Co to jest stop metali?

Czy wiesz, że większość używanych przez nas „metali” nie jest w rzeczywistości metalami? Te materiały to raczej stopy, a nie metale, i są one wszędzie wokół nas! Od wypełnień dentystycznych po samoloty, stopy stanowią dużą część naszego codziennego życia. Dowiedz się czym dokładnie jest stop i jak się go wytwarza.

Czym jest metal?

Metal jest czystym pierwiastkiem chemicznym, takim jaki można znaleźć na układzie okresowym. 91 z 118 pierwiastków na tablicy okresowej to metale – co czyni je jednymi z najbardziej obfitych pierwiastków na świecie.

Na tablicy okresowej wszystkie pierwiastki są podzielone na metale i niemetale. To, co czyni coś „metalem” to fakt, że występuje on naturalnie w przyrodzie, ma połysk, jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności oraz jest znacznie gęstszy niż niemetale.

Istnieje 5 głównych kategorii metali:

• Metale bazowe
• Metale żelazne
• Metale szlachetne
• Metale szlachetne
• Metale ciężkie

Metale bazowe

Metale bazowe są bardzo powszechne w skorupie ziemskiej, a ze względu na ich ilość są niedrogie. Metale nieszlachetne różnią się od innych metali, ponieważ najłatwiej ulegają korozji lub utlenianiu. Są one niezwykle reaktywne i rzeczy takie jak tlen, woda, kwasy i przebywanie obok innego metalu mogą powodować ich korozję. (Dowiedz się więcej o tym dlaczego metale rdzewieją tutaj.)

Istnieje kilka różnych definicji „metalu bazowego”. W górnictwie i ekonomii, metale nieszlachetne to metale, które nie mieszczą się w żadnej z innych kategorii, jak miedź, ołów, cynk i nikiel.

Metale żelazne

Metale żelazne oznaczają, że metal zawiera żelazo. Metale nieżelazne są generalnie droższe, ponieważ mają mniejszą wagę, lepiej przewodzą prąd, nie są magnetyczne i są odporne na korozję. Metale nieżelazne obejmują aluminium, miedź, ołów, nikiel, cynę i cynk.

Metale szlachetne

Metale szlachetne są znane z tego, że są odporne na korozję i utlenianie, w przeciwieństwie do metali nieszlachetnych. Są to zazwyczaj rzadkie lub szlachetne metale. Naukowcy nie zgadzają się co do dokładnej kategoryzacji każdego pierwiastka w układzie okresowym, ale najczęściej zgadzają się co do metali, które mieszczą się w kategorii „szlachetne”: złoto, srebro, ruten, rod, pallad, osm, iryd i platyna. Chociaż niektóre metale szlachetne są metalami szlachetnymi, a metale szlachetne są często drogie z powodu ich różnorodnych zastosowań (w sztuce, wysokiej technologii, jubilerstwie), terminy „metal szlachetny” i „metal szlachetny” nie są synonimami.

Metale szlachetne

Metale szlachetne są rzadkimi pierwiastkami, które naturalnie występują w skorupie ziemskiej. Najbardziej znane są złoto i srebro, ale inne metale szlachetne to ruten, rod, pallad, osm, iryd i platyna. Pomimo tego, że aluminium jest trzecim najczęstszym elementem Ziemi i najobficiej występującym metalem, przez pewien czas było uważane za metal szlachetny. To dlatego, że bardzo trudno było je wydobyć z różnych rud.

Niektórzy z najważniejszych gości Napoleona III otrzymali aluminiowe sztućce, podczas gdy bardziej nisko postawieni goście musieli jeść ze skromnymi srebrnymi naczyniami. Cena spadła znacząco po 1882 roku, a wynalezienie nowych procesów do komercyjnego wytwarzania energii elektrycznej znacznie ułatwiło wydobycie aluminium.

Metale ciężkie

Metale ciężkie są definiowane jako bardzo gęste. I to by było na tyle! Zaproponowano bardziej szczegółowe definicje, ale społeczność naukowa nie ustaliła jeszcze jednej. Niektóre metale ciężkie są notorycznie toksyczne, podczas gdy inne są bardzo ważne, aby spożywać je w diecie w ilościach śladowych! Niektóre z metali ciężkich, takie jak kadm, rtęć i ołów, są niezwykle trujące. Z drugiej strony metale takie jak żelazo, kobalt i cynk pełnią bardzo ważne funkcje w organizmie! Możesz nawet kupić żelazo i cynk jako suplementy w sklepie ze zdrową żywnością.

Reszta metali ciężkich, takich jak gal, tal, ruten, ind i srebro jest całkiem nieszkodliwa. Możesz znaleźć metale ciężkie w szczególności w użyciu wszędzie! Są one używane w kijach golfowych, samochodach, środkach antyseptycznych, samoczyszczących się piekarnikach, tworzywach sztucznych, panelach słonecznych, telefonach komórkowych, chipach komputerowych, a nawet akceleratorach cząstek w elektrowniach atomowych!

Co to jest stop metali?

Stopy z drugiej strony są materiałami wytworzonymi przez człowieka. Tworzy się je poprzez połączenie pierwiastka metalicznego z czymś innym. Stopy mogą łączyć metal z metalami, niemetalami lub obydwoma.

Żelazo jest doskonałym przykładem stopu niemetalowego (co jest trochę mylące, ponieważ wszystkie stopy mają „metal” – odnosi się to do drugiego lub dodanego składnika). Żelazo jest mieszaniną żelaza i węgla. Jego zawartość może wynosić od około 2-3% węgla. (Dowiedz się więcej o żeliwie i kutym żelazie tutaj!)

Stopy również czasami mają zabawne nazwy! Jak Alnico, stop żelaza, aluminium, niklu, kobaltu, miedzi i/lub tytanu. Niektóre z ich nazw są amalgamacją nazw składników stopu. Innym razem stają się one tak popularne, że otrzymują swoje własne, bardziej „codzienne” nazwy, jak np. kute żelazo.

Możesz naprawdę znaleźć stopy wszędzie. W rzeczywistości mogą one być bardziej powszechne niż ich czysto „metalowi” kuzyni.

Znajdziesz je w wypełnieniach dentystycznych (amalgamat), przetwornikach gitarowych (alnico), udających instrumenty muzyczne lub klamki do drzwi (mosiądz), w biżuterii (białe złoto), w dziełach sztuki (posągi z brązu), w samochodach i samolotach (duraluminium), na pistoletach (gunmetal), w elektronice (lut), w elektrowniach atomowych (magnox), podtrzymujących budynki (stal), a nawet na stole w twojej jadalni (pewter)!

Istnieje ponad 160 różnych znanych stopów!

Struktury stopów metali

Gdy metal jest powiększony przez mikroskop elektronowy, atomy pojawiają się w krystalicznej strukturze sieciowej. W tej strukturze znajdują się również składniki stopu. Zazwyczaj istnieją dwa rodzaje struktur stopowych: stopy substytucyjne i stopy międzywęzłowe. Stopy substytucyjne występują wtedy, gdy atomy środka stopowego zastępują atomy metalu głównego. Z drugiej strony, stopy międzywęzłowe powstają, gdy atomy stopu stają się mniejsze od atomu metalu głównego.

Jak powstają stopy metali?

Istnieją 3 główne metody tworzenia stopów metali:

• Podgrzewanie i topienie
• Metalurgia proszków
• Implantacja jonów

Podgrzewanie i topienie

Podgrzewanie i topienie jest jedną z najczęściej używanych metod tworzenia stopów. To naprawdę nie różni się zbytnio od gotowania!

Metal macierzysty (najwyższy procent metalu w stopie) jest topiony, a wszystkie inne metale są topione, aż staną się płynne. Następnie wlewa się je do siebie i miesza razem, a następnie pozwala się im ostygnąć w coś, co nazywa się „stałym roztworem”. Coś jak odpowiednik mieszania soli w wodzie, aż się rozpuści.

Metalurgia Proszkowa

Metalurgia Proszkowa jest bardzo fajna, to prawdopodobnie najbliższa rzecz alchemii jaką mamy dzisiaj.

Pierwszy, metal macierzysty i czynniki stopowe muszą być zamienione w proszek! Istnieje kilka głównych metod, aby to zrobić:

Proces żelaza gąbczastego jest najstarszą z technik proszkowania. Ruda jest mieszana z czymś, co nazywa się bryzą koksową (czyli tym, co zostaje z węgla po jego spaleniu), oraz wapnem w celu uzyskania specjalnej siarki, która pozwala uniknąć zanieczyszczenia sproszkowanego metalu macierzystego.

Mieszanka koksu i wapna (nie jak koktajle!) oraz ruda są następnie umieszczane w specjalnym bębnie, przy czym koks i wapno przekładają rudę między nimi.

Potem bęben jest przegrzewany w piecu. Składniki pozostawiają po sobie obiekt o wyglądzie „biszkoptu” i żużel. W kolejnych etapach, ostateczny proszek jest oddzielany od żużla i jest kruszony do bardziej jednolitego kształtu „proszku”.

Proszek jest następnie podgrzewany i prasowany do stopu.

Inne sposoby przekształcania metali macierzystych w proszek to atomizacja (prawie jak w elektrowniach jądrowych), gdzie stopiony metal jest przepychany przez bardzo wąską rurkę – co powoduje wysokie ciśnienie. Gaz jest wstrzykiwany do strumienia wrzącego metalu dokładnie w momencie, gdy wychodzi on z tej rury, a kombinacja ciśnienia, temperatury i cząsteczek gazu oddziela atomy metalu.

Proszki są następnie mieszane i stapiane razem w „roztwór stały”!

Proszek żelaza stworzony w procesie żelaza gąbczastego jest najtańszy na rynku światowym!

Wdrażanie jonów

Ostatnią powszechną metodą tworzenia stopów jest implantacja jonów.

„Jony” pochodzą z elektryczności, więc metoda implantacji jonowej obejmuje „źródło jonów” (które po prostu tworzy elektryczność w zasadzie), akcelerator, gdzie jony są przyspieszane naprawdę bardzo szybko (tarcie i szybkie obracanie tworzy ciepło, które przyspiesza cząsteczki), i komorę docelową, gdzie jony są rzucane po ich zakończeniu.

Metoda implantacji jonowej jest naprawdę najlepsza do tworzenia bardzo małych kawałków metalu. Jest to najczęstsza metoda tworzenia półprzewodników na chipach komputerowych.

Tutaj znajduje się animacja tego procesu:

Metal Supplies and Services at Tampa Steel and Supply

Stopy metali są wykorzystywane w wielu projektach, od budownictwa mieszkaniowego i komercyjnego do produkcji samochodów i nie tylko. Jeśli pracujesz ze stopami metali, Tampa Steel and Supply może Ci pomóc. Posiadamy obszerną listę produktów metalowych, materiałów do produkcji i usług dodatkowych, które mogą rozpocząć pracę nad Twoim projektem. Aby dowiedzieć się więcej o naszych produktach i usługach, zadzwoń do nas dzisiaj lub odwiedź nasz salon wystawowy w Tampie.

Request a Quote Online
Or Call Tampa Steel & Supply at (813) 241-2801