Нам всем знакомы сплавы самых разных металлов, которые представляют собой макроскопически однородный раствор металлического типа, в котором присутствуют два и более элемента, большую часть которых составляют металлы, а наименьшую – некоторые неметаллы.
Интерметаллическое соединение – это материал, в котором также присутствуют в основной своей массе металлы, однако они имеют строгие пропорции соотношений между компонентами состава.
Больше о интерметаллидах и способах их применения в промышленности вы можете узнать из этой статьи.
Что такое интерметаллид с химико-физической точки зрения
В то время как сплав – это по сути своей металлический раствор, и атомы разных металлов никак не взаимодействуют друг с другом, в интерметаллических соединениях присутствует металлическая связь. Реже встречаются ионные, ковалентные и промежуточные типы связей.
- Металлическая связь – химическое взаимодействие атомов разных металлов в кристалле, образующаяся в ходе перекрытия электронов валентного типа;
- Ионная связь – она характеризуется сильным взаимодействием атомов между собой, обладающих существенно разными значениями электроотрицательности;
- Ковалентная связь – она образуется с помощью перекрытия пары валентных электронов, что находятся на наружной атомной оболочке электронных облаков. В ходе этого процесса формируется электронная пара;
- Промежуточными считаются: ионно-металлическая и ковалентно-металлическая связи. Они комбинируют свойства от разных типов взаимодействия атомов веществ между собой.
Характерной чертой интерметаллидов на основе титана является их высокая твёрдость и повышенная устойчивость к химическому воздействию. Титановые интерметаллические соединения обладают в большинстве своём более высокой температурой расплавления, нежели и без того тугоплавкий титан и другие металлы в составе.
Однако такой материал отличается пониженными показателями пластичности, что несколько затрудняет процесс его обработки. Из-за этого свойства растут также показатели хрупкости. Фабрикат из такого вещества не будет отличаться высокой устойчивостью к ударным и другим механическим воздействиям.
Но, несмотря на это, многие интерметаллиды на основе титана обладают полупроводниковыми характеристиками, что высоко ценится производстве проводникового оборудования на разных промышленных производствах.
На сегодняшний день существует множество интерметаллидов, в составе которых присутствует титан. К ним относятся:
- Никельдититан;
- Триникельтитан;
- Осмийтитан;
- Дипалладийтитан;
- Пентапалладийтрититан;
- Трипалладийтитан;
- Октаплатинатитан;
- Серебротитан и многие другие.
Но самыми востребованными и широко используемыми являются нитинол (никель-титан) и ниобий-титан.
Нитинол
Никелид титана (NiTi) – одно из самых знаменитых интерметаллических веществ. Состав такого соединения строго регламентирован: 45% титана и 55% никеля, при этом количество атомов каждого элемента одинаково.
|
Физические свойства: |
|
|
Плотность |
6450 кг/м3 |
|
Плавление |
1300°С |
Характерным свойством данного материала является его память формы – сверхупругость, которая превосходит таковую у стали в 20 раз. Если формовое, даже сложное, металлоизделие довести до красного каления, то структура вещества «запомнит» изначальную форму. После остывания до комнатной температуры можно деформировать фабрикат, однако в силу этой памяти он вернёт изначальный вид, стоит нагреть его до 40 градусов по Цельсию!
Данный процесс базируется на процессе упорядочивания электронов в ходе закалки, что позволяет изделию «запоминать» форму.
Как производится
Создание титанового никелида включает в себя четыре непростых этапа:
- Расплавление сырья;
- Переплавление;
- Отливка;
- Придание нужной формы изделию.
Основная трудность производственного процесса заключается в необходимости точной выверки количества и соотношения компонентов состава, в данном случае никеля и титана. В добавок к этому всегда нужно учитывать, что в ходе плавки титан усиленно реагирует с газами из окружающей среды, формируя различные бинарные соединения, присутствие которых в интерметаллиде недопустимо.
Проблема решается с помощью двух этапов обработки:
|
Этап |
Характеристика |
|
Вакуумно-индукционный |
Слитки производятся в графитовых печах, благодаря чему происходит отличное смешивание никеля и титана, однако последний может вступить в реакцию с некоторым количеством углерода, в результате чего образуются нежелательные карбиды. |
|
Вакуумно-дуговой |
Эта ступень обработки даёт возможность избавиться от нежелательных примесей, в том числе от карбидов титана, а также придаёт сырью соответствующую структуру литого типа. |
Уже после этих двух ступеней обрабатывания материала следует формирование вида будущего изделия.
Применение
Нитинол активно используется в медицине, а в частности в стоматологии, где из данного материала изготавливают дуги для брекет-систем для ортодонтии.
Ниобий-титан
Ниобийтитан (Nb-Ti) – интерметаллид титана и ниобия, являющийся сверхпроводником второго рода в среде критически низких температур. Процентное содержание ниобия составляет 52,38%, а титана 46,86%. По сравнению с нитинолом, ниобийтитан пластичнее и менее хрупкий, но при этом обладает такими же хорошими антикоррозионными свойствами.
Главным преимуществом Nb-Ti является его невысокая стоимость по сравнению с другими веществами подобного назначения.
Как производится
Из-за того, что титан бурно реагирует с газами при расплавлении, его сплавление с ниобием происходит в среде вакуума или в атмосфере инертных газов, чтобы избежать появления в составе ненужных примесей, способных ухудшить свойства соединения.
Обработка полученного ниобий-титана несколько проще, чем у титанового никелида, и сводится к прокатке или волочению сырья.
Применение
Благодаря тому, что данный материал относится к сверхпроводникам второго рода, его используют для производства сверхпроводящих магнитов, применяемых для создания постоянных сильнейших полей. Такие магниты используются в сверхмощных генераторных установках и в сверхпроводящих электромашинах.
На основе ниобия-титана изготавливаются многожильные провода, покрытые медной или алюминиевой матрицей, предназначенной для стабилизации изделия в случае возвращения в исходное состояние.
Вывод
Благодаря развитию промышленности и растущего спроса на вещества с уникальными характеристиками, такие как сверхпроводящие свойства, сверхупругость, невосприимчивость в коррозии и устойчивость к критически высоким температурам, востребованность титановых интерметаллидов неуклонно растёт.
Изобретается всё больше соединений между разными металлами, которые находят применение в узкопрофильных, но важных для развития науки и техники областях, и огромную роль в создании таких материалов играет титан.
Уважаемые клиенты! Осуществляем доставку продукции в Республику Казахстан, Киргизскую Республику и другие страны СНГ! Уточняйте подробности по телефону
