Ngoài cơ tính, kim loại và hợp kim còn có các tính chất lý học và hóa học quan trọng. Bài viết này sẽ đi sâu vào lý tính (khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, tính giãn nở, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, từ tính) và hóa tính (tính chịu ăn mòn, tính chịu nhiệt, tính chịu axit) của kim loại và hợp kim, cũng như ứng dụng của chúng trong các điều kiện khác nhau.
1. Lý tính
- Khối lượng riêng (γ):
- Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật chất (g/cm³).
- Công thức: γ = P/V
- P: Khối lượng vật chất (g).
- V: Thể tích vật chất (cm³).
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu nhẹ cho các chi tiết di chuyển, tính toán khối lượng vật liệu.
- Nhiệt độ nóng chảy (Tn):
- Là nhiệt độ mà kim loại chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng (°C).
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng nhiệt độ cao, công nghệ đúc.
- Tính giãn nở:
- Là khả năng giãn nở của kim loại khi nung nóng.
- Biểu thị bằng hệ số giãn nở dài (α).
- Ứng dụng: Thiết kế các chi tiết chịu nhiệt độ thay đổi, khe co giãn trong xây dựng.
- Tính dẫn nhiệt:
- Là khả năng truyền nhiệt của kim loại.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các thiết bị trao đổi nhiệt, dụng cụ nấu ăn.
- Tính dẫn điện:
- Là khả năng truyền dòng điện của kim loại.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho dây dẫn điện, thiết bị điện tử.
- Từ tính:
- Là khả năng dẫn từ của kim loại.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các thiết bị điện từ, động cơ điện.
2. Hóa tính
- Tính chịu ăn mòn:
- Là khả năng của kim loại chống lại sự ăn mòn của môi trường xung quanh.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết làm việc trong môi trường ẩm ướt, hóa chất.
- Tính chịu nhiệt:
- Là khả năng của kim loại chống lại sự ăn mòn của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao, lò nung.
- Tính chịu axit:
- Là khả năng của kim loại chống lại sự ăn mòn của axit.
- Ứng dụng: Lựa chọn vật liệu cho các thiết bị làm việc trong môi trường axit.
3. Ảnh hưởng của hợp kim đến lý tính và hóa tính
- Hợp kim có thể thay đổi lý tính và hóa tính của kim loại cơ bản.
- Ví dụ: Thêm crom vào thép để tăng tính chịu ăn mòn, tạo thành thép không gỉ.
- Các nguyên tố hợp kim khác nhau có ảnh hưởng khác nhau đến lý tính và hóa tính.
4. Ứng dụng của lý tính và hóa tính trong các điều kiện khác nhau
- Môi trường nhiệt độ cao:
- Sử dụng vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao, tính chịu nhiệt tốt.
- Ví dụ: Thép chịu nhiệt, hợp kim niken.
- Môi trường ăn mòn:
- Sử dụng vật liệu có tính chịu ăn mòn tốt.
- Ví dụ: Thép không gỉ, hợp kim nhôm.
- Môi trường điện từ:
- Sử dụng vật liệu có tính dẫn điện và từ tính tốt.
- Ví dụ: Đồng, nhôm, sắt từ.
- Môi trường hóa chất:
- Sử dụng vật liệu có tính chịu axit, chịu kiềm tốt.
- Ví dụ: Titan, tantalum.
5. Các phương pháp kiểm tra lý tính và hóa tính
- Kiểm tra lý tính:
- Đo khối lượng riêng bằng phương pháp Archimedes.
- Đo nhiệt độ nóng chảy bằng thiết bị đo nhiệt độ cao.
- Đo hệ số giãn nở nhiệt bằng dilatometer.
- Đo độ dẫn nhiệt bằng phương pháp nhiệt kế.
- Đo độ dẫn điện bằng ohm kế.
- Đo từ tính bằng magnetometer.
- Kiểm tra hóa tính:
- Kiểm tra tính chịu ăn mòn bằng phương pháp ngâm mẫu trong dung dịch ăn mòn.
- Kiểm tra tính chịu nhiệt bằng phương pháp nung mẫu trong lò nung.
- Kiểm tra tính chịu axit bằng phương pháp ngâm mẫu trong dung dịch axit.
6. Lựa chọn vật liệu phù hợp
- Cần xem xét cả cơ tính, lý tính và hóa tính của vật liệu.
- Lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy.
- Tham khảo bảng tiêu chuẩn vật liệu và tư vấn của chuyên gia.
Kết luận
Lý tính và hóa tính là những tính chất quan trọng của kim loại và hợp kim. Việc hiểu rõ và kiểm tra chính xác các tính chất này giúp lựa chọn vật liệu phù hợp và đảm bảo chất lượng của sản phẩm.