Stop (stop metali, stopy metali)

Stop, stop metali, dawniej także aliaż – substancja złożona o właściwościach metalicznych, która składa się z metalu stopionego z jednym lub więcej metalami lub niemetalami. Stop to mieszanina, która składa się dwóch lub większej ilości pierwiastków, przy czym co najmniej jeden z nich jest metalem i jednocześnie przeważa on ilościowo w mieszaninie. Metal dominujący ilościowo określa się jako metal podstawowy. Stopy zawierają ponadto dodatki stopowe, domieszki oraz zanieczyszczenia. W języku angielskim: alloy.


stop stopy metali w tym brąz mosiądz i stal

Stop metali

Większość stopów to jednorodne roztwory stałe, określa się tak jednak również mieszaniny niejednorodne niewielkich kryształów, związki chemiczne (w przypadku związków międzymetalicznych wytwarzanych przy krzepnięciu stopu) niejednorodną mieszaniną drobnych kryształów, a także mieszaninę tych elementów. Stopy stosuje się szerzej niż czyste metale, ponieważ można tworzyć je tak, aby uzyskały określone, pożądane właściwości. Stopy metali tworzy się więc w celu zmiany własności metalu zasadniczego, np. polepszenia jego właściwości mechanicznych lub odlewniczych (zob. odlewnictwo). Zachowują one jednak właściwości typowe dla metali, takie jak połysk metaliczny, dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, nieprzezroczystość oraz plastyczność.

Stworzyć można np. stopy stanowiące złe lub dobre przewodniki ciepła lub elektryczności, twardsze niż czyste metale, bardziej odporne na korozję  lub takie, które cechuje lepsza skrawalność. Największe znaczenie mają stopy żelaza i węgla, do których należą np. żeliwo i różne rodzaje stali. Do znanych stopów należą też mosiądz i brąz – stopy miedzi, czy też amalgamaty – stopy zawierające rtęć. Stopy można wzbogacać i przekształcać dodatkami, tak np. dodany do stali chrom umożliwia stworzenie stali nierdzewnej.

Metal podstawowy to składnik dominujący ilościowo w stopie, który w największym stopniu określa jego właściwości. Dodatki stopowe wprowadzane są celowo dla uzyskania pożądanych właściwości stopu. Domieszki to substancje pojawiające się w stopie niecelowo, na skutek niedoskonałości procesów metalurgicznych. Te domieszki, które wywierają niekorzystny wpływ na właściwości stopu określane są jako zanieczyszczenia.

Ze względu na miękkość czystego srebra i złota, które ogranicza ich zastosowanie praktyczne (np. w jubilerstwie), często łączy się je ze sobą lub z innymi metalami, uzyskując stopy o bardziej korzystnych właściwościach. Niektóre ze stopów znane są od prehistorii, stale opracowuje się jednak nowe, wykorzystywane w nowoczesnych technologiach – np. jako materiały w technologiach kosmicznych. Opracowano również szkła metaliczne i stopy krystaliczne, a stopy metali są czasami łączone z ceramiką, grafitami i materiałami organicznymi jako kompozyty. Powstają także nowe rodzaje stopów takie jak stopy krystaliczne i szkło metaliczne (metal amorficzny – stop metali o nieuporządkowanej strukturze, co nadaje mu właściwości zbliżone do szkła). Tworzy się także materiały kompozytowe, w których skład wchodzą stopy metali, np. z materiałami ceramicznymi, materiałami organicznymi lub grafitem.

Stopy można otrzymywać przez stapianie metali, skąd też pochodzi ich nazwa – nie jest to jednak jedyna metoda ich otrzymywania. Stopy metali można otrzymać również poprzez dyfuzję jednego składnika w drugi w stanie stałym, metodą elektrolizy (osadzanie elektrolityczne) oraz poprzez spiekanie, w którym otrzymuje się spiek, aglomerat proszków powstały w temperaturze bliskiej temperaturze topnienia bez doprowadzenia ich do stanu ciekłego. Niektóre spieki metali określa się jako pseudostopy.

Stop jako mieszanina metali w stanie stałym

Dwa metale, które rozpuszczają się w sobie całkowicie w stanie ciekłym po przejściu w stan stały mogą się w sobie nie rozpuszczać, rozpuszczać całkowicie, lub rozpuszczać częściowo. W pierwszym przypadku stop to mieszanina kryształów jego składników czystych (np. stopy kadmu z bizmutem). W drugim to roztwór stały, jednofazowy, zbudowany z kryształów obu swoich składników (np. stopy złota ze srebrem). W trzecim przypadku powstają stopy dwufazowe stanowiące mieszaniny kryształów roztworów stałych (np. stopy złota z miedzią).

Obszar stopu o strukturze uporządkowanej, ale niezgodnej ze strukturą obszarów sąsiednich to domena antyfazowa. Eutektoid to mieszanina składników fazowych stopu powstająca w procesie przemian eutektoidalnych.

Stopy metali a związki międzymetaliczne

Od stopów odróżnić należy związki międzymetaliczne, złożone z atomów metali lub atomów metali i atomów niemetali, w których występują przy tym wiązania metaliczne. Związki międzymetaliczne otrzymać można przy tym w czasie krzepnięcia stopu. Stopy metali, w których występują związki międzymetaliczne to stopy dwufazowe stanowiące mieszaniny kryształów roztworu stałego z kryształami związku międzymetalicznego.

Nazwy i rodzaje stopów

Największe znaczenie gospodarcze mają stopy żelaza. Ze względu na główny składnik stopu wyróżnia się więc stopy żelaza (w tym stal, żeliwo oraz żelazostopy, określane też jako ferrostopy) oraz stopy metali niezależnych (np. brąz, mosiądz, duraluminium). Ze względu na właściwości technologiczne wyróżnia się stopy plastyczne, stopy odlewnicze (przeznaczone do odlewania lub obróbki skrawaniem), a także stopy niskotopliwe. Wyróżnia się także wiele grup w zależności od zastosowania stopu oraz jego właściwości fizycznych. Są to np. stopy drukarskie, stopy oporowe, stopy łożyskowe (głównie ołowiu i cyny – np. babbit), stopy lutownicze.

Tylko niektóre stopy (czy też ściślej grupy stopów) mają własne nazwy – np. magnal, duraluminium, brąz, miedzionikiel, mosiądz, spiż, tombak, chromonikiel, nowe srebro, amalgamat, stal, staliwo, żeliwo, elektron. W przypadku większości nazwa stopu pochodzi od metalu podstawowego, np. stopy aluminium, stopy magnezu, stopy złota, stopy niklu, stopy ołowiu, stopy miedzi. Pewnym wyjątkiem są stopy rtęci, określane tradycyjnie terminem amalgamat. Wiele stopów ma nazwy anglojęzyczne, stanowiące złożenia z wyrazem alloy (stop), np. incoloy (żarowytrzymały stop niklu), hastelloy (odporny na korozję stop niklu z molibdenem), carboloy.

Wykres równowagi stopu. Solidus i likwidus

Właściwości danego stopu można przedstawić graficznie za pomocą jego wykresu równowagi. Wykres równowagi stopu przedstawia krzywe współistnienia wszystkich faz układu zależnie od właściwości takich jak temperatura i skład chemiczny. Postać wykresu zależy od ilości składników stopu: w przypadku stopów dwuskładnikowych jest to wykres dwuwymiarowy, w przypadku stopów trójskładnikowych trójwymiarowy. W wykresie dwuwymiarowym osie tworzą temperatura i skład chemiczny.

Wykresy równowagi stopu obrazują wiele jego właściwości, w tym tworzenie się i rozpad związków międzymetalicznych, przemiany alotropowe i przemiany eutektoidalne zachodzące w stanie stałym, zmienność wzajemnej rozpuszczalności składników stopu w stanie ciekłym oraz przebieg topnienia i krzepnięcia. Konstruowane są poprzez zastosowanie krzywych chłodzenia składników stopu oraz innych stopów, które tworzą te składniki. Likwidus to linia lub powierzchnia obrazująca wartości początku temperatury krzepnięcia fazy ciekłej. Solidus to linia lub powierzchnia obrazująca wartości temperatury początku topnienia fazy stałej.


Tagi
Humanistyczna encyklopedia nauki

Dodaj komentarz