Bài 21: Hợp kim

I. Hợp kim

1. Khái niệm hợp kim

- Hợp kim là vật liệu kim loại chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại khác hoặc phi kim.

Ví dụ:

+ Thép, gang là hợp kim của Fe với C và một số nguyên tố khác (Mn, S,...).

+ Duralumin là hợp kim của Al với Cu, Mn, Mg, Si.

- Hợp kim thường được điều chế bằng cách nung chảy các thành phần rồi để nguội.

2. Ứng dụng của hợp kim

- Hợp kim nhẹ, bền, chịu nhiệt,... sử dụng trong lĩnh vực chế tạo máy bay, ô tô,...

- Hợp kim có tính bền hóa học và cơ học cao,... sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.

 - Hợp kim không gỉ, không độc hại,... được dùng làm đồ gia dụng.

II. Tính chất của hợp kim

Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần các đơn chất tham gia cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim. Nhìn chung, hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự các kim loại thành phần, nhưng tính chất vật lí thường khác nhau nhiều.

- Hợp kim có những tính chất vật lí chung như có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt,... Tuy nhiên, tính dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn kim loại cơ bản trong hợp kim.

Ví dụ: Đồng dẫn điện tốt hơn hợp kim đồng.

- Độ cứng của hợp kim thường lớn hơn độ cứng của kim loại thành phần trong hợp kim và độ dẻo thường kém hơn.

Ví dụ: Hợp kim Au – Cu (khoảng 8 – 12% Cu) cứng hơn vàng, dùng đúc tiền, làm đồ trang sức, ngòi bút máy,...

- Nhiệt độ nóng chảy của hợp kim tùy thuộc vào thành phần và cấu tạo tinh thể của hợp kim, nhưng khác so với kim loại thành phần trong hợp kim.

Ví dụ: Gang là hợp kim Fe – C có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt nguyên chất.

III. Một số hợp kim quan trọng của sắt và nhôm

1. Hợp kim của sắt

a) Gang

- Thành phần: 95% sắt, 2 – 4% carbon và một số nguyên tố khác như manganese, silicon, phosphorus, sulfur,...

- Gang cứng và giòn hơn sắt.

- Ứng dụng: Nguyên liệu sản xuất thép, chế tạo dụng cụ đun nấu, chi tiết máy,...

b) Thép

- Thành phần: Sắt, carbon (<2%) và một số nguyên tố như chromium, manganese, silicon,...

- Thép có tính cứng, tính chịu nhiệt và các tính chất quý khác. Các tính chất của thép có thể được điều chỉnh để phù hợp với mục đích sử dụng bằng cách thêm các kim loại khác như titanium, vanadium,...

Ví dụ: Thép không gỉ (inox) là hợp kim của sắt chứa ít nhất 10% chromium theo khối lượng, ngoài ra còn một lượng nhỏ carbon, có khả năng chống ăn mòn cao hơn nhiều so với sắt nguyên chất, thường được sử dụng làm dụng cụ y tế.

 - Ứng dụng: Ngành chế tạo máy, xây dựng và nhiều lĩnh vực khác của đời sống.

2. Hợp kim của nhôm

- Duralumin là hợp kim chứa trên 90% nhôm, khoảng 4% đồng và một số nguyên tố khác như manganese, magnesium, silicon,...

- Duralumin nhẹ, cứng và bền, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy bay.