Chương 11. Tìm hiểu ứng dụng và phương pháp gia công hợp kim màu

Chương 11

/ Các ứng dụng và việc gia công hợp kim kim loại

Những kim loại quý
Kim loại quý là một nhóm 8 nguyên tố giống nhau về một số tính chất vật lý. Chúng có giá trị cao và
có nhiều ưu điểm – đặc trưng về độ mềm, dẻo và chông oxi hóa. Những kim loại quý là bạc, vàng,
bạch kim, pa-la-đi, rô-đi, ru-te-ni, i-ri-đi, và ô-xmi; 3 kim loại đầu tiên là thông dụng nhất và được sử
dụng rộng rãi với để làm trang sức. Bạc và vàng có thể được gia cố bằng cách hợp kim hóa với đồng;
Bạc tốt nhất là hợp kim bạc-đồng chứa khoảng 7.5 wt% Cu. Những hợp kim của bạc và vàng được
dùng làm các nguyên liệu phục hồi răng. Một số vi mạch công tắc điện được làm bằng vàng. Bạch kim
được dùng cho thiết bị thí nghiệm hóa học với vai trò là chất xúc tác (đặc biệt là trong sản xuất khí
đốt), và trong cặp nhiệt điện để tính toán sự tăng nhiệt độ.
Các hợp kim không chứa sắt khác
Thảo luận trước đây bao hàm nhiều vấn đề chủ yếu về hợp kim kim loại màu; Dẫu sao, một số lượng
khác đã được tìm ra trong các ứng dụng kĩ thuật khác nhau, và tóm lại vấn đề có giá trị.
Ni-ken và các hợp kim của nó chống ăn mòn tốt trog nhiều môi trường, đặc biệt là những hợp kim
với ba-zơ (kiềm). Ni-ken thường được bọc hoặc mạ lên một số kim loại dễ bị ăn mòn như 1 biện pháp
bảo vệ. Monel, một hợp kim từ ni-ken chứa xấp xỉ 65 wt% Ni và 28 wt% Cu (cân đối bởi sắt), có độ
cứng cao và khả năng chống ăn mòn cực mạnh; nó được dùng trong máy bơm, van, và các thành
phần khác có liên hệ với axit hay các giải pháp dầu khí. Như đã đề cập thì ni-ken là một trong những
nguyên tố quan trọng hợp kim của nhiều loại thép không gỉ và là một phần quan trọng trong các
thành phần của những siêu hợp kim.
Thiếc, chì, và các hợp kim của chúng có một số công dụng như những vật liệu kĩ thuật. Cả thiếc và chì
đều mềm và yếu về mặt cơ học, có nhiệt độ nóng chảy thấp, chống được hầu hết các môi trường ăn
mòn, và có nhiệt độ kết tinh thấp hơn nhiệt độ phòng. Một số chất hàn thông dụng là những hợp
kim thiếc-chì, những hợp kim mà nhiệt độ nóng chảy thấp. Ứng dụng của chì và hợp kim của nó bao
gồm làm tấm chắn tia X và dự trữ pin. Thiếc chủ yếu có công dụng là là làm lớp mạ mỏng bên trong
các hộp thép cac-bon nhẵn (hộp thiếc) dùng để đựng thức ăn; lớp mạ này ngăn chặn các phản ứng
hóa học giữ thép và thực phẩm.
Kẽm không pha trộn là một kim loại tương đối mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp và nhiệt độ kết tinh

tiểu môi trường. Về mặt hóa học, nó phản ứng lại trong một số môi trường thông thường ,và vì vậy
mà nó dễ bị ăn mòn. Thép mạ kẽm là mẫu thép cac-bon trơn nhẵn được phủ một lớp kẽm mỏng;
kẽm ưu tiên ăn mòn và bảo vệ thép. Thép mạ kẽm có công dụng rất quen thuộc (tấm kim loại, lá
chắn, lưới chắn, đinh vít, ...).Những công dụng thông thường của hợp kim kẽm bao gồm làm khóa
móc, vật liệu hàn, các bộ phận ô tô ( tay nắm cửa và galang tản nhiệt), và thiết bị văn phòng.
Mặc dù zirconi tương đối dồi dào trong vỏ điạ chất của Trái Đất, cho đến gần đây mới được kĩ thuật
tinh chế thương mại phát triển. Zirconi và hợp kim của nó có tính dẻo và có các tính chất cơ học khác
có thể sánh được với hợp kim của titan và thép austenit không gỉ. Tuy nhiên, giá trị chính của những
hợp kim đó là khả năng chống gỉ trong nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm nước quá nhiệt. Hơn nữa,
zirconi trong suốt với nơron nhiệt, vì vậy hợp kim của nó dùng làm lớp phủ cho nhiên liệu urani trong
lò phản ứng hật nhân làm mát bằng nước. Về mặt chi phí, các hợp kim này thường là vật liệu được
lựa chọn cho các bộ trao đổi nhiệt, bình phản ứng, và các hệ thống đường ống chế biến hóa chất và
công nghiệp hạt nhân. Chúng cũng được dùng làm vật liệu đốt cháy quân dụng và trong thiết bị bịt
kín trong ống chân không.
Tầm quan trọng của vật liệu
Hợp kim dùng cho đồng xu Euro


Ngày 1 tháng 1 năm 2002, đồng euro trở thành đồng tiền hợp pháp duy nhất tại 12 nước châu Âu; kể
từ ngày đó, một số quốc gia khác cũng đã gia nhập liên minh tiền tệ châu Âu và đã thông qua đồng
euro làm tiền tệ chính thức của họ. Tiền xu Euro được đúc bằng tám mệnh giá khác nhau: 1 và 2
euro, cũng như 50, 20, 10, 5, 2, và 1 euro cent. Mỗi đồng xu có một thiết kế chung trên một mặt;
thiết kế của mặt còn lại là một trong số nhiều lựa chọn từ các quốc gia trong liên minh tiền tệ. Một
vài trong số những đồng tiền này được thể hiện trong hình 11.7.
Trong việc quyết định hợp kim nào để sử dụng cho các đồng tiền này, một số vấn đề đã được xem
xét, hầu hết đều tập trung vào các tính chất vật liệu.
•Khả năng phân biệt một đồng tiền mệnh giá này với đồng tiền mệnh giá khác là rất quan trọng. Điều
này có thể được thực hiện bằng cách cho các đồng tiền các kích thước, hình dạng và màu sắc khác
nhau. Đối với màu sắc, các hợp kim được chọn phải duy trì được màu sắc đặc trưng của nó, có nghĩa
là chúng không dễ bị ô uế trong không khí và các môi trường thường gặp khác.

• An ninh là một vấn đề quan trọng-đó là vệc sản xuất đồng tiền khó bị làm giả. Hầu hết các máy bán
hàng tự động đều sử dụng tính dẫn điện để xác định đồng xu, để ngăn các đồng xu giả được sử dụng.
Điều này có nghĩa là mỗi đồng tiền phải có dấu hiệu điện tử riêng độc nhất, điều mà phụ thuộc vào
thành phần hợp kim của nó.
• Các hợp kim được lựa chọn phải phù hợp với đồng xu, hoặc dễ đúc-nó phải đủ mềm dẻo để cho
phép thiết kế chạm nổi có thể đóng lên bề mặt đồng xu.
• Các hợp kim phải chống mòn (tức là cứng và bền chắc) để sử dụng lâu dài và để các chạm khắc trên
bề mặt đồng xu được giữ lại. Sự rắn nguội (Phần 7.10) xảy ra trong quá trình đóng chạm khắc, làm
tăng độ cứng.
• Độ chống mòn cao trong môi trường thông thường là yêu cầu đối với các hợp kim được lựa chọn,
nhằm tối thiểu hóa tổn thất vật liệu trong suốt dòng đời của đồng xu.
• Hướng tới sử dụng các hợp kim của một kim loại cơ bản (hoặc nhiều kim loại) giữ lại được bản chất
(của chúng).
• Khả năng tái chế hợp kim là một yêu cầu khác đối với hợp kim được sử dụng.
• (Các) hợp kim mà từ đó tiền xu được tạo ra phải liên quan đến các cân nhắc về sức khoẻ con người
- có nghĩa là có đặc tính kháng khuẩn để các vi sinh vật không mong muốn sẽ không thể phát triển
trên bề mặt của chúng.
Đồng đã được chọn làm kim loại cơ bản cho tất cả các đồng xu euro, bởi vì nó và các hợp kim của nó
đáp ứng những tiêu chí này. Một số hợp kim đồng khác nhau và sự kết hợp hợp kim được sử dụng
cho tám đồng tiền khác nhau, như sau:
• Tiền xu 2 Euro: Tiền xu này được gọi là lưỡng kim - nó bao gồm một vòng ngoài và một đĩa bên
trong. Đối với vòng ngoài, một hợp kim 75Cu-25Ni được sử dụng, có màu bạc. Đĩa bên trong bao
gồm một cấu trúc 3 tầng - nickel có độ tinh khiết cao được phủ trên cả hai mặt bằng hợp kim đồng
niken (75Cu-20Zn-5Ni); hợp kim này có màu vàng.
• Tiền xu 1 euro: Tiền xu này cũng là lưỡng kim, nhưng các hợp kim được sử dụng cho vòng ngoài và
đĩa bên trong của nó bị đảo ngược so với đồng xu của đồng tiền 2 euro.
• Các đồng 50, 20, và 10 Euro: Các đồng tiền này được làm bằng hợp kim "Vàng Bắc Âu"-89Cu-5Al5Zn-1Sn.
• Các đồng 5, 2, và 1 Euro-cent: Các loại thép có mạ đồng được sử dụng cho các đồng tiền này.