Реферат: Металлы и сплавы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Металлы и сплавы

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 39 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

10 Металлы и сплавы в химии и техн ике. Химические элементы – это эле менты образующие в свободном состоянии просты е вещества с металлической связью . Из 110 изв естных химических элементов 88-металлы и только 22-неметаллы. Такие металлы , как золото , серебро и медь , известны человеку с доисто рически х времен . В древние и средние века счи тали , 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 , мед ь , олово , железо и свинец” А . Лавуазье в “Начальном курсе химии” (1789) упоминал уже 17 металлов . В начале XIXв . последовало открытие платиновых металлов , а затем щелоч ных , щелочноземельных и ряда других . Триумфом периодического закона было откры тие металл ов , предсказанных на его осн ове Д . И . Менделеевым , - галлия , скандия и германия . В середине XX в . с помощью ядерных реакци й были получены трансурановые элементы - не существующие в при роде радиоактивные металлы. Современная металлургия получает свыше 60 м е таллов и на их основе более 5000 сп лавов. В основе структуры металлов ле жит кристалличе ская решетка из положительных ионов , погруженная в плотный газ подвижных электронов . Эти электроны компенсируют силы электрического отталкивания между положительным и ионами и тем самым свя зывают их в твердые тела. Такой тип химической связи назыв ают металличе ской связью . Она обусловила важн ейшие физические свойства металлов : пластичность , электропровод ность , теплопроводность , металлический блеск. Пластичность — это способность металлов изме нять форм у при ударе , прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку . При этом происходит смещение атомов и ионов кристаллич еской решетки , однако связи между ними не разрываются , так как соответственно перемеща ются и эле к троны , образую щие связ ь . Пластичность металлов уменьшается в ряду Au , Ag , Cu , Sn , Pb , Zn . Fe . Золото , наприм ер , можно прокатывать в листы толщиной до 0,003 мм , которые используют для золочения. Высокая электропроводность металлов объясня ется присутствием свободных электроно в , которые под влиянием даже небольшой раз ности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положи тельному С повышением те мпературы колебания ионов и атомов металлов усиливаются , что затруд няет движение электро нов и тем самым приводит к уме ньшению электропроводности . При низких же тем пературах колебательное движение ионов и ато мов , наоборот , сильно уменьшается , и электропро водность возрастает . Вблизи абсолютного нуля элек трическое сопротивление у металлов практичес ки отсутс т вует . Лучший проводник э лектричества - серебро , за ним идут медь , зо лото , алюминий , железо . Также изменяется и теплопроводность металлов , которая вызвана как высокой подвижностью свобод ных электронов , так и колебательным движением ионов , благодаря чему п р оисходит быстрое вырав ниван ие температуры в массе металла . Металличе ский блеск тоже связан с наличием свободных элект ронов. Из других физических свойств мет аллов наиболь ший практический интерес представля ют плотность , температура плавления и твердос ть . Самый легкий из металлов - литий ( плотность 0,53 г /см 3 ), самый тяжелый - осмий (22,6 г /см 3 ). Металлы с плот н остью меньше 5 г /см 3 называются легкими , осталь ные - тяж елыми . Температуры плавления металлов различаются очень сильно : цезий и галлий можно ра сплавить теплом ладоней , а температура плавле ния вольфрама +3410° С . При обычных условиях единственный жидкий металл - ртуть . В парообраз ном состоянии все металлы одноатом ны , их кристал лическая решетка разрушается. Металлы различаются по твердости . Самы й твер дый из них - хром - режет стек ло , а самые мяг кие - калий , рубидий и це зий - легко режутся но жом . Прочность , температу ра плавления и твердость зависят от прочн ости металлической связи . Она осо бенно велика у тяжелых металлов. В технике сплавы на о снове же леза , т.е чугун , сталь , а также само жел езо , называют черными металлами , все остальные металлы называются цветными . Существуют и другие классификации металлов. Химические свойства металлов определяются слабой связью валентных электронов с ядром ато ма . Атомы сравнительно легко отдаю т их , превращаясь при этом в положительно заряженные ионы . Поэтому металлы являются хорошими восстановителями . В этом их главная и н аиболее общее химическое свойство . Очевидно , как восстановители металлы долж ны всту пать в реакции с различными окислителями , среди которых могут быть прос тые вещества (неме таллы ), кислоты , соли менее активных металлов и некоторые другие вещес тва . Соединения металлов с кислородом называются оксидами , с га логенами - галогенидами , с серой - сульфидам и , с азотом - нитридами , с фосфором - фосфида ми , с углеро дом - боридами , с водородом - гид ридами и т . д .. Многие из этих соединен ий нашли важное примене ние в технике. При взаимодействии металлов с кислотами окисли телем является ион водорода Н , который принимает электрон от атома металл а : Mg - 2e=Mg2+ 2H+ +2e=H2+ ___________________ Mg+2H+=Mg2+H Металлы , стоящие в ряду ста ндартных электрод ных потенциалов (ряду напряжений ) левее водорода , обычно вытесняют (восстанавливают ) вод ород из разбавлен ных кислот типа НС 1 или Н 2S 04, а металлы , стоящие правее водорода , его не вытесняют. Взаимодействие металлов с водными раствор ами солей менее активных металлов можно и ллюстриро вать примером : Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu В этом слу чае происходит отрыв электронов от а т омов более активного металла — цинка и присое динение их ионами менее активного С u 2 '. Руковод ствуясь рядом стандартных эле ктродных потенциа лов , можно сказать , что метал л вытесняет (восста навливает ) из растворов их солей многие следующие за ним металлы. Активные металл ы (щелочные и щелочноземель ные ) взаимодействуют и с водой , которая в этом случае вы ступает в роли окислителя. Металлы , гидроксиды , которые амфотерны, как правило , взаимодействуют с раст ворами и кислот , и щелочей. Металлы могут образовыват ь химические соеди нения между собой . Такие соединения обычно обра зуют типичные металлы с металла ми , обладающими слабыми металлическими свойствами , например определенные соединения натрия со свинцом : Nа 5РЬ 2, Na РЬ , Na2 РЬ , Na4 РЬ Соединения одн их металлов с другими носят общее н азвание интерметаллидов , интерметаллических сое динен ий или металлоидов. Рассмотренные с войства металлов , связанные с отдачей электро нов в химических реакциях , называют металличе скими . В различной степени ими обладают вс е химические эл ементы . О металлических свойствах судят , сопоставляя электроотрицательност и элемен тов . Эта величина , выраженная в ус ловных единицах , характеризует способность атома в молекуле притя гивать электроны . Относитель ные значения электроотрицательностей элемент о в . Чем меньше электроотрицательность , тем сильнее выражены металлические свойства элем ентов. ПОСТОЯННЫЕ МАГН ИТЫ С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ. Использование редкоземельных соедине ний дает возможность создавать материалы для постоянных магни тов малог о веса с большой магнитной энергией . Наиболее эффективны ми для этой цели являются интерметаллические соединения кобальта с легкими редкоземельным и ме таллами , такие как SmCo5, NdCo5, PrCo5. При соответствующей техн ологической обработке (прессо вание мелких ч астиц в магнитном поле и последующее спек ание ), обеспечивающей возникновение однодоменных ч астиц , появляются огромные коэрцитивные силы . Кроме того , они обладают высокой на магниченно стью насыщения при комнатных температу рах и , как следствие это г о , высокой остаточной индукцией BR. Все это позволяет создавать из таких материалов пос тоянные магниты с очень большой максимальной магнит ной энерги ей до 32 млн . Гс-Э , что в несколько раз больше , чем соответствующие энергии для луч ших сплавов на основе э лементов групп ы железа. Подобные материалы открывают большие возм ожности в создании миниатюрных автономных ист очников посто янного магнитного поля . Соединения типа SmCo5 сейчас занимают ведущее место среди материалов , из которых изготовляются весьма сильны е и компактные магниты для р азличных устройств в электротехнике , радиотехнике и автоматике (например , для создания мини атюрных электромоторов , магнитных элементов вакуу мных прибо ров — ламп с бегущей волной , магнетронов , магнито - фокусирующих систем , для медицинских приборов и др .). Дальнейшее улучшение материалов для посто янных магнитов на основе редкоземельных соеди нений требует лучшего понимания физики намагн ичивания ферромагнитных систем RC о 5 , а также изучения магнитных свойств новых соединений , наприм ер , Sm2Co17 и различных смешанных систем . Важны м также является изучение влияния кристалличе ской струк туры и дефектов структуры на м агнитные свойства подоб ных материалов , а такж е отработка технологических приемов получения качественных магнитов из этих соеди нений. МАТЕРИАЛЫ С ГИГАНТСКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ Металлы ТЬ , D у и фер риты-гранаты эт их металлов при низких темпе ратурах имеют гигантские магнитострикции , на 2 — 3 порядка большие , чем магнитострикции в металлах , спла вах и ферритах элементов группы ж елез а . Интерметалли ческие соединения ТЬ F е 2 и D у Fe 2 также обладаю т огромными магнитострикциями , преиму ществом этих соединений является то , что они имеют ог ромные магнитострикции при комнатных темпер атурах . Техническое использование подобных матери алов во змож но для получения ультразвука большой мощности , для конструирования прибор ов , позволяющих с помощью магнитного поля безынерционно управлять различными контактными и сканирующими устройствами , для вибро бурения , для геофизического карротажа скважин , де ф ектоскопии. Для успешного применения редкоземельных магнитострикционных мате риалов необходимо , прежде всего , при нимать мер ы к снижению вредного влияния огромной ма г нитной анизотропии , т . е . уменьшать поле Н S для т ого , чтобы можно было “управлять” этой ма гнитострикцией с помощью малого поля . В настоящее время большой интерес к редко земельным магнитострикционным материалам про являют ученые-гидроакустики. В современной гид роакустике в основном применяются пьезокерамические преобраз ователи звука . Нед остатком по следних явля ется малая мощность излучения и не большая механическая прочность . Исследования показывают , что магнитострикционные излучатели , в которых используются соединения типа RFe2 , могут быть более эффек тивными , чем пьезокерамические излучатели . Эффективность работы магнитострик ционного преобразователя характеризуется рядом п араметров , наиболее важными из которых являют ся : константа динамической магнитострикции Л и коэффициент полезного действия преобразователя или , как его еще на зыв а ют , коэффициент электромеханической связи k. НОВЫЕ МАГНИТЫ ИЗ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ М ЕТАЛЛОВ С КОБАЛЬТОМ Основой первых спеченных постоянн ых магнитов из редкоземель ных металлов с кобальтом ( R — Со ) было соединение Sm Со 5 , и сегодня большинство R — Со магнитов все еще получают из спе ченного порошка соединения Sm Со 5 . Популярность Sm Со 5 объ ясняется тем , что из него довольно легко можно изг отовить маг ниты с прекрасными магнитными сво йствами. Тем не менее становится все более очевидным , что в конкрет ном случае применен ия не 'все свойства в равной степени важ ны , так что потенциальные возможности магнито в из Sm Со 5 не вс е гда полностью используются . Вследствие этого стало желатель ным расширить разнообразие R — Со магнитов путем разработ ки новых типов со свойствами , ориенти рованными на конкретное применение. В данной статье мы представляем три новых типа R — Со магнитов : СеММ 0,8 Sm0,2Co5 , типа 2 :17 и магниты с пластичными связ ками. Магниты из СеММ 0,8 Sm 0,2 Co 5 Сегодня большинство постоянных магнитов из редкоземельных м еталлов с кобальтом изготовляют на основе Sm Со 5 . Для умень шени я стоимости сырьевых материалов Sm может быть частично или целиком замещен более дешевым цериевым мишметаллом (СеММ ), представляющим со бой природную смесь лег ких редкоземельных эл ементов , соде ржащую , %(ат .): 45 — 60 Се , 23 — 25 L а , 9-20 Nd и 3 — 7 Р г . Замещение самар ия СеММ ведет к уменьшению как магнитной энергии , так и коэрцитивной силы . Но м агниты СеММСо 5, не содержащие самарий , все еще обладают хорошими свойствами . Снижение ма гнитных свойств , в ызванное замещением сам ария СеММ , до некоторой степени отражает с опутствующее понижение пер вичных магнитных свойс тв. Магниты СеММ 0,8 Sm0,2Co5 изготавливают по той же техноло гии , что и магниты Sm Со 5 . Тех нологически е этапы процесса производства магнитов и з ре дкоземельных металлов с кобальтом . Сплавы редкоз емельных металлов с кобальтом получают или плавкой металлов в атмосфере инертного газ а , или кальциетермическим восстановлением окислов РЗМ в присутствии кобальта или оки си кобальта . Затем c плавы R — Со по дверга ют размолу в порошок с частицами раз меро м менее 0,5 мм , смешиванию с цел ью корректировки соста ва и дальнейшему измел ьчению в струе газообразного азота до пол учения тонкого порошка с размером частиц в несколько микрон . Размер зерен и их распределени е тщательно контроли руют . кроме того окисление порошка следует сводить д о мини мума . На следующем этапе порошок ор иентируют в магнитном поле и прессуют до получения полуфабрикатов с плотностью прибли зительно 70% от теоретической . Можно применять г идро ст а тическое прессование или прес сование через матрицу . При прессовании через матрицу получают магниты желаемой формы и размеров , совсем или почти не требующие дополнительной ме ханической обработки . Заготовки магнитов затем опекают в ат мосфере инер тного газ а для достижения высокой плотности (свыше 92% от теоретической ). Процесс спекания - наиболее ответственный технологический этап , где требуется точный кон троль температуры , чтобы обеспечить отсутствие открытой по ристости и сохранение высокой коэрцитивной с илы . Вслед за процессом спекания с целью да льнейшего увеличения коэр цитивной силы проводят тер мическую обработку . Затем магниты подверг ают ме ханической обработке для по лучения изд елий заданных раз меров . Поскольку магниты из редкоземельных металлов с к обальто м довольно хрупки , то следует применять шл ифова ние , резку алмазными кругами , сверление у льтразвуком , элек троискровую обработку . Ис пользуя эти ды , легко до стичь допусков порядка 10 мкм . Затем магниты намагничивают в сильном магнитном поле. Для до стижения максимальной долговрем енной стабильности магниты подвергают температур ной стабилизации. МЕХАНИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ МЕТАЛЛОВ Это свойство металлов открыто с равнительно недавно и оно получило на звание “память формы”.Примером этого может сл ужить лезвие , если его согнуть , то оно сразу же разогнется , значит метал помнит и сходную форму , находясь под любым напряжением , не превышающем предела упругости . Такая памят ь металла имеет два важных недостатка. Во-первых , ее “объем” мал : она хорошо работает только при небольших отклонениях от исходной формы , когда деформации измеряютс я долями процента , однако при деформации о коло 10 % повед ение ме талла уже характеризуется практиче ски полной забывчивостью. Значение даже такой “куцей” памяти ме таллов очень велико . Достаточно сказать , что не будь ее , не работала бы ни одна пружина . Кроме того , есть способ увеличен ия памяти путем использования сплавов, о бладающих сверхупругостью. Гораздо интереснее иметь дело с метал лом , обладающим полноценной памятью , когда фаз ы хранения и извлечения независимы и когд а хранение не связанно с участием посторо нних сил. Здесь мы можем сказать прямо , что удалось получить с плавы обладающие именно такой памятью . Они могут хранить исходную форму в своей памяти очень долго , а вспоминают ее при нагреве , так что в наших силах “взывать к памяти” металла в тот момент и в той обстановке , когда нам это потребуется. Сотрудники лаборат ории военно-морской артиллерии США , вели планомерный поиск сплаво в никеля с титаном с приблизительно равны м содержанием этих двух компонентов . Каждый из двух металлов хорошо сопротивляется кор розии , и сплав получится в этом отношении отличным . Кроме того, оказалось , чт о он имеет высокую прочность и пластичнос ть . Но вовсе неожиданным и замечательным б ыло то , что он проявлял ярко выраженную способность к запоминанию формы . Это было редчайшей удачей . Никель и титан значительн о дешевле и доступней , чем , наприм е р , сплав Оландера , в котором около половины - золото . Сочетание же свойств нового сплава было удивительно благоприятным и этот сплав был назван нитинол. КОСМИЧЕСКИЕ И ЗЕМНЫЕ ПРОФЕССИИ ЗАПОМИЕАЮЩИХ СПЛАВОВ Возможности практического применения сплавов , облад ающих уникальным свойством запоминать форму , исключительно разнообразны и заманчивы . Здесь перед конструкторами – широкое поле деятельности , усеянное принципиально новыми инженерными решениями . Например , в космической технике с помощью этих сплавов эффект н о решается традиционная про блема экономии места . Свернутые или скрученны е в компактную форму и уложенные в не больших нишах космического корабля антенны , м еханизмы стабилизации , солнечные батареи распрямл яются или выдвигаются от действия солнечного тепла. С озданы соединения способами , заменяю щими сварку , пайку и другие трансформационные методы . Для соединения двух трубок в топлевном двигателе самолета , берут втулку из низкотемпературного запоминающего сплава , внутре нний диаметр которой на 4% меньше наружног о диаметра соединительных трубок . В жидком азоте деформируем втулку методом раздачи , так что ее внутренний диаметр ста новится на 4% больше наружного диаметра трубок . Теперь концы трубок мы можем ввести внутрь втулки , которая , отогреваясь до комнатн ой темп е ратуры , сжимается и сжимае т концы трубок , обеспечивая прочное и герм етичное соединение . В авиации и кораблестроении уже устан овлены сотни тысяч таких соединений . Они п оказали высокую надежность и работают безотка зно . Это значительно проще , чем свариват ь или паять . Можно легко выполнять такие соединения в труднодоступных местах , когда сварка или пайка вообще невозможны , - например , на дне моря. Интересны возможности использования этих сплавов в медицине . Их применяют при опера циях , связанных со сращивани ем костных переломов . В организм больного оперативным путем вводят стержень , изогнутый так , что он повторяет неправильную форму кости . Стерже нь помнит заранее заданную ему форму прав ильной кости и начинает вспоминать ее при небольшом превышении температур ы. Другой пример – фильтры для улавлива ния тромбов в сосудах . Слегка охлажденная прямая тонкая проволочка вводится в нужное место кровеносного сосуда , там , отогреваясь до температуры тела принимает ранее заданную ей причудливо запутанную форму . Фильтр пр опу скает кровь , но задерживает тромб , который , добравшись до сердца или мозга , м ог бы привести к смертельному исходу. Нитинол не ржавеет , он легок и про чен . Не исключено , что в будущем из нег о будут , например , делать корпусы автомобилей . Такой автомобиль , даж е после серьезн ого дорожного происшествия , восстановит форму кузова просто в результате легкого подогрева поврежденных мест. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ С ТЕКЛА В самом начале этого реферата мы выяснили , что при обычных условиях з атвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или ино го типа . Строгую периодичность системы ионов называют “дальним порядком” . Например , при многократном повторении в пространстве той комбинации ионов воспроизводится объемно-центриров анная кубическая решетка . Пр и наличи и дальнего порядка мы можем точно указать координаты любого иона , если знаем его порядковый номер по отношению к произвольн о выбранному исходному иону . Все позиции и онов , все межатомные расстояния четко определ ены . Возвращаясь к системе атомов , мы назовем такую ситуацию “ближним порядком” . Можно довольно точно указать координаты и количество атомов , окружающих данный атом , но более далеких прогнозов делать уже нельзя . Но в природе существует и другая категория веществ , которые называются аморфн ыми. При охлаждении , когда энергия тепловых колебаний атомов становится столь ни зкой , что они уже не могут свободно пу тешествовать , эти вещества сохраняют структуру жидкости . Здесь может идти речь только о ближнем порядке в расположении атомов . Д вижение “толпы ” как бы постепенно затихает , люди все менее энергично толкают друг друга и , наконец , застывают на св оих случайных местах , слегка покачиваясь из стороны в сторону. Обычное стекло , смола , парафин , асфальт - это примеры природно аморфных материалов , не имеющи х правильного кристаллического с троения . Такие материалы при нагревании и охлаждении лишь изменяют свою вязкость , но никаких принципиальных изменений во взаимном расположении составляющих их атомов не про исходит. У кристаллических тел подобные изменения св ойств при нагреве происходят гораз до более резко , а само плавление - у чи стых металлов - идет при строго определенной температуре , так что температура плавления металла является одной из его фундаментальных физических характеристик (констант ). Если не мен я ется внешнее давление и ме талл хорошо очищен от примесей , то по появлению первой капли при нагреве можно определить температуру с точностью до десятых долей градуса. Возникает вопрос : нельзя ли и в ме таллическом сплаве “заморозить” ту атомную ст руктуру кот орая характерна для жидкости , нельзя ли лишить металл дальнего порядка в твердом состоянии . Ведь тогда можно ожидать значительного изменения всех тех е го свойств , которые определяются правильным с троением кристаллов. В принципе способ , с помощью которого м ожно решить такую задачу , ясен - надо пытаться резко увеличить скорость охлажд ения жидкого металла , чтобы быстро спуститься в ту область температур , где атомы уж е не могут менять своих соседей . Расчеты и эксперименты показали , что подавить про цесс кристал л изации действительно уда ется , но для этого нужны скорости охлажден ия порядка миллионов градусов в секунду . О дин из разработанных способов заключается в разбрызгивании мелких капель жидкого металла на хорошо отпалированную поверхность быстро вращающегося х о лодного медного д иска . Капля на поверхности диска размазываетс я очень тонким слоем (несколько микрометров ), а хорошая теплопроводность меди обеспечивает высокую скорость теплоотвода. В настоящее время уже налажен промышл енный выпуск десятков сплавов в амор ф ном состоянии . Оказалось , что легче всего аморфизуются сплавы переходных и благородных металлов с металлоидами (неметаллами , углеродом , бором , фосфором и др .), причем есть сплав ы , в которых удается подавить кристаллизацию при скорости охлаждения порядка т ысяч и даже сотен градусов в секу нду. Какие же свойства аморфных сплавов ос обо ценны для техники ? Как и ожидалось , аморфные металлы во многих отношениях отли чаются от своих кристаллических собратьев . Хо тя модули упругости при аморфизации снижаются в средне м на 30 (силы межатомной связи уменьшаются ), но прочность и твердость резко возрастают . Отсутствие дислокации приводит к тому , что металлические стекла по прочнос ти превосходят самые лучшие легированные стал и . Высокая твердост ь определяет их ве ликолепную износостойкость . Правда , пластичность а морфных сплавов низкая , что даже можно был о ожидать , так как “носителями” пластичности являются дислокации . Все же металлические стекла не так хрупки - как обычное стекл о . Их можно , напр и мер , прокатывать при комнатной температуре. Другое важнейшее преимущество аморфных ме таллических сплавов - их исключительно высокая коррозионная стойкость . Во многих весьма аг рессивных средах (морской воде , кислотах ) метал лические стекла вообще не корродир уют . Например , скорость коррозии аморфного сплава , содержащего железо , никель и хром , в рас творе соляной кислоты практически равны нулю . Для сравнения можно сказать , что скорост ь коррозии “классического” коррозионностойкого с плава железа с никелем и хромо м (знаменитая нержавеющая сталь , которую т ак и называют - “нержавейка” ) в той же среде превышает 10мм /год . Основная причина такой высокой коррозионной стойкости аморфных сплавов , по-видимому , состоит в том , что , не имея кристаллической решетки , они лишены и характерных “дефектов” кристаллов - дислокации и , главное , границ между зернами . Высокая плотность упаковки атомов в крис талле в близи этих “дефектов” уменьшается столь резко , что вдоль них легко проник ают в металл “вражеские агенты” . Важно , чт о бездефек т ная структура аморфного сплава передается той тонкой окисной пленк е , которая образуется на его поверхности н а начальных стадиях коррозионного процесса и в дальнейшем защищает металл от прямого контакта с “агрессором”. Весьма интересным показалось и сочетан ие некоторых физических свойств аморфных сплавов , в частности , магнитных и электри ческих . Выяснилось , что сплавы на основе ф ерромагнитных металлов (железа , никеля ) в аморф ном состоянии так же ферромагнитны. Если вернуться сердечникам трансформаторов то буд ет видно , что замена обычной трансформаторной стали аморфным сплавом даст огромную экономию энергии . В США подсчита но , что потери на вихревые токи уменьшаетс я при этом в 4 раза . Необычное сочетание магнитных и электрических свойств металлически х стекол по з воляет с большим эффектом использовать их и для других пре образователей тока , датчиков , сердечников и ра зного рода реле. Количество компонентов в сплавах возрастает вместе с требованиями . Уже не редкость сплавы с десятком и более к омпонентов . Их составлени е - боль шое искус ство , так как компоненты должны работать в гармонии и согласии . Недаром создателей н овых сплавов ме таллурги называют композиторами . Изготовить такие композиции в пр омышленности часто труднее , чем соста вить . У компонентов разные темпера туры плавлени я , химические свойства , плотность . Если при плавке еще удается управлять множеством пр оцессов , ис пользуя вакуум или защитные атмосф е ры , флюсы , разделяя плавку на этапы , то при кристаллизации влиять на ход событий можно только режимом охлаж дения . Здесь- то компоненты и проявля ют свой характер . Одни упрямо не хо тят растворяться в обще й массе сплава и выделяются прослойками , д ругие жад но поглощают все загрязнения и при меси , образуя стойкие и вредные соеди нени я , третьи кристаллизуются в сл и ш к ом крупные или слишком мелкие зер на , нару шая структурную однородность сплава . И чем больше компонентов , тем больше подобных про блем. Чтобы избавиться от трудностей , свя занных с кристаллизацией , можно изго товить металл из смеси компонентов в виде ч аст иц , гранул или волокон , спрес совав и сварив их в сплошную массу . Так возн икла технология композит ных металлов , а затем порошковая ме таллургия . Это была первая попытка начать революцию в металлургии , но она удалась лишь частично. Порошковая металлургия и композ и ты занимают хотя и важную , но до вольно ограниченную область в выпуске металлических изделий . Это прежде все го производство т вердых сплавов для ин струмента , затем изготов ление изделий из тугоплавких металлов - вольфр ама , молибдена и других , пла в ление которых сопряжено с техническими трудностями , наконец , получение деталей с особой стру ктурой - пористых , волокнистых , чешуйчатых. Порошковая технология ограничена прежде всего стоимостью продукции , которая по ка раз в десять выше , чем продукция , по луч енная традиционными металлургическими при емами . Кроме то го , хотя при спекании проис ходит диф фузия компонентов и протекают некот о рые химические реакции , композиты все же обладают свойствами смеси , а не сплава. Вторая попытка состоялась сравни тель но неда вно , когда новая наука - фи зика металлов - обнаружила , что тео ретическая проч ность металла на полто ра-два порядка выше реальной . Оказа лось , что низкая прочность м еталла объ ясняется дефектами кристаллической реш етки . Количество дефектов в металле може т быть соизмеримо с числом ато м ов , поэтому в расчетах используют плотность , или концентрацию дефектов в единице объема . Если эта величина близка к нулю , что соответствует иде альному кристаллу , то прочн ость такого кристалла близка к теоретической . С по вы ш ением концентрации дефек тов проч ность сначала стремительно снижается , а затем начинает снова возрастать , но з начительно медленнее . Минимум обыч но соответствуе т реальной прочности чистого металла . Примеси , легирующие добавки , деформация увеличивают к он ц ентрацию дефектов и повышают проч ность материала. Была поставлена задача получить без дефек тные и достаточно крупные метал лические моно кристаллы . Однако она не решена до сих пор . Правда , удалось вырастить тонкие , в несколько десят ков микрон , и длиной до полутора сан тиметров почти бездефектные кристаллы некоторых металлов . Их прочность дей ствительно оказалась во много раз выше обычной . Из таких “усов” были даже из го товлены высокопрочные композиты . Но дальше ла бораторий дело пока не пошло : скорость рос т а “усов” оказалась слишком низко й , а потому цена - слиш ком высокой. Третья попытка совершить револю цию в металлургии делается сегодня. Четверть века назад эксперименты по быстрому охлаждению металлических расплав ов которые проводились с целью пол уче ния субмикроскопической структуры металла , обнару жили , что в некоторых случаях кристаллическая решетка в металле вообще отсутствует , а расположение атомов характерно для бессстру ктурного , аморфного тела . Это не было неож иданностью : твердые аморфные тела - стек ла получают путем переохлаждения жидкого расп лава . Правда , для образования обычных стекол достаточно очень небольшой скорости охлаждения . Для металлов же , чтобы опеределить крист аллизацию , необходимы гро мадные скорости охлажден ия - миллионы гр а дусов в секунду . Такая скорость была достигнута , когда порци и расплавленного металла выстреливали в воду , - получались частицы с аморфной , стеклообразно й структурой. Неожиданным оказалось другое : у а морфного металла совсем другие , не сходные свойства с мет аллом кристаллическим . Не т , металл остается металлом , со всеми хара ктерными для него свойствами – блеском , э лектропроводностью и т.д . Но он становится в несколько раз прочнее , повышается стойкость к коррозии , меняются электоромагнитные харак теристики и д а же одна из самы х устойчивых констант - модуль упругости . Но главное достоинство нового материала заключает ся в том , что в нем прекрасно соединяю тся , уживаются все необходимые компоненты . При сверхбыстром охлаждении сплав затвердевает , прежде чем компонент ы - антагонисты у спевают про явить свой антагонизм. Аморфные сплавы получили название металли ческих стекол . Интерес к ним стремительно возрастает Сейчас ставится задача не только получать спла вы с новыми свойствами , но и создавать их промышленную технологи ю . А здесь еще очень много нерешен ных проблем . Первым из полученных металлическ их . стекол был сплав А u — Si . Затем удалось по лучить в аморфном состоянии не толь ко сп лавы , но и , некоторые чистые ме таллы — от G е , Те и В i до ярко выра женных А 1, V , Сг , F е , Ni и других . Д ля этого потребовались фантастиче ские скорости охлаждения - до 10 10 К /с . Однако аморфное состояние мета лла оставалось не устойчивым – при нагре ве начиналась кристаллизация . Необходи мо было найти сплавы с разумными скоростями охлажд ения и тем пературой , с устойчивой амор фной структурой. На основании этих теоретических представл ений металлурги составляют сейчас аморфные с плавы , получая превосходные практические результа ты . Уже есть металлические стекла , у котор ых критическая скорость всего лиш ь 100 - 200 К /с , а температура стеклования в нескол ько раз меньше температуры плав ления основно го компонента . Таковы , например двойной сплав Pd80Si20 , с двадцатипроцентной добавкой кремния сплавы Ni80P20, Fe80B20, Au81Si19 и многие другие . Нетрудно замети ть , что общее содержание металлоидов во всех этих спла вах около 20 %. Какие же свойства металлических стекол особенно ценны для современной техн ики ? Прежде всего исследователей заинте ресовали ферромагнитные свойства сплавов на основе железа , никеля и ко бальта . Металлургия готовит для промышленности сотни тысяч тон н специ альных электротехнических сталей и сп лавов в виде тонкого листа . Из них 95 % со ставляют армко-железо , динамные и трансформаторные стали . Из листа набираются сердечники эле ктродвигат е лей и генераторов , трансфо рматоров и магнитопроводов . Материалы для сер дечников электромашин называют магнитомягкими . Он и должны обладать вы сокой магнитной проницае мостью , высо кой индукцией насыщения , значитель ным удельным электросопротивлением . Это ч резвычайно важно для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи , для повышен ия к.п.д . электрических ма шин. Трансформаторные и другие элект ротехнические стали - это сплав желе за с кремнием . П ричем больше 4 % кремния добавлять нельзя , но и при этом мет алл получается хрупк им , плохо про катывается , легко теряет столь необхо димые магнитомягкие свойства . В ре зульта те потери в сердечниках обычно достигают 0,3-1 %, падает к.п.д . Прав да , есть еще и более магнитомягкие ма териалы . Это пермаллои - сплавы на о с нове железа и никеля , которые приме няются в магнитофонных головках и других точных приборах . Однако они в десятки раз дороже стали и тоже легк о теряют свои свойства при обработке или перегреве . А магнитомягкие свойства ме таллич еских стекол оказались н а уровне пермаллоев лучших марок , притом эти свойств а более стойки и стабильны. Поскольку ожидаемая стоимость про мышленных металлических стекол даже ниже , чем электротехнической стали , то применение ново го материала сулит гро мадные выгоды . У на с в стране произ водится в год около 1275. млрд . квт-ч электроэнергии . На своем пути до пот ребителя электрический ток не мен ее че тырех раз проходит через электротех ниче ские устройства — генераторы , трансформаторы , электродвигатели . И везде потери . Если сокр атит ь их вдвое только в сердечн иках , это составит экономию 20 млрд . квт-ч . А некоторые марки металлических стекол сокращ ают потери не в 2, а в 3 — 4 раза . Так что интерес к новым материалам понятен и оправдан . К этому необходимо еще доба вить , что из-за более ни з кой , ч ем у сталей , электропроводности для металличе ских стекол частично или полностью к отпа дает необходимость в изоляции пластин в п акетах сердечников . А это оз начает уменьшение габаритов и повыше ние к.п.д . электрических машин. Не менее привлекательны м е ханиче ские свойства металлических стекол . Аморфны й металл в среднем в 5 — 7 раз прочнее своего кристаллического анало га . Например , сп лав F е 8 0 В 2 0 имеет проч ность н а разрыв 370 кгс /мм 2 - в десять раз прочнее железа , вдвое прочнее луч ших легированных стале й. К недостаткам металлических стекол , как и всех стекол вообще , следует от нести их малую пластично сть , а также характерное снижение прочности при увеличении скорости нагружения . И все же есть основания считать аморфные сплавы пластичными стеклами : их мож но выруб ать и резать на полосы в штампах , на полосы и проволоку , можно гнуть и сплет ать , поэтому не трудно представить плетенные сетки из аморфного металла вместо армату ры в железобетонных плитах , прочнейшие волокн истые композиты , канаты и многие другие и зделия , где уникальная прочность металлических стекол позволит сэкономить тысячи тонн металла . СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. “Химия и жизнь” , научно-популярный журнал академии наук Украины .(№ -8 1998г .) 2. “Необычные свойства обы чных металлов” , В .А.Займовский , Т.Л.Колупаева , библиотека “Квант” (№ -32 1997г .) 3. “Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом” ( proceedings of the second international workshop on RARE EARTH-COBALT PERMANENT MAGNETS and their applica-tions,Dayton,Ohio,Usa ,edited Karl.J.Strnat ), перевод Р.С. Торчиновой , Є.М.Лазарева , Москва “Москва” 1995г. 4. “Редкоземельные магнетики и их применени е” , К.П.Белов , Издательство “Наука” , 1990г. 5. “Химия и научно-техничес кий прогресс” , И.Н.Семенов , А.С.Максимов , А.А.Макареня , Москва “Просвящение” 1988г .(для учеников 10-11 к лассов ) 6. “Энциклопедический словар ь юного хи м ика” , Москва 1990г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Здравствуйте, можно записаться к урологу?
- На полшестого?
- Нет, просто покраснел.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Металлы и сплавы", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru