Цветни метали: структура, типове, характеристики

Цветните метали са тези, които нямат или имат незначителни количества желязо. Те, в различни масови пропорции, се използват за създаването на сплави, които показват по-добри физични свойства от отделните метали.

По този начин неговите кристални структури и метални взаимодействия са в основата на приложенията на цветни сплави. Тези чисти метали обаче намират по-малко приложения, защото са много чувствителни и реактивни. Поради тази причина те най-добре работят като основа и добавка за сплави.

Бронзът е сплав от цветни метали; Състои се главно от златна смес от мед и калай (статуя на изображението по-горе). Медта в сплавта окислява и образува CuO, съединение, което почернява неговата златна повърхност. В влажна среда CuO хидратира и абсорбира въглероден диоксид и соли, за да образуват синьозелени съединения.

Например Статуята на свободата е покрита с пластове от медни карбонати (CuCO 3 ), известни като патина. Като цяло всички метали се окисляват. В зависимост от стабилността на техните оксиди, те защитават в по-голяма или по-малка степен сплавите срещу корозия и външни фактори.

структура

Желязото е само един от всички метали в природата, така че структурите и сплавите на цветните метали са по-разнообразни.

Въпреки това, при нормални условия повечето метали имат три кристални структури, установени от техните метални връзки: компактен хексагонален (hcp), компактен кубик (ccp) и кубичен център в тялото (bcc).

Шестоъгълна компактна (hcp)

В тази структура металните атоми са опаковани под формата на шестоъгълна призма, като по този начин се възползват от всички пространства.

От всички структури това е най-плътното, така че може да се очаква, че по същия начин са металите, които го притежават. При това всички атоми са заобиколени от дванадесет съседи.

Примери

- Титан (Ti).

- Цинк (Zn).

- Магнезий (Mg).

- Кадмий (Cd).

- Cobalt (Co).

- Рутений (Ru).

- Osmio (Os).

- алкалоземни метали (с изключение на барий и франций).

Компактен куб (ccp)

Тази кристална структура е по-малко плътна от hcp и в това всеки атом е заобиколен от дванадесет съседи.

Тук междинните пространства (празни пространства) са по-големи, отколкото в случая с hcp, така че тези метали могат да съдържат в тези молекули и малки атоми (като молекулен водород, Н2).

Примери

- Алуминий (Al).

- Никел (Ni).

- Сребро (Ag).

- Мед (Cu).

- Злато (Au).

- родий (Rh).

- Иридий (Go).

Кубик, центриран върху тялото (ССК)

От трите структури това е най-малко плътното и компактно, като в същото време е и това, което представя междинните пространства на по-големи обеми.

Следователно по-лесно се побират малки молекули и атоми. По същия начин в този куб всеки атом е заобиколен от осем съседи.

Примери

- Vanadio (V).

- ниобий (Nb).

- Хром (Cr).

- Алкални метали.

- Волфрам (W).

Освен това съществуват и други структури, като например простите кубични и други по-сложни, които се състоят от по-малко плътни или изкривени масиви от първите три. Въпреки това, горните кристални структури се прилагат само за чисти метали.

При условия на висока онечистване, налягане и температура тези устройства са изкривени и когато са компоненти на сплавта, те взаимодействат с други метали, за да генерират нови метални структури.

Всъщност, точното познание и манипулиране на тези устройства позволяват проектирането и изработването на сплави с физични свойства, желани за конкретна цел.

тип

Най-общо казано, цветните метали могат да бъдат класифицирани в три вида: тежки (олово), леки (мед и алуминий) и свръхлеки (магнезий). На свой ред те са разделени на два подкласа: тези със средни точки на топене и тези с високи точки на топене.

Други видове цветни метали съответстват на благородни (или скъпоценни) метали. Примери за това са метали с ccp структури (с изключение на алуминий, никел и др.).

Също така, редкоземните метали се считат за цветни (церий, самарий, скандий, итрий, тулий, гадолиний и др.). И накрая, радиоактивните метали също се считат за цветни (полоний, плутоний, радий, франций, астатин, радон и др.).

Характеристики и свойства

Въпреки че характеристиките и свойствата на металите варират в техните чисти състояния и в сплавите, те представляват общи положения, които ги отличават от черните метали:

- Те са ковък и отлични електрически и термични проводници.

- Те са по-малко засегнати от топлинна обработка.

- Те имат по-голяма устойчивост срещу окисление и корозия.

- Те не представят толкова много парамагнетизъм, което им позволява да бъдат използвани за електронни приложения.

- Производствените процеси са по-лесни, включително леене, заваряване, коване и ламиниране.

- имат по-атрактивни оцветители, така че намират употреби като декоративни елементи; Освен това те са по-малко плътни.

Някои от неговите недостатъци в сравнение с черните метали са: ниско съпротивление, високи разходи, по-ниски изисквания и по-малко минералогично изобилие.

Примери

В металургичната индустрия има много възможности за производство на метали и цветни сплави; най-често срещаните са: свръхсплави на мед, алуминий, цинк, магнезий, титан и никел.

мед

Медта е използвана за голямо разнообразие от приложения благодарение на своите благоприятни свойства, като високата си топлинна и електрическа проводимост.

Той е устойчив, ковък и еластичен, така че може да се получи от този много практичен дизайн: от тръби до буркани и монети. Също така се използва за подсилване на кила на лодките и се използва в електротехническата промишленост.

Въпреки че в чисто състояние е много мек, неговите сплави (между тези месингови и бронзови) са по-устойчиви и са защитени от слоеве от Cu 2 O (червеникав оксид).

алуминий

Това е метал, който се счита за светлина поради ниската си плътност; Той има висока термична и електрическа проводимост и е устойчив на корозия благодарение на слоя от Al 2 O 3, който предпазва повърхността му.

Предвид неговите свойства, той е идеален метал, особено в аеронавтиката, в автомобилната и строителната индустрия, наред с други.

Цинк и магнезий

За производството на сложни отливки се използват цинкови сплави (като KAYEM, с 4% алуминий и 3% мед по маса). Предназначен е за строителни и инженерни работи.

В случая на магнезий, неговите сплави имат приложение в архитектурата, както и корпуси за велосипеди, мостови парапети и заварени конструкции.

Той се използва и в космическата индустрия, в високоскоростните машини и в транспортното оборудване.

титан

Титанът образува леки сплави. Те са супер устойчиви и са защитени от корозия от слой TiO 2 . Неговата екстракция е скъпа и има ОЦК кристална структура над 882 ° С.

Освен това той е биосъвместим, поради което може да се използва като материал за медицински импланти и импланти. Освен това, титанът и неговите сплави присъстват в машините, във флота, в компонентите на струята и в химическите реактори.

свръхсплави

Superalloys са много устойчиви твърди фази, съставени от никел (като основен метал) или кобалт.

Те се използват като лопатки в турбини и двигатели на самолети, в материали за реактори, които издържат на агресивни химични реакции и в оборудване на топлообменника.