Odporność stopów

Istnieje wiele metali i znacznie więcej stopów kilku metali.

Najwcześniejsze sztuczne stopy z eksperymentów metalurgicznych na ludziach powstały (na podstawie pozostałości archeologicznych) od około 3000 do 2500 pne.

Jest to przede wszystkim brąz, ponieważ metale, z których się składa (miedź i cyna) są obecne (w obfitości) w stanie naturalnym i nie wymagają wydobywania z rudy.

Złoto i srebro to metale, które występują obficie w przyrodzie iz tego powodu znane są już od V tysiąclecia p.n.e., dlatego też bardzo często się je miesza, w szczególności w celu zmiany koloru lub twardości złota.

Teoretycznie istnieje nieskończona liczba stopów. Podstawowy proces jest prosty: po prostu podgrzej dwa lub więcej metali, aż osiągną odpowiednią temperaturę topnienia, a następnie wymieszaj je zgodnie z odpowiednimi dawkami i zacznij je chłodzić.

Wystarczy więc choćby nieznacznie zmienić dawkowanie składników, aby stworzyć nowy stop o unikalnych właściwościach.Ponadto kluczowe znaczenie mają również warunki produkcji nowego stopu: wystarczy np. zmienić temperaturę topnienia, warunki wypalania czy nawet czas chłodzenia.

Zależność wytrzymałości stopów od ich składu ma bardzo różny charakter. W niektórych przypadkach stop jest zbiorem bardzo małych kryształów dwóch metali, które tworzą stop. Każdy metal krystalizuje niezależnie od siebie, po czym ich kryształy są równomiernie i raczej losowo mieszane w stopie.

Są to ołów, cyna, cynk i kadm, które mieszają się w dowolny sposób. Odporność takich stopów w różnych stężeniach leży pomiędzy skrajnymi wartościami rezystancji czystych metali, to znaczy zawsze jest mniejsza niż większa z nich i większa niż mniejsza.

Szczegóły odporności na metal: Co decyduje o rezystancji przewodnika

Kolejny przydatny artykuł: Podstawowe właściwości metali i stopów

Poniższy rysunek przedstawia graficznie zależność rezystywności stopu cynku z cyną od stężenia objętościowego obu metali.

Odcięta przedstawia objętości cyny jako procent objętości jednostkowej stopu, tj. odcięta 60 oznacza, że ​​jednostka objętości stopu zawiera 0,6 objętości cyny i 0,4 objętości cynku. Rzędna pokazuje wartości rezystywności stopu pomnożone przez 106.

Od czystych metali współczynniki temperaturowe rezystancji są wielkościami tego samego rzędu zbliżonymi do współczynnika rozszerzalności gazów, to oczywiste jest, że stopy rozpatrywanej grupy mają współczynniki tego samego rzędu.

W wielu innych przypadkach stopy dwóch metali są jednorodną masą złożoną z małych kryształów złożonych z atomów dwóch metali.

Czasami takie mieszane kryształy mogą powstawać z atomów obu metali w dowolnym stosunku, czasami takie formacje są możliwe tylko w określonych obszarach koncentracji.

Poza tymi obszarami stopy są podobne do tych z pierwszej grupy, o której mowa, z wyjątkiem tego, że są mieszaniną kryształów czystego metalu i kryształów typu mieszanego, złożonych z atomów obu typów.

Rezystywność stopów tego typu jest zwykle większa niż rezystywność obu metali.

Poniższy rysunek przedstawia graficznie zależność od stężenia rezystywności stopu złota i srebra tworzącego mieszane kryształy w każdym stężeniu. Metoda konstruowania krzywej jest taka sama jak w przypadku krzywej na poprzednim rysunku.

Rezystancja czystego srebra na wykresie wynosi 1,5 * 10-6, czystego złota 2,0 * 10-8... Stawiając równe objętości obu metali (50%), otrzymujemy stop o rezystancji 10,4 * 10- 6.

Temperaturowe współczynniki odporności dla stopów z tej grupy są na ogół niższe niż dla każdego z metali wchodzących w skład stopu.

Poniższy rysunek przedstawia graficznie zależność współczynnika temperaturowego stopu złota i srebra od stężenia złota.

W zakresie stężeń od 15% do 75% temperaturowy współczynnik oporu nie przekracza jednej czwartej tego samego współczynnika czystych metali.

Niektóre stopy trzech metali mają znaczenie techniczne.

Pierwszy z tych stopów, mangan, odpowiednio przetworzony, ma współczynnik temperaturowy równy zero, w wyniku czego drut manganinowy jest używany do wykonywania precyzyjnych magazynków oporowych.

Stop niklu, chromu z domieszkami manganu, krzemu, żelaza, aluminium (nichrom) jest najczęściej stosowanym materiałem do produkcji różnych elementów grzejnych.

Więcej szczegółów na temat tego rodzaju stopów: Nichromy: odmiany, skład, właściwości i charakterystyka

Pozostałe stopy (konstantan, nikiel, srebro niklowe) są używane do produkcji reostatów regulacyjnych, ponieważ mają znaczną rezystancję i stosunkowo mało utleniają się w powietrzu w tych dość wysokich temperaturach, jakie często mają druty reostatowe.

Aby uzyskać więcej informacji na temat trójskładnikowych stopów najczęściej stosowanych w przemyśle elektrycznym, zobacz tutaj:Materiały o wysokiej wytrzymałości, stopy o wysokiej wytrzymałości

Konkretne wartości rezystancji różnych stopów najlepiej sprawdzić w specjalnych podręcznikach lub określić eksperymentalnie, ponieważ mogą się one znacznie różnić.

Jako przykład podajemy wartości rezystancji elektrycznej i przewodności cieplnej stopów Mg-Al i Mg-Zn:

W niniejszej pracy zbadano rezystywność elektryczną i przewodność cieplną dwuskładnikowych stopów Mg — Al i Mg — Zn w zakresie temperatur od 298 K do 448 K oraz przeanalizowano zależność między odpowiednią przewodnością elektryczną i przewodnością cieplną stopów.

Zobacz też: Najczęściej spotykane materiały przewodzące w instalacjach elektrycznych