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

Hợp kim là một loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong chế tạo các vật liệu mới với nhiều ưu điểm vượt trội so với vật liệu bằng kim loại. Vậy hợp kim là gì? Chúng có tính chất gì đặc trưng? Hợp kim dùng để làm gì?… Để giải đáp các thắc mắc trên hãy cùng Khoangsanvina.com tìm hiểu về loại hợp chất này qua bài viết dưới đây:

1. Hợp kim là chất gì? 

Hợp kim là tên gọi của hợp chất được tạo thành từ 2 nguyên tố trở lên. Có thể là tập hợp của các kim loại với nhau hoặc giữa nguyên tố kim loại và nguyên tố phi kim với nhau. Sự kết hợp này khiến hợp kim mang đầy đủ các tính chất (ưu – nhược điểm) của các thành phần tạo ra nó.

Mục đích ban đầu tạo ra hợp kim để khắc phục nhược điểm của các vật liệu bằng kim loại nguyên chất. Đa số các hợp kim đều tồn tại ở thể rắn và khó có thể tách các nguyên tố ra riêng biệt bằng các phương pháp thông thường. 

Hợp kim được chia thành 2 loại là:

• 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 (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 từ 2 nguyên tố kim loại chính và các nguyên tố khác, có thể là kim loại hoặc phi kim. 

Hợp kim là gì?

2. Các tính chất đặc trưng của hợp kim

Hợp kim mang các đặc điểm của các thành phần cấu tạo nên nó nhưng tính chất có thể thay đổi phụ thuộc vào hàm lượng của các nguyên tố kết hợp. Các tính chất của hợp kim gồm có:

• Hợp kim thường ở thể rắn, có cấu tạo tinh thể gồm tinh thể hỗn hợp, tinh thể hóa học và tinh thế dung dịch rắn. Các liên kết trong hợp kim tinh thể hỗn hợp hoặc dung dịch rắn chủ yếu là liên kết kim loại; còn trong mạng tinh thể hóa học sẽ là liên kết cộng hóa trị. 
• Hợp kim vẫn có tính dẫn nhiệt và dẫn điện của các kim loại tạo thành nhưng yếu hơn so với kim loại nguyên chất vì khi kết hợp các nguyên tử của các nguyên tố với nhau sẽ làm giảm mật độ electron tự do.
• Điểm nóng chảy của hợp kim không cố định mà thường tạo thành 1 khoảng, tùy thuộc vào thành phần và hàm lượng các nguyên tố tạo nên nó. 
• Hợp chất có độ cứng lớn hơn so với đơn chất tạo thành vì cấu tạo mạng tinh thể chắc chắn hơn. Ví dụ như thép (hợp kim của sắt) cho độ cứng hơn sắt nguyên chất.
• Hợp kim có nhiều ưu điểm của kim loại đơn chất như khả năng chống gỉ, chịu ma sát, dễ dát mỏng, uốn dẻo, có ánh kim…
• Một số hợp kim thể hiện tính trơ, không xảy ra phản ứng với axit hoặc bazo hoặc các xác tác khác.

Một số loại hợp kim

3. Ứng dụng của hợp kim trong cuộc sống

Ngày nay hợp kim đã trở thành vật liệu phổ biến. Vì có nhiều ưu điểm nên các hợp kim có nhiều ứng dụng trong đời sống. Mỗi một loại hợp kim có đặc điểm, tính chất riêng nên có các ứng dụng riêng cho từng lĩnh vực. Một số ứng dụng tiêu biểu của các hợp kim gồm có: 

– Hợp kim nhôm:

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

Một số ứng dụng hợp kim nhôm

– Hợp kim sắt:

• Dùng trong chế tạo máy móc, bulong, con tán, mũi khoan, lưỡi cắt, đúc khuôn, dao cụ…
• Trong sản xuất các đồ dùng gia đình: bàn ghế, cổng, cầu thang, lan can, khung cửa…
• Sử dụng trong chế tạo vật liệu xây dựng có độ cứng cao cho các công trình nhà cao tầng, cầu đường, đập, đường ray tàu hỏa…

– Hợp kim đồng:

• Chế tạo các chi tiết khớp nối, ren trong môi trường nước, nước biển…
• Sản xuất các đường ống dẫn khí đốt, bộ tản nhiệt, ống dẫn; các chi tiết trong ô tô, xe máy…
• Chế tạo dây truyền tải viễn thông…

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

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

4. Điểm danh một số loại hợp kim phổ biến hiện nay

Ngành công nghiệp luyện kim ngày càng phát triển, chế tạo ra nhiều loại hợp kim khác nhau. Với mỗi sự kết hợp, mỗi một hàm lượng sẽ tạo ra các loại hợp kim khác nhau. Điều đó tạo nên sự đa dạng sản phẩm và cạnh tranh về giá cả. Trong đó các hợp kim làm từ sắt, nhôm, đồng… được sử dụng phổ biến:

Hợp kim sắt: Đây là loại hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Các hợp kim của sắt có thể kể đến như:

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

Hợp kim đồng: Thường được chia làm 2 nhóm chính là

• Latong (hay còn gọi là đồng vàng, đồng thau): Là hợp kim phổ biến của đồng với 2 thành phần chính là đồng và kẽm. Ngoài ra còn có thêm một số nguyên tố khác như niken, chì, thiếc…
• Brông: hay còn có tên khác là đồng thanh. Đây là hợp kim của đồng với các nguyên tố khác trừ kẽm. Tùy theo từng nguyên tố kết hợp mà phân biệt giữa các loại đồng thanh: hợp kim giữa Cu-Sn (brong thiếc), Cu – Al (brong nhôm), Cu – Be (brong beri)…

Ứng dụng hợp kim sắt

Hợp kim nhôm: Hợp kim nhôm là loại hợp kim được dùng phổ biến thứ hai (sau sắt, thép) trong sản xuất. Hợp kim của nhôm chia thành 2 nhóm chính là hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng.

Ngoài ra ta còn gặp rất nhiều các loại hợp kim khác như: Hợp kim kẽm, hợp kim bạc, hợp kim inox, hợp kim coban…

5. Một số câu hỏi về hợp kim

• Hợp kim có bị gỉ không? 

Đây có thể là vấn đề nhiều người thắc mắc nhất khi nói về hợp kim. Các hợp kim có khả năng chống rỉ sét, chống ăn mòn tốt vì một trong các mục đích tạo thành hợp kim là để chống lại sự hao mòn. Vì vậy các nguyên tố phi kim hay kim loại thêm vào đều có đặc tính chống ăn mòn cao.

• Hợp kim nào có độ cứng lớn nhất?

Theo một nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng hợp kim kết hợp giữa crom, niken và coban là loại vật liệu cứng nhất trên thế giới. Nó được đặt tên là “vật liệu kỳ diệu”, có độ cứng gấp 100 lần so với Graphene. Hợp kim này có tiềm năng ứng dụng mạnh mẽ để xây dựng các tàu vũ trụ, sử dụng trong các thùng chứa chống vỡ để dự trữ năng lượng do có khả năng trở nên bền chặt, chống đứt gãy khi nhiệt độ giảm sâu. 

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