Важливу роль в житті кожного займає металургійна промисловість, бо щодня доводиться стикатися з різними виробами з металу. А зроблені вони з різних сплавів, які отримані завдяки виплавки. При виробництві цих матеріалів використовують як мінімум два металу, а для поліпшення властивостей - спеціальні присадки. У цій статті буде розглянуто кілька сплавів заліза з нікелем, їх властивості і застосування.

Про властивості заліза

Чисте залізо - сріблясто-сірого кольору, що володіє пластичністю і ковкістю. Самородні злитки, що зустрічаються в природі, мають яскраво виражений металевий блиск і значну твердість. На висоті і електропровідність матеріалу, він з допомогою вільних електронів легко передає струм. Метал має середньої тугоплавкостью, розм'якшується при температурі +1539 градусів за Цельсієм і втрачає феромагнітні властивості. Це хімічно активний елемент. При нормальній температурі легко вступає в реакцію, а при нагріванні ці властивості посилюються. На повітрі покривається плівкою оксиду, яка перешкоджає продовженню реакції. При попаданні у вологе середовище з'являється іржа, яка вже не перешкоджає корозії. Але, незважаючи на це, залізо і його сплави знаходять широке застосування.

Трохи історії

Інвар – це сплав заліза з нікелем, до складу якого входить 36 % легуючої добавки. Вперше він був відкритий у Франції в 1896 році фізиком Шарлем Гійомом. В цей час він вів роботи з пошуку недорогого металу для еталонів мір маси та довжини, які виготовляли з дуже дорогого платиноиридиевого сплаву. Завдяки цьому відкриттю вчений у 1920 році отримав Нобелівську премію в галузі фізики. Слово «інвар» в перекладі з латинського означає незмінний. Це означає, що у сплаву заліза з нікелем коефіцієнт теплового розширення залишається постійним при широкому діапазоні зміни температур від -80 до 100 градусів за Цельсієм. Цей сплав має і кілька інших назв: нилвар, вакодил, нило-аллою, радиометалл. Invar є торговою маркою компанії Imphy Alloys Inc., яка належить сталеливарного концерну Arcelor Mittal.

Сплав заліза з нікелем

Для поліпшення властивостей заліза, використовуючи різні добавки, одержують сплави. Вчені вважали, що отримати железоникелевый сплав, враховуючи термодинамічні властивості металів, не складе ніякої праці. Але на практиці вони зіткнулися з проблемами. При взаємодії металів, під час отримання сплаву заліза з нікелем, в результаті побічної окисного процесу залізо із двовалентного стану переходить у тривалентне.
У результаті знижується вихід сплаву і погіршуються певні фізичні властивості. Для вирішення цієї проблеми в електроліт додають аміни і органічні кислоти, які утворюють з трехвалентным залізом з'єднання, володіють малою розчинністю. У зв'язку з цим еластичність осаду стає краще, а для його рівномірного розподілу електроліти перемішують. Отриманий сплав заліза з нікелем називається інвар.

Застосування сплаву інвар

Незначний температурний коефіцієнт розширення дозволяє використовувати його для виробництва:

деталей контрольно-вимірювальних приладів;

стрічок та дроту для геодезичних робіт;

несучих конструкцій лазера;

деталей годинникових механізмів, маятників хронометрів;

прокату: гарячекатаного прутка і листків, холоднокатаної стрічки, безшовних труб, кованих прутків.

Для збільшення міцності виробляють холодну пластичну деформацію сплаву заліза з нікелем, а потім роблять низькотемпературну термообробку. Для більшої стійкості до корозії при звичайних атмосферних умовах його поверхню полірують і наносять захисний шар, якщо виріб призначений для використання в агресивних середовищах. Антикорозійні властивості инвара також підвищаться при додаванні до його складу близько 12 % хрому, при цьому він зберігає постійну пружність при нагріванні до 100 градусів.

Магнітні сплави

Ці сплави знаходять широке застосування в електротехніці. З них виготовляють постійні магніти, сердечники трансформаторів, електровимірювальні прилади, електромагніти. Людям давно відомо, що залізо володіє магнітними властивостями й у результаті цього воно знаходить безліч застосувань. Багато пізніше було виявлено, що таке ж властивість притаманне нікелю та деяких інших металів. Вироби, виготовлені з магнітного сплаву заліза з нікелем, також мають здатність зберігати власне магнітне поле, коли зовнішнє вже відсутня. Причому це особисте поле знову здатне впливати на інші магнітні тіла.

Нікель, кобальт та їхні сплави

Кобальт і нікель є елементами підгрупи заліза. Всі три елементи мають схожі властивості, але є й істотні відмінності. Обидва металу володіють більшою щільністю, ніж залізо, і значно твердіше і міцніше його. Вони менш активні в хімічному плані, відрізняються корозійною стійкістю. Крім цього, метали цінують за більшу стійкість по відношенню до газової корозії. Недоліками кобальту і нікелю є їх висока токсичність і значна вартість щодо заліза. Своє застосування вони знаходять для зовнішнього антикорозійного покриття виробів з вуглецевих сталей та заліза шляхом електрохімічних реакцій. А також вони застосовуються для виготовлення вузлів і деталей, що вимагають посиленої міцності і твердості. Слід відзначити особливе значення сплавів заліза, нікелю і кобальту, які носять назви коинвар, інвар, супермаллой, пермалой і маллой. Основна їх перевага полягає у високих магнітних властивостей. Ці сплави використовують для виготовлення магнітопроводів різних електромагнітних пристроїв.

Сплав ковар

Суміш складається з металів, що володіють відмінними механічними властивостями. Легко обробляти, вони легко піддаються прокатці, протяжці, кування і штампування. А сплав кобальту, нікелю і заліза інакше називається ковар. Вдало підібране поєднання хімічних елементів забезпечує матеріалу відмінні характеристики. Цей сплав має гарну теплопровідність, високий коефіцієнт питомого електричного опору та близькі до нуля показники лінійного розширення у великому інтервалі температур. Єдиним недоліком є низька корозійна стійкість в сирій середовищі, тому часто використовують захисні покриття з срібла. Covar широко застосовується в промисловості для виробництва:

труб, стрічок та дроту;

конденсаторів;

корпусів обладнання в приладобудуванні;

деталей в радіоелектроніці;

корпусів в електровакуумної галузі.

Вміст у сплаві дорогого кобальту і нікелю збільшує вартість матеріалу, але хороші характеристики і тривала експлуатація покривають початкові вкладення.

Сплави алні

Алні – це групове назву магнітних сплавів залізо-нікель-алюміній". При збільшенні концентрації алюмінію і нікелю в певних межах залишкова індукція зменшується, а коерцитивна сила зростає. Найчастіше застосовуються сплави, в яких алюмінію від 11 до 18 %, а нікелю - 20-34 %. Основними властивостями таких сплавів є електропровідність, теплопровідність і пластичність. Всі вони характеризуються хорошим зварюванням. Для використання сплавів при виготовлення магнітів їх легують кобальтом і міддю. В цьому випадку матеріал набуває твердість і крихкість і має грубозернисту структуру. Сплави алні застосовують як конструкційний матеріал для деталей газотурбінних і реактивних двигунів, що працюють під впливом високих температур понад 1000 градусів Цельсія тривалий час, зберігаючи метал без пошкоджень.

Висновок

Усі метали, що інтенсивно використовуються в сучасній промисловості, є сплавами. Наприклад, практично всі залізо, яке отримують у світі, використовується для виробництва чавунів і сталей. Пояснити це можна тим, що сплави характеризуються кращими властивостями, ніж ті метали, з яких їх отримують. Слід зазначити, що випускаються промисловістю сплави мають спільні для них властивості: міцність, твердість, пружність та пластичність. А железоникелевые ще мають і магнітними властивостями, які при виробництві посилюються за допомогою додаткового легування.