Đồng hợp kim và phân loại
Hợp kim đồng là vật liệu trên cơ sở đồng (nguyên tố) được hợp kim hóa với các nguyên tố hóa học khác, ví dụ như thiếc, chì, kẽm, bạc, vàng, ăng ti moan... Hợp kim dồng có đặc tính chống ăn mòn tốt trong môi trường bình thường. Tính năng điện của hợp kim đồng thấp hơn đồng nguyên chất, nhưng các tính năng cơ tính và tính đúc của nó lại vượt trội.
Phân loại hợp kim của đồng :
Đồng thiếc (bronze)
Đồng thau (hay còn gọi là latông; brass)
Hợp kim đồng hiện đại
Cấu tạo cơ bản
Đặc điểm khác nhau của hợp kim đồng thể hiện ra bên ngoài một cách rõ ràng được quyết định bởi nguyên tố hóa học tham gia hợp kim hóa cùng với đồng. Sự đa dạng của hợp kim đồng do sự có mặt của nhiều kim loại và á kim đã cho ta một tổng hợp đa dạng về sự phân loại chúng, đồng thau, đồng thiếc, đồng niken, đồng-niken-kẽm, đồng-chì, và hợp kim đồng đặc biệt hiện nay người ta dùng hợp kim đồng-Coban để chế tạo vật liệu GMR (từ điện trở khổng lồ).
Phân loại hợp kim của đồng
Vạc đồng nặng 1.552 kg đúc năm 1662 đời chúa Nguyễn Phúc Tần, hiện trưng bày tại Đại Nội Huế.
Đồng thiếc (bronze)
Được ứng dụng sớm nhất là đồng thiếc(đôi khi còn gọi là đồng thanh). Thiếc có các ảnh hưởng tương tự như kẽm lên các tính chất cơ khí của đồng, nó tăng cao độ bền và độ dẻo. Hợp kim đồng với thiếc đạt được độ bền chống ăn mòn cao và các tính chất chịu mài mòn tốt. Các tính chất này giúp cho đồng thiếc có ứng dụng trong công nghiệp hóa chất để chế tạo các dụng cụ đúc, cũng như trong vai trò của vật liệu chịu mài mòn trong các lĩnh vực khác.
Hợp kim đồng thiếc được gia công khá tốt bằng áp lực và cắt gọt. Độ co ngót của nó rất nhỏ khi đúc, dưới 1 %, trong khi độ co ngót của đồng thau và gang là khoảng 1,5 % và thép là trên 2 %. Vì thế, cho dù có xu hướng về phía thiên tích (sự không đồng nhất khi kết tinh) và độ chảy loãng tương đối không cao, đồng thiếc vẫn được ứng dụng thành công để nhận được các vật đúc có hình thể phức tạp, kể cả các đồ đúc nghệ thuật. Hợp kim đồng thiếc được biết đến và sử dụng từ thời cổ đại. Phần lớn các sản phẩm cổ đại từ đồng điếu chứa 75—90 % đồng và khoảng 25—10 % thiếc, làm cho bề ngoài của chúng khi mới đúc trông giống như vàng, nhưng chúng khó nóng chảy hơn. Các sản phẩm đồng thiếc cũng không đánh mất vai trò trong thế giới ngày nay.
Các dạng đồng thiếc hợp kim hóa được với kẽm, niken và phốt pho. Kẽm có thể cho vào tới 10 %, với mức độ như thế nó gần như không thay đổi các tính chất của đồng thiếc, nhưng làm cho đồng thiếc trở nên rẻ tiền hơn. Chì và phốt pho làm tăng khả năng chịu mài mòn của đồng điếu và khả năng gia công bằng cắt gọt.
Đồng thau (hay còn gọi là latông; brass)
Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Tỷ lệ pha chế giữa đồng và kẽm cho ta một loạt các đồng thau đa dạng khác nhau. Đồng thau là một hợp kim thay thế, nó được ứng dụng nhiều vào các lĩnh vực như đồ trang trí, vật liệu hàn, thiết bị điện, các loại đầu đạn súng cá nhân, và rất nhiều các nhạc cụ hơi...
Đồng thau có một màu vàng, đôi khi khá giống màu của vàng, nó có thể duy trì được độ sáng bóng trong điều kiện môi trường bình thường, nên chúng được làm ra các đồ trang trí, hay làm tiền xu[1].
Đồng thau được người tiền sử biết đến khá sớm, trước rất lâu khi con người tìm ra kẽm, nó là sản phẩm đồng hành trong quặng calamin, là một khoáng vật chứa kẽm và đồng. Nền văn hóa Đông Sơn của Việt Nam là một trong những nền văn hóa đồng thau rực rỡ cách ngày nay trên 3.000 năm. Những sản phẩm đồng thau tinh xảo và tuyệt đẹp cùng với văn minh nhân loại mở ra thời kỳ đồ đồng rực rỡ. Trong quá trình nấu chảy quặng calamin, kẽm được tách ra và hòa lẫn vào đồng tạo thành đồng thau tự nhiên. Kẽm trong đồng thau đã giúp cho điểm nóng chảy của đồng thau thấp xuống đáng kể, tăng tính đúc vì vậy đã cho ra những sản phẩm thuộc thời đại đồ đồng tuyệt đẹp và sắc sảo, cũng như giữ được màu sắc trường tồn.
Trong văn hóa Đông sơn, mặc dù dùng tên gọi là đồng thau nhưng thực chất là hợp kim của đồng- thiếc hoặc đồng - chì - thiếc (còn gọi là bronze). Hợp kim đồng - kẽm sau này mới được sử dụng vào khoảng thế kỷ 17 trở lại đây. Hợp kim đồng kẽm là kỹ thuật hợp kim của phương Tây chứ không phải là hợp kim mang tính truyền thống của Việt Nam.
Hợp kim đồng hiện đại
Do giá thành cao của thiếc nên người ta đã tìm các chất thay thế cho đồng thiếc. Các loại hợp kim đồng mới này chứa ít thiếc hơn so với đồng thiếc trước kia đã sử dụng hoặc hoàn toàn không chứa thiếc.
Ngày nay, tồn tại một loạt các loại hợp kim đồng không chứa thiếc, thậm chí cả kẽm. Chúng là hợp kim kép hay nhiều thành phần của đồng với nhôm, mangan, sắt, chì, niken, berili, silic v.v. Độ co ngót của các loại hợp kim này đều cao hơn của đồng thiếc. Tuy nhiên, theo một vài tính chất khác thì hợp kim mới lại ưu việt hơn đồng thiếc. Đồng nhôm, silic và đặc biệt là đồng berili có tính chất cơ khí tốt hơn, đồng nhôm tốt hơn theo độ chống ăn mòn, còn đồng silic tốt hơn về độ chảy loãng.
Ngoài ra, độ bền của đồng nhôm và đồng berili có thể gia tăng bằng gia công nhiệt.
Cũng cần phải đề cập tới các hợp kim của đồng với phốt pho. Chúng không thể phục vụ trong vai trò của vật liệu chế tạo cơ khí, vì thế nói chung người ta không gọi nó là đồng điếu. Tuy nhiên, nó là mặt hàng được giao dịch trên thị trường thế giới và phục vụ trong vai trò của hợp kim trung gian để sản xuất nhiều chủng loại đồng điếu có chứa phốt pho, cũng như để khử ôxy các hợp kim trên cơ sở là nền đồng.
Đồng hợp kim, hay có tài liệu gọi là đồng đỏ[1], đồng vàng[2], đồng thanh, là một diện rộng các loại hợp kim của đồng, thường với thiếc là chính, đôi khi với một vài nguyên tố khác như phốt pho, mangan, nhôm, silic v.v; nhưng tên gọi này không áp dụng cho hợp kim của đồng với kẽm trong vai trò của chất tạo hợp kim chủ yếu do nó được gọi là đồng thau và của đồng với niken do nó được gọi là đồng niken hay niken bạc .
Từ điển bách khoa Việt Nam[3] định nghĩa:
Đồng hợp kim:. (A. bronze; Ph. bronze; cg. đồng đỏ, đồng thanh), hợp kim của đồng (Cu) với thiếc (Sn), có thể lẫn nhôm (Al), berili (Be), chì (Pb),...
Vật liệu này có độ bền cao và chịu được uốn, cắt. Chúng được ứng dụng trong khá nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng xuất hiện rất sớm và có liên hệ với một thời kỳ lịch sử của loài người - Thời kỳ đồ đồng. Đồng hợp kim là hợp kim cổ nhất mà loài người từng chế tạo ra, những đồ vật đầu tiên được làm bằng hợp kim này đã có từ 3000 năm trước Công nguyên[3].
Có một số từ điển dùng tên đồng thanh để chỉ hợp kim này. "Đồng thanh" xuất phát từ "thanh đồng" (青铜), tên gọi của Đồng hợp kim trong tiếng Trung với nghĩa "đồng màu xanh", vì người Trung Quốc nhận thấy loại đồng này nếu để lâu ngày thì có màu xanh (bị gỉ đồng).[4]. Một số từ điển đưa ra tên gọi đồng thiếc cho các dạng hợp kim này. Tên gọi này mang nặng tính kỹ thuật theo như định nghĩa đã nói trên đây, tuy nhiên hiện nay tồn tại một vài dạng Đồng hợp kim không chứa thiếc nên tên gọi đồng thiếc không thể coi là chính xác đối với chúng.
Lịch sử
Rất nhiều nền văn minh phát triển rực rỡ cùng với việc tìm ra và ứng dụng Đồng hợp kim và đồng thau trên thế giới. Chúng là một trong những phát minh về hợp kim sớm nhất của nhân loại. Đồng hợp kim là vật liệu ưu việt hơn hẳn các vật liệu trước đó con người tìm ra, nó được ứng dụng trong các lĩnh vực: dụng cụ, vũ khí, áo giáp, các vật liệu trang trí, mỹ thuật, điêu khắc...
Các đặc tính
Về mặt kỹ thuật, phụ thuộc vào thành phần hợp kim hóa, các dạng Đồng hợp kim được phân loại thành Đồng hợp kim chứa thiếc là Đồng hợp kim thiếc (hay đồng thiếc) và Đồng hợp kim không chứa thiếc như Đồng hợp kim nhôm, Đồng hợp kim berili v.v. Tỷ trọng riêng của các loại Đồng hợp kim, phụ thuộc vào chủng loại, nằm trong khoảng 7,5-8 g/cm³, nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ 930 tới 1140 °C.
Đồng hợp kim chứa thiếc
Được ứng dụng sớm nhất là Đồng hợp kim chứa thiếc (đồng thiếc). Thiếc có các ảnh hưởng tương tự như kẽm lên các tính chất cơ khí của đồng, nó tăng cao độ bền và độ dẻo. Hợp kim đồng với thiếc đạt được độ bền chống ăn mòn cao và các tính chất chịu mài mòn tốt. Các tính chất này giúp cho đồng thiếc có ứng dụng trong công nghiệp hóa chất để chế tạo các dụng cụ đúc, cũng như trong vai trò của vật liệu chịu mài mòn trong các lĩnh vực khác.
Hợp kim đồng thiếc được gia công khá tốt bằng áp lực và cắt gọt. Độ co ngót của nó rất nhỏ khi đúc, dưới 1%, trong khi độ co ngót của đồng thau và gang là khoảng 1,5% và thép là trên 2%. Vì thế, cho dù có xu hướng về phía thiên tích (sự không đồng nhất khi kết tinh) và độ chảy loãng tương đối không cao, đồng thiếc vẫn được ứng dụng thành công để nhận được các vật đúc có hình thể phức tạp, kể cả các đồ đúc nghệ thuật. Hợp kim đồng thiếc được biết đến và sử dụng từ thời cổ đại. Phần lớn các sản phẩm cổ đại từ Đồng hợp kim chứa 75—90% đồng và khoảng 25—10% thiếc, làm cho bề ngoài của chúng khi mới đúc trông giống như vàng, nhưng chúng khó nóng chảy hơn. Các sản phẩm đồng thiếc cũng không đánh mất vai trò trong thế giới ngày nay.
Các dạng đồng thiếc hợp kim hóa được với kẽm, niken và phốt pho. Kẽm có thể cho vào tới 10%, với mức độ như thế nó gần như không thay đổi các tính chất của đồng thiếc, nhưng làm cho Đồng hợp kim trở nên rẻ tiền hơn. Chì và phốt pho làm tăng khả năng chịu mài mòn của Đồng hợp kim và khả năng gia công bằng cắt gọt.
Đồng hợp kim không thiếc
Do giá thành cao của thiếc nên người ta đã tìm các chất thay thế cho đồng thiếc. Các loại Đồng hợp kim mới này chứa ít thiếc hơn so với Đồng hợp kim trước kia đã sử dụng hoặc hoàn toàn không chứa thiếc.
Ngày nay, tồn tại một loạt các loại Đồng hợp kim không chứa thiếc. Chúng là hợp kim kép hay nhiều thành phần của đồng với nhôm, mangan, sắt, chì, niken, berili, silic v.v. Độ co ngót của các loại hợp kim này đều cao hơn của đồng thiếc. Tuy nhiên, theo một vài tính chất khác thì Đồng hợp kim không thiếc lại ưu việt hơn đồng thiếc. Đồng hợp kim nhôm, silic và đặc biệt là Đồng hợp kim berili có tính chất cơ khí tốt hơn, Đồng hợp kim nhôm tốt hơn theo độ chống ăn mòn, còn Đồng hợp kim silic tốt hơn về độ chảy loãng.
Ngoài ra, độ bền của Đồng hợp kim nhôm và berili có thể gia tăng bằng gia công nhiệt.
Cũng cần phải đề cập tới các hợp kim của đồng với phốt pho. Chúng không thể phục vụ trong vai trò của vật liệu chế tạo cơ khí, vì thế nói chung người ta không gọi nó là Đồng hợp kim. Tuy nhiên, nó là mặt hàng được giao dịch trên thị trường thế giới và phục vụ trong vai trò của hợp kim trung gian để sản xuất nhiều chủng loại Đồng hợp kim có chứa phốt pho, cũng như để khử ôxy các hợp kim trên cơ sở là nền đồng.
Phân loại hợp kim đồng
Họ Nguyên tố tạo hợp kim chủ yếu Số UNS
Các hợp kim đồng, đồng thau Kẽm (Zn) C1xxxx–C4xxxx, C66400–C69800[5]
Đồng hợp kim phốt pho Thiếc (Sn) C5xxxx
Đồng hợp kim nhôm Nhôm (Al) C60600–C64200
Đồng hợp kim silic Silic (Si) C64700–C66100
Đồng niken, niken bạc Niken (Ni) C7xxxx
Nguồn : vi.wikipedia.org
