Hợp kim là một loại kim loại được tạo thành từ việc kết hợp hai kim loại hoặc một phi kim và một kim loại. Tính chất cơ bản của hợp kim là nó dễ uốn, có thể uốn cong thành các hình dạng khác nhau và có khả năng chống ăn mòn, gỉ hoặc xỉn màu.
Định nghĩa hợp kim là gì?
Hợp kim là một chất rắn được tạo thành từ sự kết hợp giữa các nguyên tố kim loại với nhau hoặc giữa kim loại với phi kim. Màu sắc của hợp kim phụ thuộc vào loại kim loại và tỷ lệ phối hợp. Hợp kim được chia thành hai loại chính:
Hợp kim đơn giản: Là sự kết hợp giữa hai kim loại hoặc một kim loại và một phi kim, nhưng thành phần chính vẫn là kim loại.
Ví dụ: Hợp kim sắt, còn được gọi là hợp kim đen, được tạo thành từ sắt và các nguyên tố khác, trong đó sắt là thành phần chính.
Các ví dụ khác bao gồm hợp kim đồng thau, hợp kim nhôm, và hợp kim vàng-tây.
Hợp kim gốm: Là sự kết hợp giữa carbide wolfram và coban (Co), có thể bổ sung titan carbide trong một số trường hợp.
Hợp kim phức tạp: Là sự kết hợp của hai hoặc nhiều nguyên tố khác nhau.
Các đặc điểm nổi bật của hợp kim
Mỗi hợp kim có những đặc tính riêng, tùy thuộc vào các nguyên tố kết hợp. Tuy nhiên, chúng có những đặc điểm chung sau:
Tồn tại dưới dạng thể rắn, với cấu trúc tinh thể bao gồm tinh thể hỗn hợp, tinh thể hóa học hoặc tinh thể dung dịch rắn thường được liên kết bởi liên kết kim loại hoặc liên kết cộng hoá trị.
Có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt. Tuy nhiên, hiệu ứng này thường giảm so với kim loại nguyên chất do mật độ electron tự do giảm khi các nguyên tố kết hợp với nhau.
Nhiệt độ nóng chảy không ổn định và dao động trong một khoảng nhất định, phụ thuộc vào tỷ lệ và hàm lượng các nguyên tố tạo thành hợp kim.
Có khả năng tăng độ cứng, độ bền kéo, độ bền cắt và khả năng chống ăn mòn. Hợp kim thường có độ cứng cao hơn so với kim loại đơn vì có cấu trúc mạng tinh thể vững chắc hơn. Ví dụ, thép và gang là các hợp kim của sắt có độ cứng cao hơn so với sắt nguyên chất.
Hợp kim có nhiều ưu điểm hơn so với kim loại đơn về khả năng chống gỉ, chịu lực ma sát và có bề mặt sáng bóng.
Một số hợp kim có tính trơ, không phản ứng với axit, bazơ hoặc các chất khác.
Làm thế nào để điều chế hợp kim?
Trước đây, hợp kim được sản xuất bằng cách nấu chảy và trộn chúng với nhau. Ngày nay, có nhiều phương pháp khác để điều chế hợp kim một cách hiệu quả hơn. Một trong số đó là phương pháp luyện kim bột bằng cách khuếch tán. Một số hợp kim khác được tạo thành bằng cách hoá bụi bằng plasma trong quá trình kết tinh từ pha chân không qua quá trình điện phân.
Các hợp kim phổ biến và các ứng dụng của chúng
Hợp kim là một phần quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ những cánh cửa, dụng cụ nấu ăn cho đến bàn ghế,… Dưới đây là một số loại hợp kim phổ biến và cách chúng được sử dụng trong cuộc sống.
Hợp kim nhôm
Hợp kim này được tạo thành từ kim loại nhôm và một số nguyên tố khác như đồng, thiếc, magi,… Nó được xem là một hợp kim có tính ứng dụng cao, chỉ sau thép.
Các ứng dụng của nó bao gồm:
Vì có trọng lượng nhẹ và khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời từ bức xạ điện từ, nó được sử dụng trong việc chế tạo vỏ máy bay, vệ tinh nhân tạo,…
Được sử dụng để sản xuất một số phụ tùng và chi tiết của các phương tiện giao thông như ô tô, tàu thuyền, xe máy, xe đạp…
Có thể được sử dụng làm đế tản nhiệt CPU trong máy tính.
Là nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm nhôm đúc như cửa cổng, hàng rào, cầu thang,… Có vai trò quan trọng trong ngành chế tạo cơ khí và xây dựng.
Hợp kim sắt
Là một loại hợp kim với thành phần chính là nguyên tố sắt, đây là một trong những hợp kim phổ biến nhất trong ngành công nghiệp. Dưới đây là một số hợp chất sắt phổ biến:
Thép: Được tạo thành từ sắt và cacbon, với hàm lượng cacbon dao động từ 0,02% đến 2,14%. Ngoài ra, có thể pha trộn các nguyên tố hóa học khác như đồng, mangan và niken.
Gang: Được tạo thành từ sắt và cacbon, trong đó sắt chiếm tỷ trọng lớn hơn 95% và hàm lượng cacbon dao động từ khoảng 2,14% đến 4%. Ngoài ra, còn có thêm một số nguyên tố khác như photpho, mangan và lưu huỳnh.
Ứng dụng:
Hợp kim sắt được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo máy móc trong ngành công nghiệp và cuộc sống hàng ngày.
Nó được sử dụng để sản xuất bulong, con tán, mũi khoan cắt,…
Nó cũng được sử dụng để chế tạo các đồ dùng trong gia đình như bàn ghế, cầu thang, cửa sổ, cổng, xoong nồi…
Trong các công trình xây dựng, sắt thép là vật liệu không thể thiếu để tạo độ vững chắc cho căn nhà.
Nó cũng được sử dụng để tạo khung đường ray tàu hoả, cầu đường,…
Hợp kim đồng
Hợp kim đồng có hai dạng phổ biến như sau:
Latong, còn được gọi là đồng vàng hoặc đồng thau, là một hợp kim được tạo thành từ sự kết hợp giữa đồng và kẽm. Trong quá trình sản xuất latong, có thể bổ sung một số nguyên tố khác như niken, chì, thiếc…
Brông, còn được gọi là đồng thanh, là một hợp kim được tạo thành từ đồng và các nguyên tố khác, ngoại trừ kẽm. Ví dụ như hợp kim giữa Cu-Sn (brong thiếc), Cu-Al (brong nhôm)…
Ứng dụng của hợp kim đồng:
Được sử dụng từ lâu để chế tạo các vật dụng hàng ngày như chậu làm bằng đồng thau, nồi đồng thau…
Là thành phần quan trọng trong việc tạo dây truyền tải viễn thông, các khớp nối và ren trong môi trường nước.
Được sử dụng trong sản xuất các chi tiết và phụ tùng cho ô tô và xe máy.
Được sử dụng để chế tạo các đường ống dẫn khí đốt, bộ tản nhiệt và ống dẫn.
Thép không rỉ – Inox
Việc lựa chọn sử dụng thép không gỉ thay vì hợp kim kẽm sẽ phụ thuộc vào nhu cầu của công ty. Thép không gỉ là một loại hợp kim gồm sắt, carbon và ít nhất 10,5% crom, được biết đến với độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Thép không gỉ có nhiều cấp độ khác nhau, được xác định bởi sự kết hợp của các nguyên tố pha trộn với sắt, carbon và crom. Hiện nay, thép không gỉ có thể chứa các nguyên tố như niken, niobi, molypden và titan để tăng cường khả năng chống ăn mòn, độ bền và độ dẻo đối với các yếu tố môi trường thời tiết có thể tìm thấy ở các vùng khí hậu khác nhau, từ nhiệt đới, khô, ôn đới, lạnh và cực, cả trên đất liền và biển cũng như trong không gian bên ngoài.
Các ứng dụng của thép không gỉ
Một trong những loại thép không gỉ phổ biến nhất là loại SUS 304, hay đơn giản là 304. Đây là một loại thép không gỉ Austenit, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Các ứng dụng chính bao gồm việc làm vật liệu ốp kiến trúc, các thiết bị nhà bếp như nồi, chảo và dao kéo, phụ kiện tủ bếp thông minh, lan can và cả việc sản xuất lò xo hoặc thiết bị hàng hải.
Tương tự, nếu nhu cầu của bạn yêu cầu một loại thép không gỉ có độ bền chống ăn mòn đặc biệt cao và khả năng hàn tốt, thì loại thép không gỉ 316 sẽ là lựa chọn hàng đầu. Loại thép này được sử dụng trong các ứng dụng như phụ kiện thuyền, bộ phận động cơ phản lực, kiến trúc ven biển hoặc lưới lọc nước.