Bài 21. Hợp kim

a) Định nghĩa

Hợp kim: Vật liệu có tính chất kim loại, được tạo thành từ hai hay nhiều nguyên tố, trong đó có ít nhất một nguyên tố kim loại.

b) Đặc điểm

• Tính chất khác với kim loại thành phần
• Thường cứng hơn, bền hơn
• Nhiệt độ nóng chảy thấp hơn
• Tính dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn

c) Phân loại

1. Theo thành phần:

• Hợp kim sắt: Gang, thép
• Hợp kim màu: Đồng thau, đồng thanh, nhôm dural...

2. Theo cấu trúc:

• Hợp kim đồng nhất: Các nguyên tử trộn lẫn đều
• Hợp kim không đồng nhất: Có nhiều pha

d) Ưu điểm của hợp kim

a) Hợp kim sắt

1. Gang:

• Thành phần: Fe + 2-5% C + Si, Mn, S, P
• Tính chất: Cứng, giòn, dễ đúc
• Ứng dụng: Đúc máy móc, ống nước, nắp cống

2. Thép:

• Thành phần: Fe + < 2% C
• Tính chất: Cứng, dai, dễ rèn
• Ứng dụng: Xây dựng, cầu, tàu, ô tô

3. Thép không gỉ:

• Thành phần: Fe + Cr (18%) + Ni (8%)
• Tính chất: Không bị ăn mòn, sáng bóng
• Ứng dụng: Dao kéo, dụng cụ y tế, trang trí

b) Hợp kim đồng

1. Đồng thau (Brass):

• Thành phần: Cu + Zn (20-40%)
• Tính chất: Vàng sáng, dễ gia công
• Ứng dụng: Đồ trang trí, ốc vít, vòi nước

2. Đồng thanh (Bronze):

• Thành phần: Cu + Sn (10-20%)
• Tính chất: Cứng, chống ăn mòn
• Ứng dụng: Tượng, chuông, ổ trục

3. Cupronickel:

• Thành phần: Cu + Ni (25%)
• Tính chất: Trắng bạc, chống ăn mòn
• Ứng dụng: Đúc tiền xu, thiết bị biển

c) Hợp kim nhôm

1. Duralumin:

• Thành phần: Al + Cu (4%) + Mg (0.5%) + Mn (0.5%)
• Tính chất: Nhẹ, bền, chống ăn mòn
• Ứng dụng: Máy bay, tên lửa, ô tô

2. Magnali:

• Thành phần: Al + Mg (10%)
• Tính chất: Nhẹ, bền
• Ứng dụng: Công nghiệp hàng không

d) Hợp kim khác

1. Hợp kim chì - thiếc (Solder):

• Thành phần: Pb + Sn (50-50%)
• Tính chất: Nhiệt độ nóng chảy thấp (183°C)
• Ứng dụng: Hàn thiếc điện tử

2. Hợp kim vàng:

• Vàng 18K: Au (75%) + Cu, Ag (25%)
• Vàng 14K: Au (58.3%) + Cu, Ag (41.7%)
• Ứng dụng: Trang sức

3. Hợp kim nha khoa:

• Amalgam: Hg + Ag + Sn + Cu
• Ứng dụng: Trám răng

e) Bảng tổng hợp

a) Ứng dụng theo lĩnh vực

1. Xây dựng:

• Thép: Cốt thép, kết cấu
• Thép không gỉ: Lan can, cửa
• Nhôm: Cửa sổ, mái

2. Giao thông:

• Thép: Khung xe, tàu, cầu
• Duralumin: Máy bay
• Hợp kim Mg: Ô tô (giảm trọng lượng)

3. Điện tử:

• Hợp kim hàn: Mạch điện
• Đồng thau: Đầu nối
• Hợp kim Au: Tiếp điểm

4. Y tế:

• Thép không gỉ: Dụng cụ phẫu thuật
• Hợp kim Ti: Cấy ghép xương
• Amalgam: Trám răng

b) Hợp kim tiên tiến

1. Hợp kim nhớ hình (Shape Memory Alloy):

• Thành phần: Ni-Ti (Nitinol)
• Tính chất: Trở về hình dạng ban đầu khi nung nóng
• Ứng dụng: Stent tim mạch, kính gọng

2. Hợp kim siêu nhẹ:

• Thành phần: Mg-Li
• Tính chất: Nhẹ nhất (d = 1.35 g/cm³)
• Ứng dụng: Hàng không vũ trụ

3. Hợp kim chịu nhiệt cao:

• Thành phần: Ni-Cr-Co (Inconel)
• Tính chất: Chịu nhiệt 1200°C
• Ứng dụng: Động cơ phản lực, tên lửa

4. Hợp kim Amorphous (Kim loại thủy tinh):

• Cấu trúc: Không có mạng tinh thể
• Tính chất: Cứng, đàn hồi, chống ăn mòn
• Ứng dụng: Vỏ điện thoại, đồ thể thao

c) Xu hướng phát triển

• Hợp kim nano: Tính chất vượt trội
• Hợp kim sinh học: Tương thích cơ thể
• Hợp kim tái chế: Bền vững môi trường
• In 3D hợp kim: Sản xuất linh hoạt