Stop metali

Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle obniżają plastyczność, przewodnictwo elektryczne i przewodnictwo cieplne.

Stopy otrzymuje się najczęściej przez stapianie składników w stanie ciekłym i odlewanie, po którym – w czasie chłodzenia i dodatkowych zabiegów obróbki cieplnej – powstaje struktura decydująca o właściwościach. Są stosowane również inne techniki wytwarzania stopów, tj. spiekanie, elektroliza lub nasycanie dyfuzyjne w stanie stałym (obróbka powierzchni wyrobów, np. azotowanie, nawęglanie, kaloryzowanie i inne)[1].

Steel wire rope
Lina stalowa.
Stal jest stopem żelaza z węglem, zawierającym 0,02–2,11 % mas. C, poddanym obróbce plastycznej (zob. stop Fe–Fe3C)

Podział stopów ze względu na główny składnik

  • inne stopy
    • inmet
    • wironit (kobaltowo-chromowy)

Podział stopów ze względu na zastosowanie

  • stopy odlewnicze
Wybrane stopy metali[2]
Nazwa Skład Zastosowanie
Brąz cynowy 75-78% Cu; 25-22% Sn odlewy dzwonów
Brąz aluminiowy 80-98% Cu; 20-2% Al monety
Duraluminium 5-5,5% Cu; 0,2-1% Si; 0,2-1,1% Mn; 0,2-1,6% Mg; reszta-Al części samochodowe, samolotowe
Alniko 8–12% Al, 15–26% Ni, 5–24% Co, do 6% Cu, do 1% Ti, reszta Fe magnesy trwałe
Elektron do 10% Al; do 3,5% Zn; 1,5-2% Mn; reszta-Mg części samolotowe
Konstantan 60% Cu; 40% Ni Oporniki elektryczne
Lut cynowy 17-90% Sn; 0,25-6% Sb; reszta-Pb lutowanie
Mosiądz twardy 50-80% Cu; reszta-Zn okucia, osprzęt
Nowe srebro (alpaka, argentan) 45-70% Cu; 8-28% Ni; 8-45% Zn wyroby artystyczne
Stal szybkotnąca 0,6-0,7% C; 0,2-3% Mn; 0,1-0,3% Si; 12-26% W; 4-5% Cr; reszta-Fe narzędzia skrawające
Stal węglowa 0,5-1,6% C; 0,15-0,25% Si; 0,1-0,3% Mn; reszta-Fe narzędzia
Stop drukarski 50-80% Pb; 12-26% Sb; do 22% Sn czcionki, odlewy drukarskie
Stop ferromagnetyczny 24-30% Ni; 9-13% Al; 5-10% Co; reszta-Fe magnesy trwałe

Przypisy

  1. Encyklopedia techniki – Metalurgia. Katowice: Wydawnictwo "Śląsk", 1978, s. 387–388, 584–586. (pol.)
  2. Encyklopedia Popularna. Warszawa: PWN, 1966, s. 1039.
Akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy

Akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy (NiMH lub Ni-MH- ang. nickel metal hydride) – akumulator, w którym katodę stanowi płytka niklowa, a anodę stop metali, z którym reaguje wydzielający się podczas ładowania wodór tworząc wodorek metalu.

Akumulatory tego typu nie zawierają toksycznych związków kadmu jak akumulator NiCd. Posiadają jedną z najwyższych gęstości energii (360 MJ/m³).

Ogniwa NiMH długo nie wchodziły do produkcji masowej – mimo że elektroda wodorowa bardzo dobrze nadaje się na anodę, konstrukcja wykorzystująca to ogniwo wymaga absolutnej szczelności, porowatej elektrody oraz wysokiego ciśnienia. Jedynym rozwiązaniem jest związanie wodoru w związek chemiczny powstający podczas ładowania, a rozpadający się podczas rozładowywania ogniwa. Związki takie odkryto pod koniec lat 60. XX wieku, a prace nad praktycznym zastosowaniem trwały do końca XX w. W nowoczesnych akumulatorkach NiMH anody zbudowane są z porowatego stopu wielu metali, takich jak np. wanad, tytan, cyrkon, nikiel, chrom, kobalt i żelazo. Przyczyna lepszej wydajności (możliwości wiązania i uwalniania wodoru) takich egzotycznych stopów nie jest do końca jasna – ich składy ustalane są eksperymentalnie.

Poza anodą, konstrukcja akumulatorków NiMH nie różni się w zasadzie od konstrukcji wypartych przez nie akumulatorów NiCd. Siła elektromotoryczna obu ogniw wynosi ok. 1,2 V, co sprawia, że w wielu zastosowaniach akumulatory te można stosować zamiennie.

Płytka niklowa stanowi elektrodę dodatnią, a elektrodą ujemną jest stop niklu, manganu, magnezu, kobaltu i aluminium. Klucz elektrolityczny wykonany jest z poliamidu lub polietylenu, zaś elektrolit jest zasadowy. Akumulatory NiMH mają od dwóch do trzech razy większą pojemność, niż odpowiadające im akumulatory NiCd, a także mają o wiele mniejszy efekt pamięci (jednak nadal wymagają procesu formowania). W akumulatorach tych istnieje za to tzw. efekt leniwej baterii; powstaje on wskutek niecałkowitego rozładowania, co powoduje nieznaczny spadek napięcia znamionowego; efekt ten można usunąć za pomocą ładowarki z funkcją rozładowania.

Akumulatory NiMH są droższe od akumulatorów NiCd. Charakteryzują się szybszym czasem samorozładowania i krótszą żywotnością. Osiągają pojemność większą o około 30%, charakteryzują się także większą gęstością energii (teoretycznie 50%, praktycznie – około 25%). Nowością wśród akumulatorów są produkty łączące w sobie zalety akumulatorów NiMH i baterii, np. firmy GP Batteries ReCyko+ lub Sanyo Eneloop (sprzedawane zazwyczaj w pełni naładowane).

Akumulatory NiMH znalazły szerokie zastosowanie w samochodach hybrydowych. Do końca 2013 roku wyprodukowano ich ponad 6 mln. Lider rynku hybrydowego, Toyota, stosuje je w większości swoich modeli, m.in. w pierwszym modelu hybrydowym, Priusie.

Anoda: stop metali ziem rzadkich lub niklu z wieloma innymi metalami

Katoda: tlenowodorotlenek niklu

Elektrolit: wodorotlenek potasu

Alcofer

Alcofer – stop metali zawierający żelazo, glin i kobalt. Nazwa pochodzi od pierwszych sylab tych pierwiastków w nazewnictwie łacińskim (aluminium – glin, cobaltum – kobalt, ferrum – żelazo).

Stopy żelaza o zawartości 12–14% glinu 1–3% kobaltu wykazują bardzo dobre własności magnetostrykcyjne i znajdują zastosowanie w produkcji przetworników elektroakustycznych w technice ultradźwiękowej.

Bielnik

Metalurgiabielnik – stop metali, składający się głównie z nikluMiejscowości w PolsceBielnik Drugi – osiedle położone w województwie warmińsko-mazurskim

Bielnik Pierwszy – osiedle położone w województwie warmińsko-mazurskimCieki w PolsceBielnik – rów, dopływ Kanału Wschodniego

Bielnik – potok, dopływ Szklarki

Bielnik (stop)

Bielnik – jednolicie biały i srebrzysty stop metali, składający się głównie z niklu, odporny na kwasy organiczne, był stosowany do wyrobu sztućców i wszelkiego rodzaju wyrobów i ozdób stołowych. Został wynaleziony i opatentowany 28 stycznia 1926 roku przez firmę J. Fraget pod numerem 12.440. W 1927 roku firma za swe wyroby z bielnika otrzymała na Międzynarodowej Wystawie Sanitarno-Higienicznej dyplom honorowy (jedyny przyznany) za wyroby do użytku szpitalnego.

Britannia (stop)

Britannia (metal britannia, początkowo także biały metal) – stop metali zawierający 92% cyny, 6% antymonu i 2% miedzi, po raz pierwszy uzyskany w Sheffield w drugiej połowie XVIII wieku.

Lut (technologia)

Lut, lutowie, spoiwo lutownicze – metal lub stop metali, służący do lutowania jako wypełnienie spoiny. Ma temperaturę topnienia znacznie niższą od temperatury topnienia lutowanych materiałów.

Luty dzieli się na miękkie topiące się w zakresie 170–325 °C i twarde topiące się powyżej 450 °C. Ich skład chemiczny może być różny w zależności od potrzeb. Przed 1 lipca 2006 r. luty miękkie bazowały najczęściej na stopie cyny i ołowiu o składzie zbliżonym do eutektycznego i temperaturze topnienia ok. 185 °C. Obecnie ze względu na ograniczenia w stosowaniu ołowiu używane są luty bezołowiowe na bazie cyny z dodatkami srebra, miedzi, bizmutu i antymonu o temperaturach topnienia 210–220 °C. Luty twarde to stopy na osnowie srebra i miedzi.

Spoiwo lutownicze może być wytwarzane w formie lasek (te o większych średnicach są zwykle o przekroju trójkątnym), drutu pełnego lub drutu z kanałem (lub kilkoma kanałami) wypełnionymi topnikiem (tzw. tinol).

Najpopularniejsze zastosowania lutów to elektronika i jubilerstwo.

Melchior (stop metali)

Melchior – stop miedzi z niklem, cynkiem i żelazem, charakteryzujący się odpornością na korozję. Jego polska nazwa pochodzi od nazwy francuskiej maillechort, utworzonej od nazwisk XIX-wiecznych wynalazców stopu – Maillota i Choriera.

Wyróżniane są m.in. stopy:

niemiecki: 65,4% Cu, 16,8% Ni, 13,4%Zn, 3,4% Fe

paryski: 66,24% Cu, 16,42% Ni, 13,42%Zn, 3,2% Fe

wiedeński 66,6% Cu, 19,3% Ni, 13,6%Zn, 0,48% FeMelchior jest zaliczany do mosiądzów wysokoniklowych, nazywanych również, ze względu na swoją barwę, nowym srebrem. Jako materiał odporny na korozję i nadający się do obróbki plastycznej jest stosowany do platerowania żelaza. Jest używany do wytwarzania płaszczy pocisków.

Nowe srebro

Nowe srebro (wg Polskiej Normy: mosiądz wysokoniklowy; inne nazwy: argentan, pakfong, melchior, alpaka, alfenid, arfenil, neusilber, srebro Schefildskiego, chińskie srebro, metal Christofle'a i inne) – srebrzystobiały stop metali zawierający 40–70% miedzi, 10–20% niklu i 5–40% cynku. Gęstość 8,4–8,7 g/cm³. Nowe srebro wynaleziono w Chinach. Stało się znane w Europie po sprowadzeniu go przez składy handlowe. Wbrew swojej nazwie zwyczajowej nie zawiera on srebra, jednak z wyglądu przypomina ten metal. Służy do wyrobu ozdób, sztućców, sprzętu medycznego, instrumentów muzycznych, rozmaitych przyborów itp., a także drutów oporowych.

W Polsce stosowane jest kilka stopów zaliczanych do mosiądzów wysokoniklowych różniących się składem:

MZN12 – Cu: 62–66%, Ni: 11–13%, Mn: 0–0,5%, Zn: 20–27%

MZN15 – Cu: 62–66%, Ni: 13,5–15,5%, Mn: 0–0,5%, Zn: 18–24%

MZN18 – Cu: 53–56%, Ni: 17–19%, Mn: 0–0,5%, Zn: 25–30%

MZ20N18 – Cu: 60–64%, Ni: 17–19%, Mn: 0–0,5%, Zn: 16–23%

Starzenie stopu

Starzenie stopu – obróbka cieplna, której poddawany jest wcześniej przesycony stop metali. Proces ten powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz zmniejszenie plastyczności. Wyróżnia się starzenie naturalne (samorzutne) oraz przyspieszone (sztuczne) .

Starzenie przyspieszone (sztuczne) polega na nagrzaniu stopu przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci faz drobnodyspersyjnych. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej, to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego.

Połączone procesy przesycania i starzenia określa się wspólną nazwą „utwardzanie wydzieleniowe”. Utwardzaniu wydzieleniowemu poddawane są stopy charakteryzujące się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w stanie stałym i ma zastosowanie do umacniania metali nieżelaznych oraz stopowych stali austenitycznych i ferrytycznych.

Spadek twardości, zaobserwowany po przekroczeniu czasu lub temperatury procesu, nazywany jest przestarzeniem. Uzyskanie takiego efektu skutkuje utratą koherencji fazy wydzielonej z osnową stopu oraz koagulację wydzielonych cząstek.

Stop Devardy

Stop Devardy – stop metali w którego skład wchodzi: miedź – 50%, glin – 45%, cynk – 5%. Stop opisał w 1894 r. włoski chemik Arturo Devarda (1859-1944) i od jego nazwiska pochodzi jego nazwa.

temp. topnienia (°C): ?

wygląd: ?

właściwości: odporny na korozję, twardy, stosunkowo łatwy do obróbki[potrzebny przypis]

zastosowanie: stop w postaci sproszkowanej jest stosowany w laboratoriach jako środek redukujący (np. azotany do amoniaku, chlorany do chlorków)

Stop Lichtenberga

Stop Lichtenberga – niskotopliwy stop metali o składzie wagowym:

bizmut 50%

ołów 30%

cyna 20%Jego temperatura topnienia określana jest jako 91,6 °C lub 100 °C. Został otrzymany przez niemieckiego naukowca Georga Christopha Lichtenberga.

Stop Lipowitza

Stop Lipowitza – niskotopliwy stop metali o składzie wagowym:

bizmut 50%

ołów 27%

cyna 13%

kadm 10%Jego temperatura topnienia wynosi 70–73 °C.

Stosowany jest w radioterapii do wykonywania osłon ochronnych przed promieniowaniem.

Stop Newtona

Stop Newtona – niskotopliwy stop metali o składzie wagowym:

bizmut 50%

ołów 31,2%

cyna 18,8%Jego temperatura topnienia wynosi 96–97 °C.

Zastosowania: dentystyka, modelarstwo, mechanika i odlewnictwo precyzyjne. Jest bezpieczniejszą (nie zawiera kadmu) alternatywą dla stopu Lipowitza do wykonywania osłon przed promieniowaniem podczas radioterapiiOdkrywcą tego stopu jest Isaac Newton[potrzebny przypis].

Znany jest też inny niskotopliwy stop określany mianem stopu Newtona, który zawiera ołów, bizmut i kadm w stosunku wagowym 7:4:1 i topi się on w temperaturze 95 °C.

Stop Rosego

Stop Rosego – niskotopliwy stop metali o składzie wagowym:

bizmut 50%

ołów 28%

cyna 22%Jego temperatura topnienia jest określana jako 96–110 °C lub 109 °C. Został otrzymany przez niemieckiego chemika i farmaceutę Valentina Rosego (1736–1771).

Znany jest też inny stop określany mianem stopu Rosego. Jego skład wagowy to:

bizmut 35%

ołów 35%

cyna 30%Topi się on w temperaturze 90 °C.

Stop Wooda

Stop Wooda – niskotopliwy stop metali (topi się już w temperaturze 66,5 °C), srebrzystoszary, drobnoziarnisty, składający się z bizmutu, kadmu, ołowiu i cyny.

Został otrzymany przez amerykańskiego dentystę Barnabasa Wooda i miał zastosowanie w stomatologii.

Stop ten zazwyczaj jest stosowany[potrzebny przypis]:

w jubilerstwie do lutowania

w bezpiecznikach przeciwpożarowych jako element topikowy, którego stopienie przerywa obwód elektryczny i uruchamia alarm

jako materiał do osłon przed promieniowaniem rentgenowskim (np. w radioterapii do wykonywania indywidualnych osłon dla ludzi)

jako wypełnienie łaźni laboratoryjnych do wysokich temperaturZazwyczaj stop Wooda zawiera następujące proporcje metali:

bizmut 5 części

ołów 2,5 części

cyna 1,25 części

kadm 1,25 częściZmiana proporcji poszczególnych metali w stopie ma znaczny wpływ na jego temperaturę topnienia.

Najniższą temperaturę topnienia (66,5 °C) ma stop zawierający dokładnie:

Bi 50,1%

Pb 24,9%

Sn 14,6%

Cd 10,4%Stop o takim składzie ma gęstość 9,7 g/cm³. Stop Wooda wykazuje inwersję rozszerzalności termicznej, to znaczy w pewnym zakresie kurczy się wraz ze wzrostem temperatury.

Szkło metaliczne

Szkło metaliczne – stop metali z udziałem niemetali poddany szybkiemu schłodzeniu (rzędu 106 K/s) z temperatury wyższej od temperatury topnienia do temperatury niższej od temperatury zeszklenia. Uzyskany materiał ma strukturę nieuporządkowaną – amorficzną. Szkło metaliczne wykazuje dużą rezystywność rzędu 50–300×10−8 Ω·m (dla porównania rezystywność czystego srebra w t. pok. wynosi ok. 1,6×10−8, a żelaza 10×10−8 Ω·m).

Taśmy amorficzne wykonane ze stopów na bazie żelaza lub kobaltu mają właściwości magnetyczne przewyższające tradycyjne materiały magnetycznie miękkie stosowane w maszynach elektrycznych, takie jak stal transformatorowa czy blacha elektrotechniczna.

Terfenol-D

Terfenol-D – silnie magnetostrykcyjny stop metali o składzie TbxDy1−xFe2 (x ≈ 0,3). Został opracowany w latach 70. XX wieku w Naval Ordnance Laboratory (NOL) w White Oak w stanie Maryland. Wydajna technologia wytwarzania została opracowana w latach 80. w Laboratorium Ames. Nazwa podchodzi od terbu, żelaza (Fe), skrótowca NOL i „D” od dysprozu.

Terfenol-D ma największą magnetostrykcję spośród wszystkich znanych stopów. Początkowo znalazł zastosowanie w sonarach. Obecnie stosuje się go w czujnikach magnetyczno-mechanicznych, urządzeniach wykonawczych, czujnikach i przetwornikach ultradźwiękowych. Było także rozważane użycie tego stopu do budowy wtrysku paliwa w silnikach Diesla z powodu wysokich naprężeń, jakie pozwala uzyskiwać.

Termometr lekarski

Termometr lekarski – termometr specjalizowany do pomiaru temperatury ciała. Termometry te umożliwiają odczyt zmierzonej temperatury po zaprzestaniu pomiaru, w czasie gdy temperatura termometru spada (termometr temperatur maksymalnych).

Rozróżniamy kilka rodzajów termometrów lekarskich:

termometr ciekłokrystaliczny w postaci elastycznego paska, który można przyłożyć do ciała;

termometr cieczowy, najczęściej rtęciowy; w związku z wycofaniem ze sprzedaży w UE rtęć jest zastępowana np. przez galinstan, stop metali ciekły w temperaturze pokojowej;

termometr elektroniczny.Odmianą termometru lekarskiego jest też termometr owulacyjny.

Tutenag

Tutenag – stop metali zawierający:

40% miedzi,

25% cynku,

32% niklu,

3% żelaza.zastosowany po raz pierwszy przez Portugalczyków w XVI w. do bicia monet w swojej kolonii w Malakce, wykorzystywany w tym celu do drugiej połowy XIX w. w Indiach i Annamie.

W innych językach

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.