Rakenuskeemia konspekt (1)

Rakenduskeemia Tähtsamate metallide keemia. Metallisulamid . Metallide füüsikalised ja keemilised omadused.
VL.0334 Metsandus Metsandus-- ja maaehitusinstituut Metallide reageerimine hapetega, leelistega ja veega. (MI) Redoksreaktsioonid .
2 AP Metallide korrosioon ja korrosioonitõrje.
VL.0558 Tehnikainstituut (TE) Elektrokeemia alused: Keemilised vooluallikad, galvaanielement , elektrolüüs. 1.5 AP Puidukeemia. Ehitusmaterjalid . Sergei Jurts Jurtsenko ([email protected] [email protected])) ([email protected] [email protected])) Analüütiline keemia keemia:: enamlevinud laboratoorsete uuringute meetodid,, kvalitatiivse ja kvantitatiivse analüüsi alused meetodid alused..
Materjalid Õppetöö Põhiõpikud: H. Timotheus , Praktiline keemia, Avita , 1999 ­ Aine info H. Timotheus, Praktiline keemia II, Avita, 2003 ÕIS-is
Samuti: ­ Aineprogrammis võimalikud muudatused H. Karik, V. Palm , V. Past, Üldine ja anorgaaniline keemia, Tln., Valgus, 1981 ­ Eksamiküsimused vastavalt läbitud materjalile Katt, N. Keemia lühikursus gümnaasiumile, Avita, 2003 ­ Mõni osa võib jääda iseseisvalt õppimiseks
Teadmiste kontroll ­ Arvestuse saamiseks: Tähtsamate metallide keemia. Sulamid . A: 91- 91-100 p. B: 81- 81-90 p. C: 71- 71-80 p. METALLIDE PINGERIDA D: 61- 61-70 p. E: 51- 51-60 p. F: 0- 0-50 p. Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au (standardpotentsiaal)
1 Tänapäeva automaatfotoaparaat Materjalide füüsikalised omadused
Tihedus Sulamistemperatuur Korrosioonikindlus
Tihedus Sulamistemperatuur Tihedus on füüsikaline suurus, mis näitab aine massi ruumala ruumalaühikus.
Temperatuuri, mil materjal läheb üle tardolekust vedelasse, nimetatakse sulamistemperatuuriks (Ts).
Korrosioonikindlus Sulamid Sulamid on metalsed materjalid, mis on kahe või Korrosiooniks nimetatakse materjali ja keskkonna (õhk, enama metalli segud . gaasid, vesi, kemikaalid ) vahelist reaktsiooni, milles materjal hävib. Metalliline sulam on sulam, mille põhikomponent (üle 50%) on metall . Metallide korral eristatakse keemilist korrosiooni, mida Homogeensetes sulamites on erinevate põhjustavad keemilised reaktsioonid metallide ja gaaside elementide aatomid jaotunud ühtlaselt. või vedelike vahel, ja elektrokeemilist korrosiooni, mida Heterogeensed sulamid koosnevad eri koostisega põhjustavad elektrokeemilised reaktsioonid (anoodi ja katoodiprotsessid) metalli ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. kristalsetest faasidest .
Sulamite struktuur on keerulisem, kuna aatomitel on erinevad raadiused.
2 Sulamite eelised võrreldes puhaste metallidega: Metallisulamid Rauasulamid odavamad Vasesulamid ( messing , pronks, uushõbe uushõbe-- alpaka ja melhior ) melhior Niklisulamid kõvemad Alumiiniumisulamid tugevamad Magneesiumisulamid Titaanisulamid madalama sulamistemperatuuriga Tinasulamid Kõvasulamid kuumakindlamad Väärismetallide sulamid (Au, Ag, Pt, Pd) vastupidavamad Metallide jootmine ja joodised
korrosioonikindlamad
Raud (Fe) Rauasulamid: Tihedus 7800 kg/m3 teras Sulamistemperatuur 1539 ºC (kuni 2% C) Hea korrosioonikindlus malm Raud on levikult maakoores 4. kohal. Hõbevalge, plastne metall, mehhaaniliselt hästi töödeldav. (2--5% C) (2 Terased alla 0.3% C sisaldusega on pehmed roostevabateras terased. Nugade ja lõikeinstrumentide (lisandiks Cr) valmistamiseks kasut. terast C sisaldusega 0.8- 1.5%.
Rauasüsinikusulamid: teras (Lisandid terases) Malm Suurem osa rauasulamitest on süsinikku sisaldavad sulamid ­ Malmideks nimetatakse terastega võrreldes suurema rauasüsinikusulamid, mis jagunevad järgmiselt: süsinikusisaldusega (üle 2,14%) rauasüsinikusulameid. - terased, mille süsinikusisaldus on kuni 2,14%; - malmid , mille süsinikusisaldus on üle 2,14% (tavaliselt kuni 4%). Räni on malmi tähtsamaid lisandeid, mille toime avaldub nii Peale süsiniku on terastes ja malmides alati teisi lisandeid, mis on sulamalmi kristalliseerumisel kui ka faasimuutustel jäänud sulameisse nende saamise käigus ­ need on tavalisandid, ja tardolekus. spetsiaalselt lisatud ­ need on legeerivad elemendid. Nii sisaldab süsinikteras tavalisandeina Mn, Si, P, S.
Omaette lisandite rühma moodustavad sellised elemendid nagu hapnik, vesinik ja lämmastik, mis satuvad teraste koostisse vähesel määral teraste tootmisel sõltuvalt kasutatud toormest ja valmistamismeetodist­ need on juhulisandid.
3 Vask (Cu) Vasesulamid
Sulamistemperatuur 1083 ºC messing ehk valgevask (Cu - Zn) Väga hea korrosioonikindlus pronks (Cu - Sn) Vask on üks vanimaid inimkonnale teadaolevaid metalle , mis sulameina (koos tinaga pronksidena) on olnud melhior (Cu - Ni) kasutusel enam kui 5000 aastat. uushõbe ehk alpaka (Cu - Ni - Zn) Sulatuse teel saadakse toorvaske, mis sisaldab 98,5...99,5% Cu ja lisandeina rauda, väävlit, hapnikku jt. Puhta vase kasutusaladeks elektrotehnikas on igasugused elektrijuhtmed , arhitektuuris pindade katmine jne.
Vasesulamid: Messing Vasesulamid: Pronks Messing e valgevask ­ on helekollase värvusega vase ja tsingi (Cu- (Cu-Zn) sulam, milles on 20...45% tsinki . Pronksideks nimetatakse laiemas mõttes vasesulamied kõigi teiste metallidega peale Zn ja Ni (kitsamas mõttes ­ vase ja tina sulam).
10--20% 10 20%--lise Zn sisaldusega messingeid nimetatakse tombakiteks. Tinapronksid sisaldavad kuni 20% tina, mõni % Zn ja neid saab hästi valada.
Fosforit sisaldavaid suurema tugevusega tinapronkse nimetatakse ka fosforpronksideks. Tina ja alumiiniumi lisamine messingile muudab ta kõvemaks ja vastupidavamaks korrosioonile, sellist messingit kasutatakse Alumiiniumpronkside omadused on analoogsed tinapronkside omadega. merenduses. Alumiiniumpronkside peamisteks omadusteks on suurepärane korroskoonikindlus.
Mida suurem on messingis Zn sisaldus seda hapram ta on. Ränipronksid. Tehnikas kasutatavad ränipronksid sisaldavad tavaliselt 3% Si. Enamasti on ränipronksid legeeritud väikestes kogustes Mn-ga (kuni 1%). Ränipronkside omadused on ligilähedased tinapronksidele, aga nad on odavamad, mistõttu neid Kasutataks laialt puhkpillide valmistamiseks. kasutatakse sageli tinapronkside asemel.
Berülliumpronksid on suurima tugevusega vasesulamid. Enimkasutatav berülliumpronks Tsingi lisamine vasele soodustab sulami tugevuse suurenemist eelkõige sisaldab 2% Be. Berülliumpronksi kasutatakse vedrude, membraanide, sädet mitte tänu tsingi lahustumisele vases; samuti suureneb ka plastsus . andvate tööriistade valmistamiseks.
Suure plastsusega sulamina on tuntud 30% Zn-sisaldusega messing, nn hülsimessing.
Vasesulamid: Uushõbe-- alpaka ja melhior Uushõbe Nikkel (Ni)
Alpaka sisaldab 65 % vaske, 18 % niklit , 17 % tsinki Sulamistemperatuur 1455 ºC (heleda värvusega). Väga hea korrosioonikindlus Uushõbe ei korrodeeru õhus. Puhas nikkel on plastne hästi töödeldav metall. Kasutatakse kella detailide valmistamiseks. Suur osa niklist (u. 15% kogu kasutatavast niklist) Melhior on vase ja nikli sulam, mis sisaldab 1 % kasutatakse legeeriva elemendina terastes ja mangaani ja rauda. malmides. Tal on suur korrosioonikindlus. Niklit kasutatakse ka puhta metallina ja ta on Temast valmistatakse soojusvahetus aparaatide detaile. paljude tehnomaterjalide põhikomponent. Samas neist mõlemaist valmistatakse ka ehteid . Ni on hõbevalge, läikiv, püsiv õhu ja vee suhtes.
4 Niklisulamid Alumiinium (Al) Parima korrosioonikindlusega on Ni-Cu-sulamitest tuntud monelmetall, milles nikli ja vase vahekord on 2:1. Sulamistemperatuur 660 ºC Ni-Cr-sulamid on tuntud eelkõige kuumuspüsivate materjalidena, mida Väga hea korrosioonikindlus kasutatakse kütteelementides. Hõbevalge metall, hea elektri- ja soojusjuht, kerge ning Nikroomina tuntud materjalid sisaldavad 80...60% Ni ja vastavalt äärmiselt plastiline. 20...40% Cr. Kasutamine: kergsulamid lennuki- ja autotööstuses, kuumuskindlad sulamid ja materjalid, fooliumid, Co, Ti ja Al-ga täiendavalt legeeritud Ni-Cr-sulamid on tuntud elektrijuhtmed, värvipigment. nimonikkidena, mida kasutatakse kuumustugevate sulamitena gaasitrubiinide ja muude kõrgel temperatuuril töötavate masinaosade materjalina.
Alumiiniumisulamid Alumiiniumisulamid duralumiinium Alumiiniumisulamid võivad olla legeeritud paljude elementidega. Nii saadakse paljusid kasulikke (Al - Cu - Mg - Mn) konstruktsioonimaterjale. silumiin (Al - Si) Alumiiniumisulameid liigitatakse tavaliselt toodete saamise (töödeldavuse) ja termotöötluse alusel:
a) deformeeritavad (survetöödeldavad) sulamid, b) valusulamid .
Alumiiniumisulamid Magneesium (Mg) Deformeeritavatest sulamitest tuntuim on Sulamistemperatuur 649 ºC duralumiinium (Al-Cu-Mg-sulam), mille Väga hea korrosioonikindlus termotöötlus on võimalik tänu vase lahustuvuse Õhus kuumutamisel süttib magneesium kergesti, mistõttu teda muutusele alumiiniumis temperatuuri alanedes kasutatakse pürotehnikas ja keemiatööstuses. (väheneb 5,7%-lt 0,2%-ni). Magneesium on hästi lõiketöödeldav ja keevitatav , kuid ta pole nii plastne ja ka nii hästi külmsurvetöödeldav kui alumiinium.
Alumiiniumi valusulamite tüüpilised esindajad on Al-Si-sulamid ­ silumiinid . Enam kasutatakse Al- valusulameid, mis sisaldavad 10...13% Si.
5 Magneesiumisulamid Titaan (Ti) Sulamistemperatuur 1660 ºC Suurepärane korrosioonikindlus Magneesiumisulameid legeeritakse alumiiniumiga, tsingiga, Titaan on üks levinumaid elemente looduses. Tema suhteline sisaldus mangaaniga ja tsirkooniumiga. maakoores on ca 0,6%; see on vähem ainult alumiiniumi (7,5%), raua (4,2%) ja magneesiumi (2,1%) sisaldusest. Titaanil on suhteliselt väike tihedus (1,7 korda väiksem kui raual). Magneesiumisulameid kasutatakse tänu suurele Toatemperatuuril tekib titaani pinnal väga tihe ja inertne TiO2 kiht, eritugevusele lennukiehituses, autoehituses (mootoriosad), mistõttu nii titaan kui ka ta sulamid ei korrodeeru atmosfääris, mage - rattavelgede materjalina jm. ja merevees , peaaegu üheski orgaanilises ega ka paljudes anorgaanilistes hapetes, leeliste lahustes.
Titaanisulamid Tina (Sn) Puhas titaan ja titaanisulamid on plastsed ning kergesti külmalt deformeeritavad; kuumsurvetöötlemisel tuleb aga kasutada toorikute Sulamistemperatuur 232 ºC kuumutamisel ahjudes kaitsekeskkonda (tavaliselt argoon ). Samuti saab titaani keevitada ainult argooni keskkonnas. Tina on looduses vähelevinud, peam. SnO2 mineraalidena (tinakivi). Hõbevalge, pehme, plastne, õhus ja vees püsiv Titaanisulameid kasutatakse rohkesti (tänu nende suurele eritugevusele) metall. Pole mürgine. lennukiehituses. Kõrge korrosioonikindlus teeb nad heaks materjaliks laevaehituses, toiduainete- ja keemiatööstuse seadmeis ning meditsiinis Kasutamine: tinapaber, konservikarpide katmine, sulamid (kirurgiliste implantaatide valmistamiseks). (peam. joodised, babiidid ).
Tinasulam Kõvasulamid
Kõvasulamid kujutavad endast raskeltsulavaid, Tinasulam sisaldab tavaliselt 85- 85-99% tina ja 1- 1-4% vaske, kõrgendatud kõvadusega kulumiskindlaid materjale. mis annab talle tugevust. Valatavatest kõvasulamitest on kõige rohkem kasutusel stelliit . Stelliit koosneb 60% koobaldist, 30% kroomist ja 10% Ta on hästi sepistav. mitmetest lisanditest, millest põhiline on volfram . Valatavatest kõvasulamitest on tuntud veel sormaidid, mis Tinaesemed olid juba kasutusel lauanõdena keskajal. koosnevad 60% Fe, 30% Cr ja 10% muudest lisanditest (Ni, Si ja Mn). Babiidid on laagrisulamid, mis sisaldavad peale põhiosise (tina või plii) lisandeina antimoni, vaske jm. elemente.
6 Jootmine. Joodis . Väärismetallide sulamid: Kulla- ja hõbedasulamid Joodis on madala sulamistemperatuuriga metallisulam , mida kasutatakse metallide kokkujootmisel. kullasulamid Joodise põhilisteks koostismetallideks on enamasti tina ja ( Au - Cu, Au - Ag) plii. Jootmiseks nimetatakse tehnoloogiat, kus ühendatavate materjalide vaheline
pilu täidetakse sulametalliga liidetavaid materjale sulatamata. hõbedasulamid Jootmise olulisemad eelised: (Ag -Cu) · kõik metallid, sh. halvasti keevituvad, on joodetavad; · on võimalik liita erineva sulamistemperatuuriga materjale, sh. metalli mittemetallidega; · protsess keevitamisest kiirem. Jootmise puudus: jooteliite temperatuuritundlikkus (kuumus võib põhjustada liite tugevuse vähenemise).
Väärismetallide sulamid Puhtale väärismetallile lisatakse teisi metalle, et saada soovitavaid töötlemisomadusi, kõvadust ja värvitooni.
Puhta väärismetalli hulk sulamis ja ka kallite lisandite (näiteks pallaadium) lisamine mõjutab toote hinda.
Vase koguse suurendamisel saadakse punasemat, hõbeda lisamisel aga helekollasemat kulda.
Valget kulda saadakse puhtale kullale spetsiaalse vaske, hõbedat ja pallaadiumi või niklit sisaldava sulami lisamisel.
Niklit sisaldava valge kulla kasutamine on siiski kadumas nikli tugeva allergilise mõju tõttu.
Hõbedasulamites on lisandiks vask. Ehteid valmistatakse peamiselt 925 925--hõbedast. Seda sulamit nimetatakse ka sterlinghõbedaks.
Lauahõbe ja anumad valmistatakse tavaliselt 830- 830-hõbedast.
7