โลหะนอกกลุ่มเหล็ก: โครงสร้างประเภทลักษณะ

โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ล้วน แต่เป็น เหล็ก ที่ขาดหรือมีปริมาณเล็กน้อย ในสัดส่วนที่ต่างกันจะใช้สำหรับการสร้างโลหะผสมที่แสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีกว่าโลหะแต่ละชนิด

ดังนั้นโครงสร้างผลึกและการโต้ตอบกับโลหะจึงเป็นรากฐานที่สำคัญของการใช้งานของโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก อย่างไรก็ตามโลหะบริสุทธิ์เหล่านี้หาใช้น้อยลงเพราะมีความไวและมีปฏิกิริยา ด้วยเหตุนี้มันทำงานได้ดีที่สุดในฐานะฐานและสารเติมแต่งสำหรับโลหะผสม

ทองแดงเป็นโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก มันประกอบด้วยส่วนใหญ่ของส่วนผสมทองคำทองแดงและดีบุก (รูปปั้นในภาพด้านบน) ทองแดงในอัลลอยด์จะออกซิไดซ์และสร้าง CuO ซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำให้พื้นผิวเป็นสีทอง ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น CuO จะดูดซับและดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และเกลือเพื่อสร้างสารประกอบสีน้ำเงิน - เขียว

ตัวอย่างเช่นรูปปั้นเทพีเสรีภาพถูกปกคลุมด้วยชั้นของคาร์บอเนตทองแดง (CuCO ₃ ) ที่รู้จักในชื่อ patina โดยทั่วไปโลหะทั้งหมดจะถูกออกซิไดซ์ ขึ้นอยู่กับความเสถียรของออกไซด์ของพวกมันพวกมันจะปกป้องโลหะผสมที่มากหรือน้อยกว่าจากการกัดกร่อนและปัจจัยภายนอก

โครงสร้าง

เหล็กเป็นเพียงหนึ่งในโลหะทั้งหมดในธรรมชาติดังนั้นโครงสร้างและโลหะผสมของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจึงมีความหลากหลายมากกว่า

อย่างไรก็ตามภายใต้สภาวะปกติโลหะส่วนใหญ่จะมีโครงสร้างผลึกสามแบบที่สร้างขึ้นโดยพันธะโลหะของพวกมัน: compact hexagonal (hcp), compact cubic (ccp) และลูกบาศก์ที่กึ่งกลางในร่างกาย (bcc)

ขนาดกะทัดรัดหกเหลี่ยม (hcp)

ในโครงสร้างนี้อะตอมโลหะจะถูกบรรจุในรูปแบบของปริซึมหกเหลี่ยมซึ่งเป็นการใช้ประโยชน์จากช่องว่างทั้งหมด

จากโครงสร้างทั้งหมดนี้เป็นสิ่งที่หนาแน่นที่สุดดังนั้นจึงสามารถคาดได้ว่าในทางเดียวกันคือโลหะที่มีอยู่ ในนี้อะตอมทั้งหมดถูกล้อมรอบด้วยเพื่อนบ้านสิบสอง

ตัวอย่าง

- ไทเทเนียม (Ti)

- สังกะสี (สังกะสี)

- แมกนีเซียม (Mg)

- แคดเมียม (Cd)

- โคบอลต์ (Co)

- รูทีเนียม (Ru)

- Osmio (Os)

- โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ (ยกเว้นแบเรียมและแฟรนเซียม)

กะทัดรัดลูกบาศก์ (ccp)

โครงสร้างผลึกนี้มีความหนาแน่นน้อยกว่า hcp และในแต่ละอะตอมนั้นล้อมรอบด้วยเพื่อนบ้านสิบสอง

ที่นี่ interstices (พื้นที่ว่างเปล่า) มีขนาดใหญ่กว่าในกรณีของ hcp ดังนั้นโลหะเหล่านี้สามารถบรรจุในโมเลกุลเหล่านี้และอะตอมขนาดเล็ก (เช่นไฮโดรเจนโมเลกุล H ₂ )

ตัวอย่าง

- อลูมิเนียม (Al)

- นิกเกิล (Ni)

- เงิน (Ag)

- ทองแดง (Cu)

- ทองคำ (Au)

- โรเดียม (Rh)

- อิริเดียม (ไป)

ลูกบาศก์อยู่ตรงกลางลำตัว (bcc)

ในโครงสร้างทั้งสามนี้เป็นสิ่งที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดและมีขนาดเล็กมากในขณะเดียวกันก็เป็นโครงสร้างที่แสดง interstices ของปริมาตรที่มากขึ้น

ดังนั้นจึงง่ายขึ้นรองรับโมเลกุลขนาดเล็กและอะตอม ในทำนองเดียวกันในคิวบ์นี้แต่ละอะตอมล้อมรอบด้วยแปดเพื่อนบ้าน

ตัวอย่าง

- Vanadio (V)

- Niobium (Nb)

- Chromium (Cr)

- โลหะอัลคาไลน์

- ทังสเตน (W)

นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างอื่น ๆ เช่นลูกบาศก์ง่าย ๆ และโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งประกอบด้วยอาร์เรย์ที่มีความหนาแน่นน้อยหรือบิดเบี้ยวน้อยกว่าในสามช่วงแรก อย่างไรก็ตามโครงสร้างผลึกดังกล่าวใช้กับโลหะบริสุทธิ์เท่านั้น

ภายใต้เงื่อนไขของความสกปรกความดันและอุณหภูมิที่สูงการจัดเรียงเหล่านี้จะผิดเพี้ยนและเมื่อเป็นส่วนประกอบของโลหะผสมจะมีการโต้ตอบกับโลหะอื่นเพื่อสร้างโครงสร้างโลหะใหม่

ในความเป็นจริงความรู้ที่ถูกต้องและการจัดการของการเตรียมการเหล่านี้ช่วยให้การออกแบบและการทำอย่างละเอียดของโลหะผสมที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ต้องการสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะ

ชนิด

โดยทั่วไปแล้วโลหะที่ไม่ใช่เหล็กสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: หนัก (ตะกั่ว), แสง (ทองแดงและอลูมิเนียม) และเบา (แมกนีเซียม) ในทางกลับกันสิ่งเหล่านี้จะถูกแบ่งออกเป็นสองคลาสย่อย: กลุ่มที่มีจุดหลอมเหลวปานกลางและกลุ่มที่มีจุดหลอมเหลวสูง

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กชนิดอื่น ๆ นั้นสอดคล้องกับโลหะมีค่า (หรือมีค่า) ตัวอย่างของสิ่งเหล่านี้คือโลหะที่มีโครงสร้าง ccp (ยกเว้นอลูมิเนียมนิกเกิลและอื่น ๆ )

ในทำนองเดียวกันโลหะหายากของโลกจะถูกพิจารณาว่าไม่ใช่ธาตุเหล็ก (ซีเรียมซามาเรียมสแกนแคนเรเดียมอิตเทรียมธูเลียมแกโดลิเนียมเป็นต้น) ในที่สุดโลหะกัมมันตรังสีก็นับว่าเป็นโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (พอโลเนียม, พลูโทเนียม, เรเดียม, แฟรนเซียม, แอสทาทีน, เรดอน, ฯลฯ )

ลักษณะและคุณสมบัติ

แม้ว่าคุณสมบัติและคุณสมบัติของโลหะจะแตกต่างกันไปในสถานะที่บริสุทธิ์และในอัลลอยด์พวกมันมีลักษณะทั่วไปที่แตกต่างจากโลหะเหล็ก:

- พวกเขาจะอ่อนและตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม

- ได้รับผลกระทบน้อยกว่าจากการอบชุบ

- มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ดีกว่า

- พวกเขาไม่แสดงพาราแมกเนติกมากซึ่งทำให้พวกเขาเป็นวัสดุที่ใช้สำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์

- กระบวนการผลิตง่ายขึ้นรวมถึงการหล่อการเชื่อมการปลอมและการเคลือบ

- พวกมันมีสีที่น่าดึงดูดยิ่งขึ้นดังนั้นพวกเขาจึงพบการใช้เป็นองค์ประกอบประดับ นอกจากนี้พวกมันหนาแน่นน้อยกว่า

ข้อเสียบางประการเมื่อเทียบกับโลหะเหล็ก ได้แก่ ความต้านทานต่ำต้นทุนสูงความต้องการต่ำและความอุดมสมบูรณ์ของแร่ต่ำ

ตัวอย่าง

ในอุตสาหกรรมโลหะมีตัวเลือกมากมายในการผลิตโลหะและโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก พบมากที่สุดคือทองแดง, อลูมิเนียม, สังกะสี, แมกนีเซียม, ไทเทเนียมและซูเปอร์อัลลอยที่ใช้นิกเกิล

ทองแดง

ทองแดงถูกใช้สำหรับการใช้งานที่หลากหลายเนื่องจากคุณสมบัติที่ได้เปรียบเช่นการนำความร้อนและไฟฟ้าที่สูง

มันสามารถทนทานต่อการอ่อนตัวและอ่อนตัวดังนั้นจึงสามารถรับได้จากการออกแบบที่ใช้งานได้หลายอย่างนี้ตั้งแต่ท่อไปจนถึงเหยือกและเหรียญ มันยังถูกใช้ในการเสริมแรงกระดูกงูของเรือและพบใช้มากในอุตสาหกรรมไฟฟ้า

แม้ว่าจะอยู่ในสถานะที่บริสุทธิ์มันอ่อนมากอัลลอยด์ของมัน (ระหว่างทองเหลืองและทองแดงเหล่านี้) มีความทนทานมากกว่าและได้รับการปกป้องด้วยชั้นของ Cu ₂ O (แดงออกไซด์)

อลูมิเนียม

มันเป็นโลหะที่ถือว่าเป็นแสงเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ มันมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูงและทนต่อการกัดกร่อนเนื่องจากชั้นของ Al ₂ O ₃ ที่ช่วยปกป้องพื้นผิวของมัน

ด้วยคุณสมบัติของมันจึงเป็นโลหะในอุดมคติโดยเฉพาะอย่างยิ่งวิชาการการบินในอุตสาหกรรมยานยนต์และการก่อสร้าง

สังกะสีและแมกนีเซียม

โลหะผสมสังกะสี (เช่น KAYEM ที่มีอลูมิเนียม 4% และทองแดง 3% โดยมวล) ใช้สำหรับการผลิตการหล่อแบบซับซ้อน มันมีไว้สำหรับงานก่อสร้างและวิศวกรรม

ในกรณีของแมกนีเซียมโลหะผสมของมันมีการใช้งานในสถาปัตยกรรมเช่นเดียวกับที่อยู่อาศัยจักรยาน, parapets สะพานและโครงสร้างรอย

นอกจากนี้ยังพบการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินอวกาศในเครื่องจักรความเร็วสูงและอุปกรณ์ขนส่ง

ไทเทเนียม

ไทเทเนียมก่อให้เกิดโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบา พวกเขาจะทนสุดและได้รับการคุ้มครองจากการกัดกร่อนโดยชั้นของ TiO ₂ การสกัดมีราคาแพงและมีโครงสร้างผลึก bcc สูงกว่า 882 องศาเซลเซียส

นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งเป็นเหตุผลที่สามารถใช้เป็นวัสดุสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์และการปลูกถ่าย นอกจากนี้ไทเทเนียมและโลหะผสมของมันมีอยู่ในเครื่องจักรในกองทัพเรือในส่วนประกอบของเจ็ทและในเครื่องปฏิกรณ์เคมี