заднего частичного скольжения дислокаций (вторые горки на рис. 2а). В нашем случае ведущая частичная дислокация (B → δ в направлении \ ([2 \, \ bar 1 \, \ bar 1] \) вызывает как структурные (FCC → HCP), так и химические изменения (нарушение LCO), в результате в запутанном SFE, то есть значительная часть SFE возникает из-за нарушения LCO.Ожидается, что такой химический вклад в SFE будет повсеместным в реальных HEA. Поэтому мы принимаем обозначение CSF для HEA, аналогичное обозначению для суперсплавов. CSFE, усредненный по выборке, заметно различается в зависимости от T a . Например, экстремум RSS показывает отрицательную CSFE -24,0 мДж / м 2 , в соответствии с предыдущими расчетами DFT 38,39,40,41 . Нестабильный лесхоз также близок к ранее сообщенному 39,41,42 . Однако, как только LCO срабатывает (через отжиг), CSFE переходит в положительный диапазон от ~ 1.От 4 до ~ 57 мДж / м 2 , as T a изменяется от 1650 K (около точки плавления) до 650 K. Несмотря на некоторые численные различия из-за различных допущений модели и процедур моделирования, таких как LCO-зависимый SFE согласуется с предыдущими результатами DFT Ding et al. 30 , где собственное SFE, как сообщалось, изменялось от -43 до 30 мДж / м 2 с увеличением LCO. Другими словами, FCC HEA / MEA может брать значение CSFE из широкого диапазона и не обязательно иметь ожидаемое низкое SFE 38,39,40,41,42,43 .В лабораторных экспериментах измеренная ЭДУ для NiCoCr 44 составляет ~ 20 мДж / м 2 ; тем не менее, однозначное сравнение наших модельных расчетов и экспериментальных результатов не рекомендуется, потому что (а) информация о LCO недоступна для экспериментальных образцов; (б) в экспериментах используются разные методы оценки SFE, и (в) наша модель просто использует эмпирический потенциал. Задняя частичная дислокация (δ → A вдоль направления \ ([1 \, \ bar 2 \, 1] \)) восстанавливает структурные изменения (HCP → FCC) и устраняет CSF.Однако он прерывает LCO (кроме RSS) и создает локальные APB, на что указывают ненулевые энергии повреждения (A, рис. 2a). В частности, локальные энергии APB (APBE) увеличиваются с ~ 50 до ~ 112 мДж / м 2 , когда T a изменяется от 1650 до 650 K. Ожидается, что такие переменные APBE будут обычным явлением в HEA / MEA с заметными LCOs 17,18,20,26,35,45,46 , и играют важную роль в механических свойствах (более подробное обсуждение позже).

Рис. 2

Энергетический ландшафт зависит от температуры отжига, используемой для получения сплава со средней энтропией (MEA). a Пути энергии полной дислокации для первого вектора Бюргерса. b , c Энергия комплексного дефекта упаковки (CSFE) и энергия противофазной границы (APBE) изменяются при увеличении числа векторов Бюргерса (в одной плоскости скольжения) для образца с T a = 950 K. d , e Энергетические пути для двойникования и гранецентрированного кубического (FCC) → HCP (гексагонального плотноупакованного) мартенситного превращения соответственно. И деформационное двойникование (DT), и мартенситное превращение (MT) основаны на CSF в a . f Средняя энергия комплексного дефекта упаковки, энергия двойного дефекта, энергия мартенситного превращения и энергия противофазной границы для случайного твердого раствора (RSS) и образцов с различной T a (450-1650 K). Единица изоэнергетических кругов – мДж / м. 2

Из-за коротко- и среднесрочной природы LCO, как CSFE, так и APBE распадаются с повторным скольжением в одной и той же плоскости скольжения. Как показано на рис. 2b, c, после проскальзывания 3 b среднее значение CSFE и APBE снижается до значений, аналогичных RSS.Это говорит о том, что пластический сдвиг более 3 b может разрушить большую часть LCO на соседних плоскостях. См. Дополнительный рисунок 9 для получения аналогичных результатов на других образцах. Однако следует отметить, что дислокации не всегда будут перемещаться по фиксированной атомной плоскости из-за внешних препятствий (например, дислокаций леса), как в случае деформационного упрочнения, когда пластический поток распространяется на многие другие плоскости с LCO. Кроме того, даже если атомная плоскость становится случайной из-за повторяющегося проскальзывания дислокации (что часто участвует в смягчении плоскости скольжения 47 ), часть атомной плоскости может легко получить новый LCO из-за имплантированной дополнительной полуплоскости режущей дислокации.В этих случаях LCO, очевидно, влияет на напряжение течения. В результате требуется обширная / серьезная пластическая деформация, чтобы преобразовать SS в квазислучайное состояние, если это желаемое состояние.

DT и MT также являются важными путями пластической деформации. На рис. 2b, c показаны энергетические пути DT и FCC → HCP MT. Двойниковые дислокации скользят по последовательным плоскостям скольжения, в то время как МТ-дислокации скользят по всем другим плоскостям, что приводит к ступеням роста в один и два слоя, соответственно.Очевидно, энергетические пути как DT, так и MT являются функциями T a и количества преобразованных слоев λ (ненулевое целое число на рис. 2d, e), γ ( T a , λ ). Граничная энергия (двойная граница или фазовая граница) может быть затем определена как γ B = γ ( T a , λ ) / 2. Опять же, при заданном λ выборки с различными LCO дают широкий спектр γ B как для DT, так и для MT, причем RSS служит в качестве крайнего случая.Для DT в RSS как γ B (~ 11 мДж / м 2 ), так и энергия нестабильного двойного разлома (~ 320 мДж / м 2 ) аналогичны предыдущим исследованиям 39,41,42 . Для MT в RSS рост фазы HCP значительно снижает γ B , что указывает на метастабильную природу RSS FCC. Однако образцы с LCO демонстрируют заметно иное поведение. Например, γ B в DT никогда не сходится к постоянному значению при увеличении λ ( γ B увеличивается приблизительно линейно по отношению к λ , см. Дополнительный рис.10), что резко контрастирует с элементарными металлами FCC, где γ B обычно сходится к постоянному значению после нескольких слоев 48 , так что последующее расширение не требует дополнительных затрат энергии. Здесь для HEA нетрадиционные энергии границы двойника влекут за собой увеличение энергетического штрафа для разрушения LCO (связанных с соседними плоскостями скольжения) по мере утолщения двойника. В результате рост двойников в HEA больше не является легким, поскольку утолщение всегда влечет за собой дополнительные потери энергии при разрушении LCO слой за слоем.Аналогичная тенденция наблюдается и для FCC → HCP MT. Это дает объяснение экспериментальному наблюдению, согласно которому в деформированном NiCoCr 28,42,44,49,50 преобладают разделенные SF, нанодвойники и очень тонкие планки HCP.

На рисунке 2f суммированы и сравниваются средние значения (см. Методы) CSFE, энергии двойного разлома (TFE, т. Е. γ ( λ = 1) – γ ( λ = 0)), мартенситного преобразования. (MT) энергия (MTE, т.е. γ ( λ = 4) – γ ( λ = 2)) и APBE для образцов с различными LCO.Здесь снова RSS служит крайним случаем, характеризующимся отрицательным CSFE, отрицательным MTE и незначительными TFE и APBE. Для образцов, отожженных при T a ≥ 850 K, CSFE, TFE, MTE и APBE все увеличиваются с уменьшением T a ; однако их величина относительно друг друга остается аналогичной величине RSS, указывая на такую ​​же сильную тенденцию к образованию CSFs, нанодвойников и тонких ламелей HCP, что согласуется с экспериментальными наблюдениями 42,50 .Для образцов, отожженных ниже 850 K, все энергии дефектов становятся относительно высокими, и затраты энергии на ведущее и замыкающее частичное скольжение дислокаций становятся сопоставимыми, и, таким образом, узко протяженные дислокации могут доминировать в пластической деформации. См. Дополнительное примечание 3 и дополнительный рис. 11 для получения информации о других свойствах материала, зависящих от LCO (или T a ).

Наноразмерные неоднородности из-за пространственных вариаций LCO

Следующее важное наблюдение заключается в том, что в дополнение к T , зависящему от среднего LCO образца, внутри конкретного образца существует пространственное изменение LCO, создающее различные наноразмерные неоднородности, приводящие также к широкому распределению свойств.Другими словами, поведение дислокации пространственно варьируется на разных масштабах длины. На рис. 3 мы наносим на график локальные CSFE и локальные APBE, чтобы показать статистику и пространственные вариации (см. Методы). На рис. 3а показано распределение плотности вероятности локальных CSFE. Как видно, для каждого условия обработки локальные CSFE демонстрируют значительные пространственные вариации; диапазон накопленной вероятности 25–75% (выделен белыми границами) обычно составляет> ~ 25 мДж / м 2 , не говоря уже о еще более широком диапазоне между минимальным и максимальным значениями.Распределения для относительно высоких T a (≥950K) следуют гауссовскому профилю, в то время как низкие T a (например, 650 K) создают асимметричные распределения. Последний тесно связан с заметными доменами Co – Cr, образованными при относительно низких T a , то есть каждый домен может иметь свое собственное специфическое распределение (см. Дополнительное примечание 4 и дополнительный рисунок 12 для примера), так что объединенное общее распределение может больше не быть гауссовым.Кроме того, распределения сдвигаются в сторону более высоких значений CSFE с увеличением LCO, что согласуется с тенденцией к среднему значению выборки на рис. 2. На рисунке 3b показан пример пространственно изменяющихся CSFE в образце с T a = 950 K. Как видно, CSFE очень неоднороден в пространстве, причем многие наноразмерные домены показывают гораздо более низкие / более высокие значения, чем в среднем. Как показано на рис. 3c, d, из-за сильно локализованных LCO значительные пространственные вариации также наблюдаются для локальных APBE, которые, в отличие от интерметаллических соединений, таких как γ’-фаза в никелевом суперсплаве, часто демонстрируют значительные отклонения от среднего значения. .

Рис. 3

Статистические распределения локальных свойств и их влияние на дислокационную структуру. a Распределения плотности вероятности локальных энергий комплексных дефектов упаковки для образцов с T a = 650, 950 и 1650 K соответственно и случайным твердым раствором. Диапазон накопленной вероятности 25–75% выделен белыми границами. b Пространственное распределение энергий локальных сложных дефектов упаковки в образце с T a = 950 K. c Вероятностные распределения энергии локальных противофазных границ для образцов с T a = 650, 950 и 1650 K соответственно и случайным твердым раствором. d Пространственное распределение энергии локальных противофазных границ в образце с T a = 950 K. e g Примеры протяженной винтовой дислокации в образцах с T a = 650, 950, и 1650 К соответственно. Все конфигурации в e g получены после релаксации 100 пс при T = 300 K и при постоянном напряжении сдвига 300 МПа.Направление x – и z- – вдоль \ ([1 \, 1 \, \ bar 2] \) и \ ([1 \, \ bar 1 \, 0] \) соответственно. Периодические граничные условия применяются только в направлении z- . Ядра дислокаций представлены белыми трубками, а сложные дефекты упаковки (CSF) окрашены в красный цвет. Передняя частичная дислокация находится справа, а задняя частичная дислокация – слева.

Ожидается, что неоднородности химического порядка в наномасштабе будут препятствовать движению дислокаций и могут быть использованы для увеличения прочности ВЭЗ.На рис. 3д – ж показаны три типичные конфигурации дислокаций в образцах с T a = 650, 950 и 1650 K соответственно. Эти конфигурации дислокаций представляют собой моментальные снимки после релаксации 100 пс при 300 К и при постоянном напряжении сдвига 300 МПа (для противодействия возвращающей силе из-за APBE). Прежде всего, все образцы демонстрируют протяженные дислокации с явно различной средней шириной диссоциации, которая увеличивается с увеличением T a , что согласуется с тенденцией CSFE, показанной на рис.2. В результате конфигурация диссоциированной дислокации делит кристалл на три отдельные области (рис. 3f), то есть локальную область APB из-за полного скольжения, область CSF из-за частичного скольжения дислокаций и неповрежденную область LCO без соскальзывать. Во-вторых, все частичные дислокации демонстрируют кривизну нанометрового масштаба, которая изменяется вдоль дислокационных линий, что приводит к волнистым дислокационным линиям и грубым лентам дефекта упаковки. Эти результаты согласуются с пространственными вариациями CSFE и APBE, показанными на рис.3a – d, то есть линия дислокации имеет тенденцию к изгибу в мягких областях, в то время как твердые области действуют как препятствия, которые захватывают сегменты дислокации. Эти пространственные вариации конфигураций дислокаций ясно демонстрируют, что локальные свойства охватывают широкий диапазон, и некоторые экстремальные значения могут иметь большое значение для стадии ограничения скорости процесса термической активации 51 . LCO является основной причиной локальных свойств: явные изменения ширины расщепления дислокаций и структуры ядра были зарегистрированы в экспериментальных образцах 52,53 и в смоделированном RSS 54 .В этом отношении СС HEA больше похожа на коктейль из множества сосуществующих СС.

Движение дислокаций и упрочнение, вызванное LCO

Теперь давайте сделаем еще один шаг, чтобы изучить движение дислокаций, несущих пластический поток, и продемонстрировать, что LCO действительно влияют на то, насколько трудно дислокациям двигаться, и, следовательно, на прочность сплава. . С этой целью мы сначала решим, как на самом деле движется дислокация в решетке с различными LCO. Здесь мы рассматриваем относительно длинный сегмент ведущей частичной дислокации, который часто контролирует подвижность протяженной дислокации, а также процессы DT или MT.На рис. 4а показана серия снимков развивающейся дислокационной линии, когда она скользит по решетке, на основе моделирования методом МД для рис. 3f. В частности, ведущая частичная дислокация подвергается постоянному напряжению сдвига 300 МПа при 300 К. Как видно, линия дислокации имеет волнистую форму и не перемещается плавно из-за наноразмерных неоднородностей LCO, как показано на рис. 3; вместо этого дислокация движется через серию поступательных движений локальных сегментов, каждый находится в наномасштабе и отрывается от своего локального LCO-окружения.На рис. 4а красным цветом выделены области развертки в наномасштабе между начальным и конечным состояниями (например, см. Снимок при 20 и 60 пс соответственно), соответствующие конкретному событию NSD. Этот NSD, один за другим прерывистым образом и один рядом с другим локально на линии дислокации, резко контрастирует с обычными металлами с ГЦК, где дислокации перемещаются плавно, одновременно распространяя длинную линию дислокации (см. Дополнительный рис. пример Cu), или изгибаться между непреодолимыми препятствиями, которые находятся на некотором расстоянии (по крайней мере, на много нанометров) друг от друга.

Рис. 4

Движение дислокации с помощью механизма детектирования наноразмерных сегментов. a Коррелированные наноразмерные процессы для ведущей частичной дислокации (белый цвет) в образце с T a = 950 K. Приложенная температура и напряжение сдвига составляют 300 K и 300 MPa соответственно. Области развертки между двумя соседними снимками / моментами, когда дислокация успокаивается на короткое время без движения (например, 20 и 60 пс), выделены красным. b e Расчетный путь минимальной энергии в процессе выделения сегментов в нанометровом масштабе для образца с T a = 950 K и подверженным локальному сдвиговому напряжению 400 МПа.См. Подробные сведения о расчетах в разделе “Методы”. Координаты реакции в b – это масштабированная длина дуги гиперпространства. c показывает исходную конфигурацию с изогнутой передней частичной дислокацией (синяя трубка). d показывает конфигурацию, соответствующую наивысшей седловой точке в b , а e показывает окончательную конфигурацию. Для c e поверхностные атомы окрашены в соответствии с их положением в осевом направлении, а белые атомы представляют собой сложный дефект упаковки.Активированный процесс детектирования наноразмерных сегментов во время скачкообразного движения дислокации выделен областью, окрашенной в красный цвет, в зависимости от величины атомных смещений в осевом направлении. Числа на шкале цветов указаны в единицах Å

. Для оценки влияния LCO на барьеры, связанные с типичным процессом сегментированного скольжения в наномасштабе, используются новые образцы с меньшими размерами (см. Дополнительный рисунок 14, где показано влияние размера на расчет барьера Пайерлса). используется для расчета минимальной энергии пути (MEP).На рис. 4b – e показан такой пример для образца с T a = 950 K (см. Методы). Как видно на рис. 4b, движение типичного наноразмерного сегмента пересекает довольно прочную МВП, состоящую из множества более мелких событий с переменными барьерами, что отражает сложную природу лежащего в основе энергетического ландшафта в концентрированных сплавах. Чтобы завершить весь процесс (например, с рис. 4c по рис. 4e), эти более тонкие события должны быть активированы строго коррелированным образом. Здесь, чтобы оценить эффективный барьер, связанный со всем процессом, мы игнорируем те более тонкие события, обратный барьер которых меньше, чем прямой барьер.Затем эффективный барьер принимается как самый большой барьер вдоль этой модифицированной МВП. Например, эффективный барьер (отмечен двусторонней стрелкой на рис. 4b) можно принять как разность энергий между начальной конфигурацией (рис. 4c) и в самой высокой седловой точке (рис. 4d). Обратите внимание, что в элементарных металлах с ГЦК барьеры Пайерлса обычно исчезают, когда приложенное напряжение составляет порядка 10 1 МПа; однако в показанном выше примере эффективный барьер все еще составляет ~ 0.15 эВ даже при локальном напряжении сдвига 400 МПа, что указывает на усиление, вызванное LCO.

Затем мы систематически сравниваем эффективные барьеры и полученную прочность материала для образцов с различной степенью LCO. Средние значения (и стандартные отклонения) эффективных барьеров показаны на рис. 5а для образцов с разными LCO и подвергнутых разным уровням напряжения (см. Методы). См. Дополнительное примечание 5 и дополнительный рисунок 15 для графиков, охватывающих все эффективные барьеры активации.Как видно, заслуживающая внимания тенденция состоит в том, что образец с более сильным LCO (или обработанный при более низких T a ) имеет тенденцию создавать большие препятствия для процесса скольжения сегмента в наномасштабе. Если ввести в уравнение скорости, эти все более крупные барьеры будут захватывать локальный сегмент дислокации в течение экспоненциально увеличивающегося времени, тем самым уменьшая подвижность дислокаций. Между тем, с увеличением напряжения сдвига средние барьеры для всех типов образцов уменьшаются и в конечном итоге исчезают на (среднем) пределе атермического напряжения, как показано подобранными кривыми.Опять же, образцы с более сильным LCO показывают более высокий (средний) предел атермического напряжения. Сложный характер основного энергетического ландшафта и наноразмерных неоднородностей также напрямую отражается значительными стандартными отклонениями для каждого среднего значения. Средний объем активации 300 К показан на рис. 5b (см. Дополнительное примечание 6 для оценки объема активации). В целом, активационный объем, связанный с процессом NSD при нормальных уровнях напряжения сдвига, находится в диапазоне 10 1 b 3 –10 2 b 3 , что согласуется с некоторыми недавними экспериментальными измерениями 14 , 16 и прямые МД-наблюдения, показанные на рис.4а. Эти относительно небольшие объемы активации предполагают, что термически активируемый процесс намного более чувствителен к температуре и скорости деформации, чем обычные металлы FCC, где объемы активации намного больше.

Рис. 5

Упрочнение, вызванное локальным химическим упорядочением (LCO). a Средние активационные барьеры, связанные с процессом выделения сегментов в наномасштабе. Для наглядности данные для T a = 950 и 650 K сдвинуты по горизонтали на −0.\ alpha \), где Q 0 , τ ath и α являются подгоночными параметрами. Планки погрешностей соответствуют стандартным отклонениям каждой точки данных. b Средний объем активации при 300 К (подробности расчетов см. В дополнительном примечании 6). c Среднее напряжение активации (сдвига) при 300 K как функция скорости деформации. Это среднее напряжение активации (сдвига) можно рассматривать как внутреннюю прочность на сдвиг, которая для RSS составляет ~ 70 МПа (красная точка) при 10 −3 с −1 (сравнимо с экспериментами).При увеличении LCO (или уменьшении T a ) внутренняя прочность на сдвиг, по прогнозам, будет увеличиваться, демонстрируя усиление, вызванное LCO.

Собственную прочность на сдвиг затем можно оценить, решив уравнение Орована (см. Дополнительное примечание 6), и результаты показаны на рис. 5c для различных образцов при 300 К. Как видно, при заданной скорости деформации напряжение сдвига, необходимое для активации NSD, значительно увеличивается с увеличением LCO (или уменьшением T a ), что ясно демонстрирует выраженное усиление за счет LCO.Такое LCO-индуцированное упрочнение действительно наблюдалось в экспериментах на BCC HEA, где предел текучести был увеличен на 76% после однодневного отжига в литом состоянии, что было приписано развитию короткодействующей кластеризации 34 . Здесь активационное напряжение сдвига принимается как внутренняя прочность на сдвиг решетки МЭБ, поскольку предполагалось, что плотность подвижных дислокаций остается на уровне для хорошо отожженных образцов (10 8 / м 2 , см. Дополнительное примечание 6) а внешние (дислокационные) взаимодействия еще не начались.Поскольку во многих экспериментальных и расчетных работах предполагалось, что HEA / MEA являются RSS, здесь мы оцениваем критическую разрешенную прочность на сдвиг (CRSS) NiCoCr RSS в экспериментально значимых условиях. Как показано на рис. 5c, при 300 K и 10 −3 с −1 (отмечено красной точкой) CRSS составляет ~ 70 МПа. Экспериментально измеренный CRSS составляет ~ 69 ± 3 МПа для монокристалла NiCoCr MEA 55 ( осевой предел текучести поликристаллов может быть выше 270 МПа 16,28,44,56 , но здесь, вероятно, присутствует некоторое увеличение размера зерна. ).

Мы также наблюдали аналогичные эффекты усиления, вызванные LCO, для протяженных краевых дислокаций, используя моделирование методом МД при 300 К при постоянной скорости деформации, см. Дополнительное примечание 7 и дополнительные рисунки. 16–18. Напряжение сдвига, необходимое для продвижения вперед ведущей частичной дислокации, должно увеличиваться в три раза, когда RSS был отожжен при 650 K для увеличения LCO. Также см. Дополнительные фильмы 1–2 о динамических процессах движения с дислокациями, эволюционирующими в грубую морфологию, за исключением наноразмерных неоднородностей LCO.

Обратите внимание, что наблюдаемый эффект упрочнения не является следствием искажений решетки, вызванных несоответствием размеров атомов, поскольку наше старение MD / MC при T a смягчает эффекты несоответствия размеров атомов за счет перегруппировки неблагоприятных локальных атомных сред. Считается, что за дополнительное усиление за счет LCO отвечают два механизма. Во-первых, пространственно неоднородная сложная энергия SFE и APB приводит к дополнительным восстанавливающим силам на движущейся дислокации, которая разрушает LCO.Чем сильнее LCO, тем большую возвращающую силу в среднем ощущает вывих. Во-вторых, пространственно изменяющийся LCO представляет наноразмерные неоднородности, действующие как преграды для движущихся дислокаций, аналогично зонам G-P. Для сравнения, в RSS без доминирующего LCO линия дислокации все еще демонстрирует очевидную волнистость, и ее поступательное движение все еще претерпевает NSD (см. Рис. 6), так что RSS уже усилен по сравнению с элементарными металлами FCC. Однако в случайном решении NSD нужно только отвести от локальной благоприятной среды, сформированной из-за статистических флуктуаций, таких как пространственные флуктуации, отклоняющиеся от номинального полного химического беспорядка (см.рис.6). Такое поведение упрочнения сродни теории Лабуша 57 , где упрочнение объясняется коллективным взаимодействием между многими растворенными атомами и дислокацией. Другими словами, это предпочтительные статистические флуктуации в конфигурации растворенного вещества, которые локально фиксируют или, по крайней мере, нарушают дислокации, а не отдельные атомы растворенного вещества. Когда в образце появляется доминирующий LCO, активационные барьеры для локальных сегментов дислокации будут еще больше увеличиваться, как показано на рис. 5, линии дислокаций становятся все более волнистыми из-за частично упорядоченных пространственных неоднородностей, и критическое разрешенное напряжение сдвига увеличивается.Такой анализ обеспечивает атомистическое объяснение экспериментально наблюдаемого повышения напряжения Пайерлса в HEA / MEA, например, напряжение трения решетки NiCoCr было обнаружено в несколько раз выше, чем у элементарных металлов FCC; 56 , а предел текучести TaNbHfZr был увеличен до 76% за счет индуцированного отжигом упорядочения при различных промежуточных температурах 34 . В качестве практического подхода к использованию преимущества этого LCO-упрочнения можно быстро охладить HEA, чтобы получить RSS, чтобы использовать его пластичность при комнатной температуре для формования, а затем состарить его при повышенной температуре, чтобы получить адекватные LCO для повышения его прочности для сервис (e. 1 \)).Области развертки в и теперь обведены зеленым. Видно, что эти активированные наноразмерные сегменты отделяются от некоторых локальных жестких областей, которые имеют более сильное локальное химическое упорядочение Co – Cr (LCO) (как показано стрелками), а затем распространяются в локальные области без такого химического порядка. Не ожидается, что наши конкретные условия нагрузки в течение короткого периода моделирования смогут активировать все сегменты в местах захвата LCO. Для некоторых областей со слабым Co – Cr LCO вдоль линии дислокации ожидается, что термическая активация уже сместила эти сегменты, создав волнистую линию дислокации перед нагрузкой, когда образец сначала релаксировал при 300 K в течение 100 пс.Продолжающийся изгиб увеличивающейся кривизны ограничен линейным натяжением

IIT-M: конструкционные сплавы химическими реакциями

Ничего не случится, если большие куски серебра и золота держать рядом даже в течение бесконечного времени. Но этого нельзя сказать, когда два металла находятся в наномасштабе.

Новаторская работа группы под руководством профессора Т. Прадипа из химического факультета ИИТ Мадраса показала, что два наноразмерных куска металла спонтанно реагируют при комнатной температуре даже в растворе с образованием новых сплавов четко определенного состава.Исследование было недавно опубликовано в журнале Американского химического общества (JACS).

«Это означает, что металлы с четко определенными свойствами могут быть созданы в растворе просто путем химических реакций. С научной точки зрения это исследование показывает, что наночастицы подобны молекулам, и реакции между ними можно записать как химические реакции:

A + B → C + D. Это большой шаг вперед в химии наноматериалов », – сказал профессор Прадип. «Пока мы писали такие реакции только с органическими и неорганическими молекулами, как:

2Н + О → 2Н 2 О.

Сплавы получают в основном путем нагревания компонентов, часто до высоких температур. Но в этом случае исследователям удалось создать сплавы в растворе при комнатной температуре с точным контролем состава, вплоть до контроля каждого атома.

Группа исследователей под руководством профессора Прадипа показала, что частицы или кластеры золота и серебра нанометрового размера спонтанно реагируют в растворе при комнатной температуре, образуя кластеры сплава точной структуры и состава.

«Металлические кластеры состоят из нескольких атомов вещества и сильно отличаются от их массивных порошков. Реакции происходят между кластерами, а не между объемными порошками золота и серебра. Это потому, что наноматериалы «метастабильны» и обладают большей реакционной способностью, чем их объемные аналоги », – сказал он.

В результате кластеры золота и серебра в растворе образуют новые сплавы. Кластеры золота (Au) и серебра (Ag), использованные в исследовании, были Au25 и Ag44. Это точные молекулы, состоящие из 25 атомов золота и 44 атомов серебра соответственно, и имеют диаметр менее 2 нанометров.

В результате химической реакции между Au25 и Ag44 в растворе образуются сплавы состава AgAu и AuAg. Реакцию можно представить как:

Au25 + Ag44 → AgAu24 + AuAg43

В данном случае продуктами реакции являются сплавы точного состава. «Окончательный состав продукта будет зависеть от состава реагентов. Таким образом, больше серебра и меньше золота приведет к образованию сплава типа Ag », – пояснил профессор Прадип.

Такие реакции могут происходить с образованием сплавов многих различных металлов, таких как платина, палладий, иридий, никель и т. Д.и новые материалы могут быть изготовлены в растворе при комнатной температуре.

«Ажиотаж в нанотехнологиях связан с необычными свойствами материалов, когда размеры частиц уменьшаются до нанометров. Это происходит из-за «электронного ограничения» – эффекта, когда движение электронов ограничивается чрезвычайно короткими расстояниями, порядка нанометров », – сказал он.

Такой тип реакций означал бы, что завтра металлургические процессы могут осуществляться по-другому. «Многие наноразмерные материалы обладают новыми свойствами, которые можно использовать в катализе.Они могли быть люминесцентными или магнитными. С помощью этих реакций можно получить конструкционные сплавы с новыми свойствами », – добавил он.

Монель 400 UNS N04400

Ni 66,5 Cu 31 Fe 2,5 Mn 2,0 C 0,3 Si 0,5 S 0,024

Запасы высокопроизводительных сплавов и производит Монель 400 этого сорта в следующих формах: пруток, квадратный пруток, катушка с проволокой, обрезки проволоки, бухта, лист / лист, труба, труба, фланец. Запросите цитату на эту оценку.

Обзор

Монель 400 – это никель-медный сплав, устойчивый к воздействию морской воды и пара при высоких температурах, а также к солевым и едким растворам.
Монель 400 – это никель-медный сплав с превосходной коррозионной стойкостью в самых разных средах. Монель 400 характеризуется хорошей общей коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и прочностью от средней до высокой. Сплав использовался во множестве приложений.Обладает отличной устойчивостью к быстро текущей солоноватой или морской воде. Он особенно устойчив к соляной и плавиковой кислотам при деаэрации. Сплав слегка магнитен при комнатной температуре. Монель 400 широко используется в химической, нефтяной и морской промышленности.

Характеристики

  • Коррозионная стойкость в широком диапазоне морских и химических сред. От чистой воды до неокисляющих минеральных кислот, солей и щелочей.
  • Этот сплав более устойчив к никелю в восстановительных условиях и более устойчив, чем медь в окислительных условиях, однако он показывает лучшую устойчивость к восстановительным средам, чем к окислению.
  • Хорошие механические свойства от минусовых температур до 480 ° C.
  • Хорошая стойкость к серной и плавиковой кислотам. Однако аэрация приведет к увеличению скорости коррозии. Может использоваться для обработки соляной кислоты, но присутствие окисляющих солей значительно ускоряет коррозионное воздействие.
  • Показана устойчивость к нейтральным, щелочным и кислотным солям, но низкая устойчивость обнаружена к окисляющим кислотным солям, таким как хлорид железа.
  • Превосходная стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением хлорид-ионами.

Приложения

  • Трубки питательной воды и парогенератора.
  • Подогреватели рассола, скрубберы морской воды в системах инертного газа танкеров.
  • Установки для алкилирования серной и плавиковой кислот.
  • Змеевики для травления.
  • Теплообменники в различных отраслях промышленности.
  • Перекачивающий трубопровод от колонн нефтепереработки.
  • Завод по переработке урана и разделению изотопов при производстве ядерного топлива.
  • Насосы и клапаны, используемые при производстве перхлорэтилена, хлорированных пластиков.
  • Трубка для повторного кипячения моноэтаноламина (МЭА).
  • Облицовка верхних частей колонн нефтепереработки.
  • Гребной винт и валы насоса.

Химия

Требования к химическим веществам

Ni

К

млн

S

Si

Cu

Fe

Макс

0.3

2,00

0,024

0,5

34,0

2.50

Мин.

63,0

28.0

Данные о растяжении

Требования к механическим свойствам

Предел прочности на разрыв

Предел текучести (0.2% ОС)

Удлиненный. через 2 дюйма или 50 мм (или 4D), мин.,%

R / A

Твердость

Холодная обработка / SR

Мин.

87 КСи

60 Кси

20Б

Макс

Мин.

600 МПа

415 МПа

Макс

Горячая обработка / SR

Мин.

80 КСи

40 КСи

30D

Макс

Мин.

552 МПа

276 МПа

Макс

B- не применяется для диаметров или поперечных сечений менее 3/32 дюйма (2.4 мм).

D – Для горячекатаных листов толщиной 5/16 дюйма (7,9 мм) и меньше удлинение должно составлять не менее 20%.

Технические характеристики

Форма

Стандартный

Металл Тип

UNS N04400

Пруток

ASTM B164 QQ-N-281 Din 17750

Провод

Лист

ASTM B127 QQ-N-281

Пластина

ASTM B127 QQ-N-281

Труба

ASTM B165

Трубка

ASTM B165

Фитинг

Ковка

ASTM B564

Сварочная проволока

FM 60 / ERNiCu-7/17753

Сварочный электрод

FM 190 ENiCu-7

Din

2.4360

Механическая обработка

Рейтинги обрабатываемости

ДАННЫЕ ОБРАБОТКИ
Предлагаются твердосплавные инструменты
для коэффициентов выше 50% типа 304.
Тип обработки Предлагаемые начальные ставки:
Одноточечная токарная обработка: Черновая – 0.Глубина 15 дюймов, подача 0,015 дюйма / об -175 SFM
Чистовая обработка – глубина 0,025 дюйма, подача 0,007 дюйма / об – 200 SFM
Бурение: Диаметр отверстия 1/4 “- 0,004” / об, подача – 60 SFM
Диаметр отверстия 1/2 “- 0,007” / об, подача – 60 SFM
Отверстие диаметром 3/4 дюйма – подача 0,010 дюйма / об – 60 SFM
Развертывание: Подача – такая же, как при сверлении – 100 SFM
Боковое и пазовое фрезерование: Черновая – 0.25 “глубина – 0,007” / подача зуба – 125SFM
Чистовая обработка – 0,050 дюйма глубина – 0,009 дюйма / подача зуба – 140SFM
Эти значения для твердосплавных инструментов,
Тип C-2 для черновой обработки, сверления и развёртывания.
Тип С-3 под чистовую отделку.

MONEL® – зарегистрированная торговая марка группы компаний INCO.

NITRONIC 60 (сплав 218, UNS S21800)

Cr 17, Mn 8, Ni 8,5, Si 4, N 0,13, C 0,10, Fe Bal.

Запасы высокопроизводительных сплавов и производит этот сорт в следующих формах: пруток, плоский пруток, квадратный пруток, катушка с проволокой. отрезки проволоки, бухта незакрепленная, лист, лист, полоса, бухта, труба, труба, крепеж, диск, механическая обработка, заготовка, слиток. Запросите цитату на эту оценку.

  1. Загрузить брошюру 4 МБ PDF – или просмотреть в формате HTML
  2. Загрузить бюллетень 57 КБ PDF
  3. Просмотреть брошюру по Nitronic Machining
  4. Скачать заявление FDA относительно использования нержавеющей стали в качестве поверхностей оборудования, контактирующих с пищевыми продуктами.154 КБ PDF

Обзор

Аустенитная нержавеющая

Nitronic 60 действительно универсальный металл. Этот полностью аустенитный сплав изначально разрабатывался как термостойкий, а впоследствии обладает хорошими высокотемпературными свойствами при температуре около 1800 ° F. Стойкость к окислению Nitronic 60 аналогична типу 309 S.S., и намного превосходит Тип 304S.S. Этот сорт наиболее известен своей стойкостью к истиранию и истиранию.

Добавки кремния и марганца дали этому сплаву матрицу, препятствующую износу, истиранию и истиранию даже в отожженном состоянии. Более высокая прочность достигается за счет холодной обработки материала, и после тяжелой холодной обработки он остается полностью аустенитным. Эта обработка не улучшает свойства против заедания, как это обычно бывает для углеродистых сталей и некоторых нержавеющих сталей.Преимущество холодной или горячей обработки материала заключается в добавлении прочности и твердости, а износостойкость заметно не снижается. Добавки хрома и никеля обеспечивают коррозию, сопоставимую с нержавеющей сталью 304 и 316, при этом примерно вдвое превышая предел текучести. Высокая механическая прочность отожженных деталей позволяет использовать уменьшенное поперечное сечение для веса и снижение затрат за счет использования более тонкой заготовки.

Доступны несколько таблиц данных по износостойкости этого сплава с разнородными парами, а также результаты самосопряжения. Загрузите PDF – или просмотрите как HTML, или позвоните для своего собственного буклета!

Если проблема заедания возникает при температуре ниже 1500ºF, вам следует подумать о переходе на этот сплав. Nitronic 60 имеет лучшее ценовое преимущество, чем любой другой доступный сплав.Другие материалы требуют дополнительной термической обработки для повышения их твердости. где NITRONIC 60 превосходен в отожженном состоянии. См. Дополнительную информацию о NITRONIC 60 HS (High Strength) свойства на странице NITRONIC 60HS.

Характеристики

Коррозионные свойства
По коррозионной стойкости нержавеющая сталь Armco NITRONIC 60 находится между типами 304 и 316.Однако опыт показывает, что в изнашиваемой системе сначала происходит истирание или разрушение из-за просадки, за которым следует потеря размеров из-за износа, и наконец коррозия. Истирание и износ должны быть первоочередными задачами инженера-конструктора. Хотя общая коррозионная стойкость NITRONIC 60 не так хорош, как тип 316, он обеспечивает лучшую стойкость к питтингу от хлоридов, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением. и стойкость к щелевой коррозии по сравнению с типом 316 в лабораторных условиях.Испытания на коррозию обычно не проводятся с NITRONIC 60 High Strength.

Коррозионная стойкость
Равномерная коррозионная стойкость Nitronic 60 лучше, чем нержавеющая сталь 304 в большинстве сред. Предел текучести Nitronic 60 почти вдвое выше. нержавеющая сталь 304 и 316. Устойчивость к точечной коррозии хлоридов выше, чем у нержавеющей стали марки 316; Nitronic 60 обеспечивает отличный высокий стойкость к температурному окислению и низкотемпературное воздействие.
Применение Nitronic 60: штоки клапанов, седла и трим, системы крепления, экранирование, пальцы, втулки и роликовые подшипники, валы и кольца насосов. Другое использование включает износостойкие пластины, направляющие рельсов и мостовые пальцы.

Износостойкость
Этот сплав обеспечивает значительно более дешевый способ борьбы с износом и истиранием по сравнению со сплавами на основе никеля или кобальта.

Эти данные об износе взяты из брошюры Armco. NITRONIC – торговая марка AK Steel.

Химия

Химические требования

Ni

Кр

млн

Si

N

Пн

К

Макс

9.00

18,00

9,00

4,5

0,18

0.75

0,10

Мин.

8,00

16,00

7.00

3,5

0,08

Данные о растяжении

Требования к механическим свойствам ниже 0.5 “

Предел прочности на разрыв

Предел текучести (0,2% OS)

Удлиненный. в 4D

R / A

Твердость

Мин.

105 Кси

55 Кси

35%

55%

Макс

Мин.

724 МПа

379 МПа

Макс

Требования к механическим свойствам выше 0.5 “

Предел прочности на разрыв

Предел текучести (0,2% OS)

Удлиненный.

R / A

Твердость

Мин.

95 КСи

50 КСи

35%

55%

Макс

Мин.

655 МПа

345 МПа

Макс

Доступны и другие высокопрочные свойства для размеров прутков, проволоки, листов и пластин.За дополнительной информацией обращайтесь к торговому представителю компании High Performance Alloys. См. Бюллетень или брошюру о материале (выше) для быстрого обзора.

Технические характеристики
Форма

Стандартный

Пруток

ASTM A193 ASTM A194 ASTM A276 ASTM A479 F899 AMS 5848

Провод

Лист

ASTM A240 F899

Пластина

ASTM A240 F899

Фитинг

Ковка

ASTM A182
ASTM A193 ASTM A 194 ASTM A276 ASTM A479 F899 AMS 5848

Сварочная проволока

А5.9 ER218

Werkstof №

Приложения

  • Автомобильные клапаны – выдерживают температуру газа до 1500 ° F в течение минимум 50 000 миль.
  • Заедание крепежа – возможность частой сборки и разборки, что позволяет использовать крепеж еще до того, как резьба порвется, а также помогает устранить корродированные или замерзшие крепежные детали.
  • Штифты – используются в роликовом протезировании и цепях для обеспечения лучшего прилегания деталей (с меньшими допусками, без смазки) и более длительного срока службы.
  • Морские валы – лучшая коррозия, чем у типов 304 и 316, с удвоенным пределом текучести.
  • Компенсаторы с пальцами и подвесками для мостов – лучшая коррозионная стойкость, стойкость к истиранию, низкотемпературная вязкость и высокие значения Шарпи при минусовых температурах по сравнению с обычно используемыми углеродистыми сталями A36 и A588.

Сопротивление науглероживанию

Механическая обработка

ДАННЫЕ ОБРАБОТКИ
Предлагаются твердосплавные инструменты
для коэффициентов выше 50% типа 304.
Тип обработки Предлагаемые начальные ставки:
Одноточечная токарная обработка: Черновая – 0.Глубина 15 дюймов, подача 0,015 дюйма / об -175 SFM
Чистовая обработка – глубина 0,025 дюйма, подача 0,007 дюйма / об – 200 SFM
Бурение: Диаметр отверстия 1/4 “- 0,004” / об, подача – 60 SFM
Диаметр отверстия 1/2 “- 0,007” / об, подача – 60 SFM
Отверстие диаметром 3/4 дюйма – подача 0,010 дюйма / об – 60 SFM
Развертывание: Подача – такая же, как при сверлении – 100 SFM
Боковое и пазовое фрезерование: Черновая – 0.25 “глубина – 0,007” / подача зуба – 125SFM
Чистовая обработка – 0,050 дюйма глубина – 0,009 дюйма / подача зуба – 140SFM
Эти значения для твердосплавных инструментов,
Тип C-2 для черновой обработки, сверления и развёртывания.
Тип С-3 под чистовую отделку.

Материал в этом бюллетене был перепечатан из бюллетеня Armco № S-45, других источников Armco и данных HPAlloys.

NITRONIC ® – зарегистрированная торговая марка AK Steel.

High Performance Alloys, Inc.

444 Wilson St
Tipton, ИН 46072


Тел: (765) 945-8230
Факс: (765) 945-8294

Электронная почта: отдел продаж (at) hpalloy.com
www.hpalloy.com

Часы работы: Пн-пт 8.00 – 17.00

Предлагает широкий выбор продуктов и услуг для Соединенные Штаты, Канада, Мексика, Европа, Ближний Восток и Азия.

  • НИТРОНИК 60
  • Nitronic 60 бар

  • Нитроник 60 провод

  • Nitronic 60 стержень

  • Нитроник 60 лист

  • Пластина Nitronic 60

  • Крепеж Nitronic 60

  • Nitronic 60 поковка

Ценовой диапазон: $

галлий и его сюрпризы | Галлий

Знакомство с галлием

Галлий хорошо известен как металл с температурой плавления чуть выше комнатной температуры, что означает, что он может буквально плавиться в руке .В элементарной форме он относительно нетоксичен, что означает, что с ним можно обращаться без предупреждения, в отличие от ртути.

Но у металлического галлия есть много удивительных секретов. Он может образовывать невероятные сплавы с другими металлами. Он может разрушать металлы, такие как алюминий, или давать им способности, которые ранее были скрыты от мира – как вы увидите ниже.

Десять удивительных фактов о галлии

  1. Галлий расширяется при замерзании – одно из немногих веществ, способных это сделать.
  2. Небольшое количество галлия разрушит все, что сделано из алюминия, включая алюминиевые банки.Он также разрушает сталь, делая ее очень хрупкой.
  3. Хотя он может плавиться в руке, он не закипит, если вы не нагреете его до 4 000F – самый большой диапазон для любого элемента.
  4. Он образует сплав с индием и оловом, который является жидкостью при температуре значительно ниже комнатной.
  5. Есть книга на основе галлия под названием Исчезающая ложка. Посмотреть, как сделать исчезающую ложку, можно здесь.
  6. Дмитрий Менделеев, создатель периодической таблицы, известен своими предсказаниями о существовании и свойствах элемента галлия за несколько лет до его открытия.
  7. Иногда люди надевают перчатки при работе с металлическим галлием – не потому, что он токсичен, а для того, чтобы не смывать «пятна галлия». Он также окрашивает стекло.
  8. Как и алюминий, большинство соединений галлия довольно бесцветны.
  9. Подобно ртути, капля жидкого галлия в воде может имитировать «бьющееся сердце» при колебаниях между окислением и восстановлением в присутствии как окислителя, так и восстановителя.
  10. Галлий используется в специальных высокотемпературных термометрах из-за его высокой температуры кипения и низкой температуры плавления.

Удивительные и не очень удивительные свойства галлия

Точка плавления

Мы знаем, что элемент галлий имеет низкую температуру плавления, если быть точным, 29,76 Цельсия . Если вы подержите его в руке и попытаетесь расплавить, он в конечном итоге расплавится, но это займет некоторое время и на вашей руке останется липкий осадок. Попытка растопить галлий в руке не очень впечатляет, но держать ее не опасно.

Галлий и Периодическая таблица

Галлий имеет атомный символ Ga и атомный номер 31.Он находится справа от цинка, а слева от германия. Галлий входит в группу 13 периодической таблицы, группу бора, и находится ниже алюминия и выше индия. Он имеет физические и химические свойства, аналогичные как алюминию, так и индию, особенно индию.

Электронная конфигурация галлия is 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 . Атом галлия имеет 3 валентных электрона, поэтому ион галлия +3 является наиболее распространенным.Его электроотрицательность составляет 1,81.

Галлий-алюминиевый сплав

То, что производит впечатление , – это когда галлий образует сплав с металлическим алюминием или фольгой. Если вы добавите алюминиевую фольгу в жидкий галлий (вы легко можете расплавить его в горячей воде), алюминий, кажется, растворяется в галлии. Этот сплав может быстро реагировать с водой, образуя большое количество газообразного водорода. Жидкая природа этого сплава препятствует образованию когерентного и прочного слоя оксида алюминия, который обычно предотвращает реакцию алюминия с водой.Галлий фактически диффундирует в металлическую решетку алюминия.

Реакция довольно впечатляющая, но она не настолько реактивна, чтобы вам приходилось беспокоиться об экзотических соединениях, летящих вам в лицо. Полученный серый суп из воды, галлия и гидроксида алюминия не особенно привлекателен – для красивой реакции вы можете проверить, как получить осадок йодида свинца.

Для более взрывной реакции с водой попробуйте извлечение калия из банана.

Как галлий разрушает алюминий?

Многие задаются вопросом, почему галлий разрушает алюминий? Галлий оказывает несколько эффектов на алюминий и другие металлы. Прежде всего, он образует амальгаму, в основном сплав с алюминием. Галлий проникает в пассивирующий слой оксида алюминия, который образуется на металлическом алюминии, и мешает кристаллической решетке алюминия, делая его хрупким. Это называется разрушением конструкции, вызванным галлием. Ртуть оказывает такое же действие на алюминий, но, поскольку ртуть токсична, этот эксперимент обычно не проводится.

В связи с этим перевозка галлия на самолетах строго ограничена.

И последнее, но не менее важное, как упоминалось ранее – полученный галлий-алюминиевый сплав больше не имеет защиты пассивирующего слоя оксида алюминия – образование этого пассивирующего слоя подавляется. Он мгновенно реагирует с водой с образованием газообразного водорода, демонстрируя «истинную» реакционную способность алюминия.

Галлий – это металл?

Да, галлий на 100% металл. Он никогда не классифицируется как неметалл или металлоид.И это не переходный металл. – его называют постпереходным металлом.

Лучше всего увидеть его металлические свойства, когда он находится в жидком состоянии, но без окисленной примеси.

Галлий токсичен?

Металлический галлий считается безопасным для игры и использования, и он считается нетоксичным в своей элементарной форме. Соединения галлия умеренно токсичны, они не считаются опасными, но их нельзя вдыхать или проглатывать. Мы не рекомендуем употреблять в пищу элементарный галлий, но если его случайно проглотить в небольших количествах, он, скорее всего, не принесет вреда.

Применение галлия в современном мире

Галлий чаще всего используется в электронике в виде арсенида галлия, GaAs, и в синих светодиодах в качестве нитрида галлия, GaN. Арсенид галлия обычно используется в полупроводниках, так как он имеет свойства, превосходящие кремний, особенно для оборонных и аэрокосмических применений. Однако он значительно дороже кремния. Арсенид галлия часто начинается с були, монокристаллического слитка, выращенного из расплавленного галлия и мышьяка.

Камеры SWIR – это коротковолновые инфракрасные камеры (SWIR), в которых используются датчики InGaAs. Камеры SWIR создают тепловые изображения и могут снимать через стекло. Рынок этих камер, используемых для проверки широкого спектра продуктов, таких как солнечные элементы или продукты, а также ночного видения, быстро растет.

Группы также изучали возможность использования галлий-алюминиевых сплавов в качестве источника водорода в качестве устойчивого источника энергии из возобновляемых источников , но сделать это экономически целесообразным оказалось непросто.

Современные исследования с элементом Галлий

Исследователи из Центра многомерных углеродных материалов под руководством доктора Родни Руоффа в Ульсане, Южная Корея, проводят захватывающие исследования. Они объединяют галлий с неметаллическими материалами, такими как алмаз, графит, графен, карбид кремния и коммерческая силиконовая замазка. Включение этих «наполнителей» в галлий позволяет ему образовывать пасты или замазки. Чем больше вы добавите наполнителя, тем более похожим на шпатлевку станет материал.

Эти пасты и замазки обладают рядом полезных свойств, включая повышенную теплопроводность (с алмазом), которая может использоваться в качестве пасты для термоинтерфейса, и защиту от электромагнитных помех. Им также удалось объединить эти наполнители с галлий-индиевыми сплавами, которые являются жидкими при комнатной температуре.

Интервью с доктором Бенджамином Каммингом о потенциальных приложениях их исследований подобных шпатлевке композитов из металлического галлия.

История галлия

Галлий был предсказан Менделеевым в 1871 году, который предсказал многие из его свойств.Он был открыт в 1875 году французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном с помощью спектроскопии цинковой руды.

Ходят слухи, что старый «салонный» трюк состоял в том, чтобы вылепить ложку из галлия и позволить ничего не подозревающему гостю использовать ее в своем горячем чае, после чего ложка растает. Чтобы собрать этот «трюк», потребовалось много времени и ресурсов, поэтому мы не уверены, как часто это происходило на самом деле.

Химия галлия

Галлий – это металл из группы элементов 3А, наряду с бором, алюминием, индием и таллием.Галлий не переходный металл и не полуметалл. По своему химическому составу он похож на химию алюминия. Галлий очень медленно реагирует с соляной кислотой, медленно с серной кислотой и быстрее с азотной кислотой с образованием нитрата галлия (III). Галлий не реагирует с водой.

Соединения галлия и степени окисления

В соединениях он обычно находится в степени окисления +3, но может также проявлять степень окисления +1. Соединения галлия (I) являются сильными восстановителями.

Галлий легко реагирует с большинством сильных кислот с образованием соединений галлия (III). Хлорид, нитрат и сульфат галлия (IIII) являются обычными соединениями галлия (III). Хлорид галлия очень агрессивен.

Реакции галлия с элементом иодом с образованием иодида галлия, желтого соединения, которое существует в виде димера Ga 2 I 6 . Его можно восстановить элементарным галлием с образованием GaI. GaI представляет собой реактивный зеленый порошок, который содержит галлий в нулевой, +1 и +3 степени окисления.

Галлий растворяется в горячем концентрированном основании, таком как гидроксид натрия, с образованием галлат-иона Ga (OH) 4 , многоатомного иона.

Галлий – Свойства

  • Символ – Ga
  • Точка плавления – 29,7 ° C
  • Точка кипения – 2400 ° C
  • Плотность при -20 ° C – 5,91 г / см 3
  • Атомный вес – 69,723
  • Атомный номер – 31
  • Электроотрицательность – 1,81
  • Классификация: Металл, группа бора, группа 13
  • Природное содержание.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *