Hợp kim là gì? Tính chất đặc trưng và ứng dụng trong sản xuất

Chu Văn An

Hợp kim là loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong sản xuất các loại vật liệu mới với nhiều ưu điểm vượt trội so với vật liệu kim loại. Vậy hợp kim là gì? Chúng có những đặc tính điển hình nào? Hợp kim dùng để làm gì?… Để giải đáp những câu hỏi trên, chúng ta hãy cùng vietchem tìm hiểu về loại hợp chất này qua bài viết dưới đây:

1. Hợp kim là gì?

Hợp kim là tên của hợp chất được tạo thành từ 2 nguyên tố trở lên. Có thể là tập hợp các kim loại với nhau hoặc giữa các nguyên tố kim loại và phi kim với nhau. Sự kết hợp này làm cho hợp kim có tất cả các đặc tính (ưu điểm và nhược điểm) của các thành phần tạo ra nó.

Mục đích ban đầu của việc tạo ra hợp kim là khắc phục nhược điểm của vật liệu kim loại nguyên chất. Hầu hết các hợp kim tồn tại ở dạng rắn và rất khó tách các nguyên tố bằng các phương pháp thông thường.

Hợp kim được chia thành 2 loại:

• Hợp kim đơn giản: Được tạo thành từ 2 kim loại (như đồng và kẽm) hoặc 1 kim loại kết hợp với 1 phi kim loại (như sắt và cacbon), trong đó kim loại là thành phần chính.
• Hợp kim phức tạp: Được tạo thành từ 3 nguyên tố trở lên, trong đó có 2 nguyên tố kim loại chính và các nguyên tố khác có thể là kim loại hoặc phi kim.

Hợp kim là gì?

2. Tính chất đặc trưng của hợp kim

Hợp kim có những đặc điểm của các thành phần tạo nên chúng nhưng tính chất của chúng có thể thay đổi tùy theo hàm lượng các nguyên tố kết hợp lại. Các tính chất của hợp kim bao gồm:

• Hợp kim thường ở dạng rắn, có cấu trúc tinh thể bao gồm tinh thể hỗn hợp, tinh thể hóa học và tinh thể dung dịch rắn. Các liên kết trong hợp kim tinh thể hỗn hợp hoặc dung dịch rắn chủ yếu là liên kết kim loại; Trong mạng tinh thể hóa học, nó sẽ là liên kết cộng hóa trị.
• Hợp kim vẫn có tính dẫn nhiệt, dẫn điện của kim loại tạo thành nhưng yếu hơn kim loại nguyên chất vì khi kết hợp các nguyên tử của các nguyên tố lại với nhau thì mật độ electron tự do sẽ giảm đi.
• Điểm nóng chảy của hợp kim không cố định mà thường tạo thành một khoảng, tùy thuộc vào thành phần và hàm lượng các nguyên tố tạo nên nó.
• Các hợp chất có độ cứng lớn hơn các chất đơn lẻ vì cấu trúc mạng tinh thể rắn chắc hơn. Ví dụ, thép (hợp kim của sắt) cứng hơn sắt nguyên chất.
• Hợp kim có nhiều ưu điểm của kim loại đơn kim như chống gỉ, chống ma sát, dễ dát mỏng, dẻo, có độ bóng kim loại…
• Một số hợp kim thể hiện tính chất trơ, không phản ứng với axit, bazơ hoặc các tác nhân khác.

Một số loại hợp kim

3. Ứng dụng của hợp kim trong đời sống

Ngày nay hợp kim đã trở thành vật liệu phổ biến. Vì có nhiều ưu điểm nên hợp kim có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Mỗi loại hợp kim đều có những đặc điểm, tính chất riêng nên có ứng dụng riêng cho từng lĩnh vực. Một số ứng dụng điển hình của hợp kim bao gồm:

– Hợp kim nhôm:

• Sản xuất vỏ máy bay, vệ tinh nhân tạo, khinh khí cầu vì chúng khá nhẹ và có đặc tính hấp thụ bức xạ điện từ từ năng lượng mặt trời.
• Dùng làm vật liệu rắn trong sản xuất vũ khí hạt nhân, tên lửa, pháo hoa… (vì khi đốt sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lớn).
• Dùng để chế tạo các bộ phận của các phương tiện giao thông như ô tô, tàu thủy, xe máy…
• Được sử dụng làm tản nhiệt CPU trong máy tính và vỏ máy tính.
• Dùng làm lõi dây, các chi tiết nhỏ trong linh kiện điện tử…
• Dùng trong chế tạo máy móc, gia công vật liệu trong ngành cơ khí đòi hỏi độ chính xác cao.
• Dùng làm vật liệu trong ngành xây dựng, sản xuất đồ dùng gia đình, nhà bếp…

Một số ứng dụng của hợp kim nhôm

– Hợp kim sắt:

• Dùng trong sản xuất máy móc, bu lông, đinh tán, mũi khoan, lưỡi cắt, khuôn đúc, dụng cụ,..
• Trong sản xuất đồ gia dụng: bàn ghế, cổng, cầu thang, lan can, khung cửa…
• Dùng trong sản xuất vật liệu xây dựng có độ cứng cao cho các công trình nhà cao tầng, cầu, đường, đập, đường ray xe lửa…

– Hợp kim đồng:

• Chế tạo các mối nối, ren trong môi trường nước, nước biển…
• Sản xuất ống dẫn gas, tản nhiệt, ống dẫn; chi tiết trên ô tô, xe máy…
• Sản xuất đường truyền dẫn viễn thông…

– Hợp kim titan: Dùng trong chế tác trang sức, phục vụ nhu cầu làm đẹp của con người.

Ngoài ra còn có nhiều loại hợp kim khác với nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống.

4. Liệt kê một số hợp kim phổ biến hiện nay

Ngành luyện kim ngày càng phát triển, sản xuất ra nhiều loại hợp kim khác nhau. Với mỗi sự kết hợp, mỗi nội dung sẽ tạo ra các loại hợp kim khác nhau. Điều đó tạo nên sự đa dạng về sản phẩm và cạnh tranh về giá. Trong đó các hợp kim làm từ sắt, nhôm, đồng… thường được sử dụng:

Hợp kim sắt: Đây là hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Hợp kim sắt có thể bao gồm:

• Thép: Là hợp kim có thành phần chính là sắt và cacbon (hàm lượng từ 0,02 đến 2,14%) trộn lẫn với các nguyên tố hóa học khác như đồng, niken mangan,… Tổng lượng nguyên tố được thêm vào dao động từ 1 đến 50% tổng khối lượng đến nâng cao chất lượng của thép.
• Gang: Là hợp kim giữa sắt và cacbon, trong đó sắt chiếm chủ yếu > 95% trọng lượng, hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14 đến 4%; Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác như photpho, mangan, lưu huỳnh…

Hợp kim đồng: Thường được chia thành 2 nhóm chính:

• Latong (còn gọi là đồng vàng, đồng thau): Là hợp kim phổ biến của đồng với hai thành phần chính là đồng và kẽm. Ngoài ra còn có một số nguyên tố khác như niken, chì, thiếc…
• Brông: còn gọi là hợp xướng. Đây là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác ngoại trừ kẽm. Tùy theo sự kết hợp của các nguyên tố mà có thể phân biệt các loại đồng khác nhau: hợp kim giữa Cu-Sn (đồng thiếc), Cu – Al (đồng nhôm), Cu – Be (đồng bery)…

Ứng dụng của hợp kim sắt

Hợp kim nhôm: Hợp kim nhôm là hợp kim được sử dụng phổ biến thứ hai (sau sắt và thép) trong sản xuất. Hợp kim nhôm được chia thành hai nhóm chính: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng.

Ngoài ra chúng ta còn gặp nhiều loại hợp kim khác như: Hợp kim kẽm, hợp kim bạc, hợp kim inox, hợp kim cobalt…

5. Một số câu hỏi về hợp kim

• Hợp kim có bị rỉ sét không?

Đây có thể là câu hỏi được nhiều người thắc mắc khi nói về hợp kim. Hợp kim có khả năng chống gỉ và ăn mòn tốt vì một trong những mục đích của việc hình thành hợp kim là chống mài mòn. Vì vậy, các nguyên tố phi kim loại hoặc kim loại được thêm vào đều có đặc tính chống ăn mòn cao.

• Hợp kim nào có độ cứng lớn nhất?

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng một hợp kim kết hợp crom, niken và coban là vật liệu cứng nhất thế giới. Nó được mệnh danh là “vật liệu kỳ diệu”, cứng hơn Graphene 100 lần. Hợp kim này có tiềm năng ứng dụng mạnh mẽ trong việc chế tạo tàu vũ trụ và sử dụng trong các thùng chứa chống vỡ để dự trữ năng lượng nhờ khả năng trở nên bền chắc và có khả năng chống gãy khi nhiệt độ giảm mạnh.

Trên đây là một số thông tin cơ bản giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về hợp kim. Đây là loại vật liệu có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất. Vì vậy, hiểu rõ loại vật liệu này giúp chúng ta sử dụng hiệu quả hơn, phù hợp với từng yêu cầu cụ thể.