NON-FERRO LEGERINGEN: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, TOEPASSINGEN, VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De non-ferro legeringen zijn legeringen die geen ijzermetaal in hun samenstelling hebben. Daarom bestaat het niet uit een van de staalsoorten en kan de hoofdbasis die van een ander metalen element zijn; zoals aluminium, zilver, koper, beryllium, magnesium, titanium, etc.

In tegenstelling tot dichte staalsoorten, die ideaal zijn voor de metalen ondersteuning van gebouwen en brugkabels, zijn ferrolegeringen doorgaans lichter en beter bestand tegen corrosie. Vanaf dat moment neemt het aantal toepassingen exponentieel toe, waarbij elk een specifiek type legering vereist, met een exacte metallische samenstelling.

Bronzen sculptuur - een voorbeeld van een non-ferro legering. Bron: Pixabay.

Enkele van de oudste en meest bekende non-ferro legeringen in de geschiedenis zijn brons en messing. Beiden hebben koper als metalen basis, met het verschil dat het bij brons overwegend gemengd is met tin en bij messing met zink. Afhankelijk van hun combinatie en samenstelling kunnen bronzen en messing met uitgebreide eigenschappen ontstaan.

En in het moderne heden zijn de legeringen waaruit elektronische apparaten bestaan, in wezen non-ferro. Ook is het frame van de meest geavanceerde voertuigen en vliegtuigen gemaakt van deze legeringen, om ze sterkte te geven bij een zo laag mogelijk gewicht.

Constructies van non-ferro legeringen

Elk metaal heeft zijn eigen kristallijne structuren, die van het type hcp (compact hexagonaal), ccp (compact cubic) bcc (body-centered cubic) of andere kunnen zijn.

Wanneer ze worden gesmolten en gelast tot een vaste oplossing die vervolgens kristalliseert, komen de atomen van alle metalen samen door de metaalbinding, en de resulterende structuren voegen toe of veranderen.

Daarom zal elke legering tot een bepaalde samenstelling zijn eigen kristalstructuren hebben. Daarom gebruikt men om ze te bestuderen eerder de termen van fasen (meestal aangeduid als α en β), grafisch weergegeven in een fasediagram als functie van variabelen zoals temperatuur, druk en samenstelling.

Uit deze fasediagrammen kan worden voorspeld bij welke temperatuur (vloeistoffase) de non-ferro legering van een systeem bestaande uit twee of meer metalen zal smelten, evenals de aard van de vaste fasen.

Veronderstel het zilver-koper-paar. Door het fasediagram te analyseren, kan fysieke en structurele informatie worden geëxtraheerd uit de meervoudige legeringen met verschillende zilver-kopercombinaties (10% Ag en 90% Cu, 25% Ag en 75% Cu, enz.). Metalen moeten uiteraard in elkaar oplosbaar zijn, zodat ze homogeen tot een legering kunnen kristalliseren.

Eigendommen

De eigenschappen van non-ferro legeringen zijn zeer divers. Voor staalsoorten is het niet erg moeilijk om te generaliseren, omdat ze een synergie vertonen van de eigenschappen van ijzer met die van ijzer-koolstof, Fe-C. In plaats daarvan hangen de eigenschappen van non-ferro legeringen voornamelijk af van de metalen basis.

Als de legeringen bijvoorbeeld aluminium of magnesium zijn, beide lichte metalen, wordt verwacht dat ze licht zijn. Als titanium, een dichter metaal, wordt gemengd met een ander lichtgewicht metaal, moet de resulterende legering iets lichter en flexibeler zijn.

Als bekend is dat koper en goud goede geleiders van warmte en elektriciteit zijn, dan moeten hun legeringen materialen bieden die goedkoper, minder zacht en beter bestand zijn tegen mechanisch werk en corrosie.

Als alle eigenschappen en kenmerken van dit type legeringen zouden kunnen worden gegeneraliseerd, zouden ze moeten zijn: minder dicht, mechanisch beter bestand in verhouding tot hun gewicht, meer inert tegen oxidatie veroorzaakt door hun omgeving, vervormbaar, sterk geleidend voor warmte en elektriciteit. Voor de rest zijn er vele uitzonderingen.

Toepassingen

Aluminium

Het zijn zeer lichte legeringen en daarom moet hun structuur bcc (de minst compacte) zijn. Ze kunnen worden vervormd om meerdere vormen aan te nemen, zoals blikjes, voor het bewaren van voedsel en dranken.

Ze hebben de neiging om een ​​hoge weerstand tegen corrosie te hebben, maar het is omgekeerd evenredig met hun mechanische weerstand, die toeneemt wanneer ze worden gemengd met koper, magnesium of mangaan. Degenen met een betere mechanische sterkte kunnen worden gebruikt als carrosseriedelen en voor vliegtuigonderdelen.

Titanium

-Titaniumlegeringen vinden veel toepassingen voor het ontwerp van botprothesen en in het algemeen is dit metaal zeer compatibel met fysiologische matrices.

Het wordt ook gebruikt als onderdelen van het frame en oppervlak van vliegtuigen, voertuigen, motorfietsen, golfclubs en andere artefacten en objecten.

-Gemengd met aluminium, zijn de legeringen ervan gebruikt bij de constructie van de daken van Japanse tempels en pagodes, en in de beelden van hun draken.

Zilver

-De legering met grafiet (Ag-C) heeft een lage elektrische weerstand en wordt daarom gebruikt als componenten van stroomonderbrekers.

-Gemengd met kwik wordt een amalgaam met 50% Hg en een lager percentage koper en tin verkregen, dat wordt gebruikt om gebitsafwijkingen op te vullen.

-De legering met koper geeft het zo'n weerstand dat het metaaldoorslijpschijven en -zagen creëert.

-In sieraden wordt het gebruikt in een legering van palladium en platina, bestand tegen krassen en het verlies van glans.

Magnesium

Ze zijn dichter dan aluminium, maar verder zijn hun eigenschappen vergelijkbaar. Ze zijn goed bestand tegen atmosferische omstandigheden, dus zijn ze gebruikt voor de fabricage van auto-onderdelen, in versnellingsbakken, wielen, raketten, kortom in hogesnelheidsmachines (evenals in fietsen).

Beryllium

-De Be-Cu-legering wordt gebruikt voor elektronische componenten voor kleine apparaten, zoals smartphones, iPads, polshorloges, tablets, enz.

-Keramiek (gemengd met gallium, arseen of indium), wordt gebruikt in elektronische schakelingen met een hoge stroomdichtheid.

-In de geneeskunde smeden berylliumlegeringen veel van hun instrumenten en apparaten, zoals pacemakers, laserscalpels, scanners, het frame van nucleaire magnetische resonantie-apparatuur, onder andere.

-Het smeedt ook een deel van de militaire en nucleaire wapens, het heeft ook spiegels gemaakt voor satellieten met berylliumlegeringen.

-Gereedschap dat met deze legeringen is gesmeed, produceert geen vonken bij hoge wrijving.

Voorbeelden

Enkele specifieke voorbeelden van non-ferro legeringen zijn:

-Monel en Constantán, beide nikkel-koperlegeringen, maar met een samenstelling van respectievelijk 2: 1 en 45% (55% koper).

-Cromel, waarvan de samenstelling 90% nikkel en 10% koper is. Het wordt gebruikt als onderdeel van het elektrische systeem van industriële ovens en is bestand tegen hoge temperaturen.

-Ti-6Al-4V, een legering van titanium met vanadium, aluminium en andere metalen, speciaal gebruikt voor biologische doeleinden.

-Steliet, een legering van kobalt en chroom.

-Magnalium, aluminium legering met een laag magnesiumgehalte (minder dan of gelijk aan 10%). Het zijn praktisch aluminium platen die beter bestand zijn tegen tractie en vasthoudend zijn.

-Witgoud, waarvan de samenstelling voor 90% uit goud bestaat met 10% uit een willekeurig wit metaal, zoals zilver of palladium.

Referenties

1. Dr.C.Ergun. (sf). Non-ferro legeringen. . Hersteld van: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. (2012). Non-ferro constructiematerialen (titanium, aluminium). . Hersteld van: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso en LV da Silva (2012). Toepassing van magnesiumlegeringen in het transport, nieuwe functies op magnesiumlegeringen, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Copper Development Association. (2018). Koper en koperlegeringen. Hersteld van: copperalliance.org.uk
5. Michael Oistacher. (7 maart 2018). Zilverlegeringen en hun toepassingen. Hersteld van: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (26 september 2018). Beryllium-toepassingen. Hersteld van: thebalance.com
7. Cosmolinux. (sf). Activiteiten Fasediagrammen. Hersteld van: cosmolinux.no-ip.org