Читать книгу Қолданбалы химия - Роза Рыскалиева - Страница 7

Металдан жасалған материалдар, ереже бойынша, жоғары жылу және электрөткізгіштікке, механикалық қаттылыққа, тұтқырлыққа, серпімділікке және технологиялық өңдеу (соғу, пісіру, кесу құралдарымен өңдеу, термиялық және химиялық-термиялық өңдеу нәтижесінде эксплуатациялық айтарлықтай өзгерту) тұрғысынан жақсы пластикалық қасиеттерге ие болып келеді. Темірдің (болат және шойын), қалайының, магнийдің, мыстың (қола, жез) никель мен хромның қорытпалары ең көп таралған. Іс жүзінде барлық ауыспалы металлдар мен лантанидтер, сондай-ақ көптеген ауыспалы емес металдар да қорытпалардың құрамдастары бола алады. Егер де металдар мен қорытпалардың, бірқатар жағдайларда өз кезегін металды емес материалдарға беруі мүмкін, себебі, металдардың жемірілуімен, яғни олардың қоршаған орта әсерінен химиялық бұзылысқа түсуімен байланысты болып келеді. Жемірілуге кез келген металл емес материалдар да ұшырайды (мысалы, полимерлер, керамика және шыны), бірақ көбінесе металдан жасалған заттардың жемірілуіне көп көңіл бөледі, себебі бұл үрдіс салыстырмалы түрде жоғары жылдамдықта дамуымен, металды құрастырылымдардың айтарлықтай қымбаттылығымен және металдардың табиғи ресурсының шектеулігімен байланысты үлкен зиянын тигізеді. Мысалы, Ресейдегі әрбір алтыншы домна металдарды жемірілуден келген шығынның орнын толтыру үшін жұмыс істейді.

Металдан жасалған заттардың ішінде темір негізіндегі қорытпалар ерекше орын алады. Көміртектің мөлшері 2 %-ға дейінгі темір қорытпаларын болат, ал 2 % жоғары шойын деп атайды. Қазіргі уақытта өнеркәсіптерде қолданылатын болаттарды көміртекті және қоспалы болат деп бөледі. Жаңа өндірістік үрдістерді жасап шығару және бұрынғыларды қарқындылау жемірілуге тұрақтылығы едәуір жоғары қоспалы болатты пайдалануға мәжбүрлейді. Қазіргі кезде орташа және жоғары қоспалы болаттың үлесі қара металдар өнеркәсіптерімен өндірілетін жалпы мөлшердің 20 % құрайды. Қоспалау үшін никель, хром, молибден, вольфрам, ванадий, кобальт, марганец, мыс, титан, қалайы сияқты элементтер қолданылады. Темірдің хроммен қорытпасы таттанбайтын болаттың негізін құрайды, атап айтқанда хромды (Fe-Cr), хромникельді (Fe-Ni-Cr), хромникельмарганецті (Fe-Cr-Ni-Mn) қоспалары. Материалдың микроқұрылымына байланысты болатты перлитті, мартенситті, аустенитті және карбидті деп бөледі.

Жаңа металды емес материалдардың ашылуы және жаппай пайдалануына қарамастан металдар бұрынғыша өнеркәсіп пен техникада аса үлкен орын алады. Атап айтсақ соңғы 20 жылда мыстың әлемдік өндірісі шамамен 2,3 есе, темірдің өндірісі 2,7, никелдікі 4 есе, қалайынікі 4,7, титандікі 17 есе өсті. Болашақта да металдардың өндірісі бұрынғыдай өсе беретіні айқын. Егер бүкіл әлемде болатты орташа жылдық тұтыну дамыған елдердің деңгейіне (шамамен халықтың жан басына 500 кг) жақындайды және бұл елдерде әрі қарай тұтыну көлемінің өсуі болмайды деп елестетсек те, жер шарында жыл сайын 2,5 млрд. болат өндірілетін болады. Мұндай мысалдарды, өндірілетін заттардың бір тоннасына кеннің, электрэнергиясының, жанармайдың және судың аса көп мөлшерін қажет ететін түсті металлдар өндірісінде де келтіруге болады.

Металдардан материалдарды алу саласындағы негізгі міндеттердің біріне олардың сапасын жақсарту жатады. Бұл көзқарас тұрғысында, ұнтақты металлургия аса маңызды орын алады, оның негізінде металды ұнтақтар мен олардан қорытылған бұйымдар өндіру жатады. Дамытылған ұнтақты металлургияда негізгі екі бағытты ажыратады:

1. азіргі уақытта белгілі әдістермен және қорытумен қол жеткізу мүмкін емес сипаттамалары бар (құрамы, құрылымы, қасиеттері) материалдар мен бұйымдрды жасап шығару;

2. Өндірістің аса тиімді техникалық-экономикалық көрсеткіштері бойынша дәстүрлі материалдар мен бұйымдарды дайындау.

Металды ұнтақтарды өңдеу арқылы материалдардың тәжірибе жүзінде маңызды қасиеттеріне қол жеткізуге болады. Мысалы, инертті атмосферада вольтты доғада алынатын балқытылған вольфрамның королкасы, әртүрлі қоспалардың, соның ішінде металлдың қатуы кезінде түзілетін кристалл аралық оксидті қабаттардың болуы себепті сынғыш болып келеді. Вольфрамның ұнтығын нығыздау және одан әрі бұйымды сутек атмосферасында пісіру арқылы мықты металл кесектерін дайындайды. Оларды соғуға, олардан табақшалар жаюға, рекристализациялаудан төмен температураларда қыздыру арқылы қалыптауға болады.

Металды материалдардың сапасын жақсартуда жаңа, соның ішінде ыстыққа төзімді қорытпаларды жасап шығару маңызды орын алады. Мысалы, 50 жылдары авиациалық газды турбинді қозғалтқышты 20 % қалайы қорытпаларынан, 71 % болаттан және 9 % никельді қорытпалардан жасаса, ширек ғасырдан кейін қалайы қорытпаларынан 2 %, болаттан 4 % қалды, ал титанды қорытпалар 28 % құрады, қозғалтқыштың негізгі бөлшектерін жасайтын никелді қорытпалардың мөлшері 66 %-ға дейін өсті.

Ti-Ni қосарлы жүйесінің негізінде алынған қорытпаларды атап айтса болады. CsCl құрылымды, қалыпты еске сақтау қасиеті бар Ni-Ti аралық металлиді 110 °C төмен температурада ромбоэдрлік домендерді түзе қайтымды мартенситті өзгеріске ұшырайды. Көрсетілген өзгерістің температурасын қорытпаны допирлеу жолымен (Pd енгізу жоғарлатады, ал Fe мен Cr енгізу немесе Ni артық мөлшері керісінше төмедетеді) реттеуге болады. 1963 жылы американдық зерттеушілерімен алынған қорытпаны «нитинол» деп атады, «ни» және «ти» – никель мен титанның, ал «нол» авторлар жұмыс істеген зертхананың қысқартылған атауы болатын. Нитинолға кез келген қалып беруге болады, мысалы спираль пішінін беріп оны қысқа уақытты қыздыру арқылы тұрақтандыруға болады. Тіпті нитинолды суық қалыптауға ұшыратса да, ол алғашқы бастапқы пішінін сақтайды. Қыздырған кезде бұйым өзінің спираль пішініне қайта келеді. Нитинол әлі кең қолданыс тапқан жоқ. Бірақ оны ғарыш кемелеріне антенналар ретінде және ғарыштағы басқа да құрылғылардың жұмысы үшін, оларға қарқынды күн сәулелері әсер еткенде алдын ала берілген пішінге айналатын құрылғылар ретінде қолданыс табады деп болжам жасалуда. Пішіннің есте сақтауының деформациялануға жоғары қабілеттілігімен және жемірілуге төзімділігімен үйлесімділігі нитинолды хирургия тәжірибесінде имплантат ретінде қолдануға жол ашты. Қорытпалардың жоғары серпімділік және пішінді есте сақтау әсері 1948 жылы академик Г.В.Курдюмовпен ұсынылған еді («Курдюмов әсері»).