GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN VÀ TỪ

CHNG CÁC VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN • • • Các vật liệu dẫn điện vật liệuở trạng thái rắn, lỏng số điều kiện định chất khí Tuy nhiên, đại đa số khí cụ điện sử dụng chủ yếu chế tạo vật liệu rắn chủ yếu kim loại hợp kim, ngồi cịn có số vật liệu phi kim loại, thực chất thuộc nhóm bán đẫn Trong chương chủ yếu giới thiệu vật liệu kim loại I PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT BẢN CỦA VẬT LIỆU DAN ĐIỆN ì Phân loại theo tính dẫn điện Được chia làm loại: Kim loại với hợp kim có độ dẫn điện cao kim loại với hợp kim có điện trở cao Theo màu sắc Kim loại phân thành nhóm: Kim loại đen (terous metal) kim loại màu (non-ferous metal) Kim loại đen kim loại với hợp kim trẽn sỏ nguyên tố sắt (Fe) kim loại màu kim loại với hợp kim ngun tố kim loại cịn lại Theo tính chất kim loại Được chia thành nhóm sau (chủ yếu kim loại màu) - Kim loại nhẹ kim loại có khối lượng riêng nhỏ hay 4g/cm Al(2,7), Mg(1,7) Ti(4,0) - Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng lớn 4g/cm Fe(7,85), Pb(11,34), Sn(7,28), Zn(7,14), Cu(8,94) - Kim loại dễ chảy kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp 1539°c (1539°c nhiệt độ nóng chảy Fe) nhữ Al(660°), Pb(327°), Sn (232°), Au(1063 ) - Kim loại khó chảy kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao 1539°c nhưTi(1665°), Cr(1890°), Mo(2625°), W(3410°) - Kim loại quý kim loại bền hoa học, không bị mơi trường hoa học thơng thường ăn mịn Nhóm gồm nguyên tố (xếp theo thứ tự tăng hoa học): Ag, Pd, Rh, Au, Pt, Ru, Os, Ir - Km loại kim loại có trữ lượng vỏ đất Mg, Li nguyên tố đất La, Pr, Cm 137 Cơ cấu dẫn điện kim loại thể rắn lòng (thù ngân) điện tử tự chuyển động vật liệu có điệi dẫn điện tử hay người ta gọi vật dẫn loại Vật dẫn loại hai vật dẫn có cấu dẫn diện chuyển dịch phần tử mang điện (ion) tác dụng điện trường Đó dung dịch điện phân số tinh thể ion trạng thái lỏng Khi nghiên cứu dặc tính dẫn diện vật liệu, cẩn quan tâm đến tính chất sau: - Điện dẫn suất hay diện trỗ suất vật liệu - Hệ số nhiệt điện trở suất - Nhiệt dẫn suất - Hiệu điện tiếp xúc sức nhiệt điện động - Cơ tính vật liệu, kim loại chủ yếu giới hạn bến độ dãn dài tương đối li CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ Hộp KIM Các nguyên tử kim loại có đặc điểm số điện tửỏ vành ngồi (chỉ 1, 3) điện tử có lực hút với hạt nhãn yếu nên dễ dàng tách khỏi sức hút hạt nhân để trô thành điện tử tự Tất kim loại có cấu tạo tinh thể Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại mạng lập phương tâm khối, lập phương tâm mặt lục giác điền đầy mô tả chương III mục hình Hình Cấu tạo hạt kim loại Trong thực tế, tùy thuộc vào phương pháp chế tạo, nguyên tử kim loại luôn xếp theo kiểu mạng lý tưởng mà thường cấu tạo thành hạt có hướng bất kỳ'ngẫu nhiên hình Với cách xếp hướng chung tồn khói kim loại vơ hướng hay dẳng hướng 138 Tùy thuộc trinh kết tinh từ trạng thái lỏng, kích thước hạt kim loại lớn nhỏ khác Các nguyên tử kim loại vùng biên giới hạt thường xếp trật tự, có lượng lớn nguyên tử nằm bên hạt ỏ dạng ổn định có lượng nhỏ Điểu dẫn đến điện trở kim loại biên giới hạt cao bên trong, nghĩa kim loại có hạt nhỏ điện trở lớn •r-\ "À ĩ l l l l l —-—f=>£=~^ Hình Sự biến dạng kim loại Bất kỳ nguyên nhân làm tăng xô lệch mạng tinh thể dẫn đến làm tăng điện trở kim loại Thi dụ 1: Khi biến dạng dẻo kim loại, gọi chung gia công kim loại áp lực kéo, nén, rèn, dập, cán mà sau gia công để lại lượng biến dạng dư kim loại thi hạt kim loại bị thay đổi hình dáng kích thước, vị trí ngun tử mạng tinh thể dịch chuyển thường trạng thái xô lệch mạng hình Thí dụ 2: Khi hợp kim hóa nghĩa cho thêm nguyên tố khác loại (gọi nguyên tố hợp kim) vào kim loại (sẽ nói rõ đây) dù ngun tố hợp kim có đường kính lớn hay nhỏ nguyên tố kim loại sỏ đểu làm cho nguyên tử kim loại sở phải xê dịch khoảng khỏi vị tri cân trạng thái xô lệch mạng đương nhiên làm điện trở kim loại tăng lên Hợp kim vật liệu gồm hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố kim loại chủ yếu Hợp kim phải có tính kim loại Ngun tố cho thêm vào kim loại để tạo thành hợp kim gọi nguyên tố hợp kim Nguyên tố hợp kim nguyên tố kim loại phi kim loại Tùy thuộc kích thước tính chất nguyên tố hợp kim, cấu tạo hạt hợp kim dạng khác nhau: dung dịch rắn, hợp chất hóa học hỗn hợp học Dung dịch rắn loại hạt hợp kim mà mạng tinh thể hợp kim mạng tinh thể kim loại sở, nguyên tử nguyên tố hợp kim ỏ vị trí thay (hình 3) xen vào nút mạng kim loại sở (hình 4) 139 Hình Dung dịch rắn thay Hình Dung dịch rắn xen kẽ Hợp chất hóa học hợp kim mà dó nguyên tố kết hợp với theo tỷ lệ định biểu diễn công thức hóa học Mạng tinh thể hợp chất hóa học thường khác với mạng tinh thể nguyên tố tạo thành Thí dụ hợp kim Sắt-Cacbon lượng Cacbon lớn tạo thành hợp chất hóa học có cơng thức Fe C, mà mạng tinh thể khơng giống mạng tinh thể cacbon khơng giống mạng tinh thể sắt, mà có kiểu mạng tinh thể riêng hình 5, cử nguyên tử sắt bao quanh ngyên tử cacbon (theo tỷ lệ Fe/C = 3/1) Hình Tổ chức hạt Peclit hợp kim Fe-C Hình Mạng tinh thể Fe C Nếu hợp kim tồn thời hay nhiều dung dịch rắn khác hay vừa có dung dịch rắn vừa có hợp chất hóa học thi gọi hỗn hợp học Thí dụ hợp kim Sắt-Cacbon cấu tạo hạt có tên hạt peclit ô hình dạng hỗn hợp học, đường màu trắng hình dáng Fe C (có tên xêmentit) mà mạng tinh thể hình 5, cịn đường đen hình dáng cùa có tên Ferit, loại dung dịch rắn xen kẽ hình mạng tinh thể hình V 0-Fe »-C Ổ Hình Mạng tinh thể Ferit 140 Xem thêm phương pháp nghiên cứu tổ chức kim loại phần tham khảo cuối chương HI Sơ LƯỢC CÁC PHƯƠNG PHÁP LUYỆN VÀ GIA CƠNG KIM LOẠI Tính chất kim loại phụ thuộc vảo thành phần hóa học mà cịn phụ thuộc nhiều vào cấu tạo bên chúng, mà cấu tạo tổ chức bên kim loại lại phụ thuộc vào phương pháp gia công chế biến chúng Do ta cần nghiên cứu cách khái qt phương pháp gia cơng kim loại từ biết yếu tố có ảnh hưởng đến thay đổi tính chất kim loại Trong thiên nhiên kim loạiỏ dạng quặng khác Từ quặng để có kim loại nguyên chất hợp kim người phải sử-dụng phương pháp luyện kim khác để loại bỏ tạp chất quạng thu hổi kim loại nguyên chất không nguyên chất tủy thuộc đặc điểm loại quặng Luyện kim gồm phương pháp sau: - Hỏa luyện phương pháp luyện Kim dùng nhiên liệu than, dầu, khí đốt lượng điên làm chảy quặng, từ tách tạp chất khỏi kim loại phản ứng oxy hóa hồn ngun để thu hổi kim loặi ỏ.dạng lỏng Sau đúc thành thỏi sản phẩm cụ thể Với phương pháp thường người ta dùng loại lò cao khác để luyện - Thủy luyện phương pháp điện phân kim loại nóng chảy để tách tạp chất khỏi hỗn hợp kim loại Với phương pháp điện phân kim loại thu thường có độ tinh khiết cao Thí dụ đồng ngun chất để làm dây dẫn điện thường luyện theo phương pháp thủy luyện Trước điện phân để kim loại có độ tinh khiết cao, người ta phải dùng phương pháp hỏa luyện để tách tạp chất khỏi quặng đồng, thu khối chứa nhiều nguyên tố có màu xám thường gọi đồng đen Từ đồng đen qua thủy luyện nhận đồng tinh khiết có màu đỏ gọi đồng đỏ Đồng đỏ dùng làm dây dẫn điện - Điện luyện phương pháp dùng lượng điện để làm chảy nguyên liệu kim loại, từ pha chế, điều chỉnh thành phần kim loại lỏng lò để đạt thành thần u cầu, sau rót kim loại lỏng vào khn đúQ để đúc thành chi tiết máy đúc thành thỏi đem cán thành bán thành phẩm MI - Luyện kim bột phương pháp luyện kim xuất vào đáu kỷ 20 Để tạo kim loại nguyên chất hợp kim từ quặng phế liệu người ta không nấu chảy quặng phế liệu mà dùng phương pháp hóa học, điện hóa học phản ứng hồn ngun (phản ứng khử) phản ứng oxy hóa để tạo kim loại nguyên chất hợp kim ỏ dạng hạt (bột), sau đem ép bột thành hình sản phẩm thỏi nung nóng đến nhiệt độ định gọi thiêu kết để hạt dính lại với Nếu muốn chế tạo kim loại dạng sợi hay thi từ thỏi kim loại đem kéo cán thành Các kim loại khó chảy w, Mo, Re, Ti, HI., thường chế tạo theo phương pháp - Luyện kim loại siêu Để có kim loại tuyệt đối (thí dụ tinh thể Si hay Ge để làm vật liệu bán dẫn) người ta phải sử dụng phương pháp luyện kim đặc biệt Thí dụ phương pháp "ni đơn tinh thể " theo kiểu Chalmen đơn timh thể Si siêu Tóm tắt phương pháp sau (Hình 8): Hình Sơ đồ thiết bị ni đơn tinh thể theo phương pháp Chalmen Kim loại sau nấu chảy khuôn chứa, tiến hành làm nguội thê để kim loại kết tinh từ đầu khuôn Thiết bi gồm khuôn chứa kim loại than Graphit lị điện di chuyển tịnh tiến ngang phía khn đặt cố định giá đỡ Sau kim loại nấu chảy, dịch chuyển từ từ lò nung sang bên phải Đầu bên trái khuôn chứa làm nguội trước kết tinh Tốc độ dịch chuyển lị phải đủ chậm (thơng thường 10mm/phút) để bảo đảm tốc độ nguội cần thiết, tạo điều kiện cho tinh thể lớn lên từ vài trung tâm kết tinh ban đầu Nếu tốc độ dịch chuyển lớn mức cán thiết tinh thể khơng lớn kịp q trình kết tinh đơn tinh thể bị gián đoạn Ngoài phương pháp Chalmen, người ta cỏ thể dùng phương pháp khác để nhận kim loại hợp kim có độ tinh khiết cao dùng nhiều lĩnh vực khác 142 Kim loại lỏng nhận phương pháp hỏa luyện thủy luyện đúc thành sản phẩm máy móc đúc thành thỏi Từ thỏi kim loại, cán, kéo ép thành bán thành phẩm sau từ bán thành phẩm lại gia cơng thành sản phẩm khác phương pháp đúc rèn, dập, cắt gọt, hàn v.v_ theo sơ đồ hình Quãng Tuyển quặng ị ' Hỏa luyổn, thúy luyện ĩ Hình Sơ đồ sản xuất gia công kim loại IV ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG ĐÈN TÍNH DAN ĐIỆN VÀ TỪ CỦA KIM LOẠI Tùy thuộc công nghệ phương pháp gia công kim loại sau luyện, kim loại có kết cấu (hay cịn gọi tổ chức) khác dẫn đến tính chất khác Sau dẫn số yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến tính tính chất điện từ kim loại Ảnh hưởng cơng nghệ đúc Khi rót kim loại lỏng vào khn đúc, tùy thuộc tốc độ nguội kim loại lỏng khuôn yếu tố phụ khác tạp chất, nguyên tố hợp kim, chất biến tính kích thước hạt kim loại sau kết tinh khác Nếu tốc độ nguội nhanh hạt kim loại nhỏ dẫn đến độ bền cao Tuy nhiên, hạt nhỏ, diện tích biên giới hạt lớn dẫn đến điện trở lớn kim loại đặt điện trường có dịng điện qua nhiệt sinh lớn tổn thất diện tổn thất từ lớn 143 Ảnh hưởng công nghệ gia công áp lực Khi cán, kéo rèn, kim loại biến dạng, hình dáng hạt kim loại kéo dài theo phương lực tác dụng thường bị méo mó, xơ lệch thường tạo nên hình dáng hạt gọi "tổ chức thớ" hay cịn có tên "techxtua" (xem hình 10) Kết dẫn đến điện trở tăng kim loại mang tính có hướng, tổn thất điện tổn thất từ tăng độ tăng Tuy nhiên, tính có hướng (hay cịn gọi tính dị hướng) lại lợi dụng trường hợp chế tạo thép làm lõi biến áp để buộc đường sức tập trung theo chiểu thớ kim loại Theo chiều thẳng góc với thớ đường sức yếu dó làm giảm tổn thất từ mơi trường xung quanh Nếu sau gia công áp lực muốn giảm xô lệch mạng dể giảm diện trở giảm tổn thất diện người ta tiến hành ủ kim loại, nghĩa nung nóng kim loại dã bị biến cứng xô lệch mạng sau gia công áp lực đến nhiệt độ định để tạo khả xếp lại vị trí nguyên tử mạng tinh thể, làm giảm triệt tiêu xô lệch mạng dẫn đến giảm điện trở Công nghệ gọi "ủ kết tinh lại" Cơng nghệ ủ kết tinh lại (loại không chuyển biến pha) làm giảm xô lệch mạng mà không làm thay đổi hình dáng kích thước hạt Hình 10 Cấu tạo textua sau biến dạng 144 Ảnh hường nhiệt luyện đến tính chất kim loại Nhiệt luyện phương pháp gia cơng gồm có nung nóng kim loại đến nhiệt độ định, sau giữ nhiệt độ thời gian làm nguội với tốc độ định để làm thay đổi cấu tạo tổ chức bên làm thay đổi tính chất kim loại mà hình dáng kích thước bên ngồi chi tiết khơng thay đổi Nhiệt luyện kim loại thực sau gia cơng tạo hình sản phẩm với mục đích đạt tính chất cần thiết để chi tiết làm việc lâu dài, thực bước trung gian lần gia công tạo hình với mục đích tạo khả gia cơng tốt hơn, suất gia công cao hơn, chất lượng gia cơng tốt Các phương pháp nhiệt luyệt gồm có: a ủ (anealing) Nung nóng kim loại đến nhiệt độ định, giữỏ nhiệt độ thời gian để nhiệt độ đạt đồng đểu toàn chi tiết sau làm nguội chậm lị đến nhiệt độ thường Sau ủ kim loại mềm hơn, dễ gia cơng hơn, tính chất đồng đểu tồn chi tiết Đối với thép cacbon có lượng cacbon thấp 0,30% làm nguội theo lị độ cứng thấp, cắt gọt máy tiện khó khăn nên sau nung nóng để ủ lấy làm nguội ngồi lị (nguội ngồi khơng khí tĩnh thổi quạt để nguội nhanh hơn) gọi thường hóa (normalisation) Kết tương tự ủ b Tơi (quenching) Nung nóng kim loại đến nhiệt độ cao nhiệt độ tới hạn (thường 'cao 750°C) cho tổ chức thép chuyển thành tổ chức auxtênit (xem mục 11a hình 15), sau làm nguội thật nhanh (trong nước nguội hay nhớt nguội hay nóng) đến nhiệt độ bình thường gọi Kết thép nhận tổ chức gọi Mactenxit cứng hình 11 Nhờ có tổ chức mà chi tiết thép có độ bền cao, chịu mài mòn cao Tuy nhiên, thép đòn hơn, điện trở tăng mạnh Nếu dùng thép có cacbon cao đem tơi sau nạp từ cho trị số He cao Thép có thành phần cacbon cao sau nhận giá trị He cao từ hóa Thơng thường, người ta dùng thép có thành phần cacbon khoảng 0,60 - 0,80% để làm nam châm vĩnh cửu 145 Hình 11 Tổ chức mactenxit sau c Ram (tempering) Nung nóng thép tơi đến nhiệt độ định (khơng vượt q 700°C) làm nguội ngồi khơng khí đến nhiệt độ thưởng gọi ram Mục đích ram làm giảm ứng suất tơi để chi tiết thép làm việc ổn định hơn, giảm nguy nứt gãy trình chịu tác dụng lực làm việc Sau tơi có độ cứng cao, muốn điều chỉnh giảm độ cứng người ta ram với nhiệt độ thích hợp Nhiệt độ ram cao độ cứng giảm nhiều Ram nhiệt độ cao, ứng suất giảm nhiều điện trỏ giảm nhiều Đối với vật liệu từ cứng thép tôi, sau thường không ram để từ hóa nhận giá trị He cao Tuy nhiên, q trình làm việc, tính tự ram thép nên giá trị He dán dần bị giảm V ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỔNG Đồng nguyên chất Còn gọi đồng đỏ có màu đỏ Khối lượng riêng 8,93 g/cm , nhiệt độ nóng chảy 1083°c Đơng ngun chất có tính dẫn điện cao (chỉ thua bạc), tinh dẫn nhiệt cao Độ bền độ cứng không cao, tính dẻo cao nên gia cơng đồng đỏ phương pháp gia công áp lực thuận lợi Tính đúc đồng đỏ khơng cao ỏ trạng thái lỏng đồng hoa tan mạnh, đúc dễ bị rỗ (bọt) Độ chảy lỗng khơng cao Do đồng đỏ dùng trạng thái đúc Tính cắt gọt đồng đỏ khơng cao dẻo, dũa dễ bị phoi dính dũa, khó dũa Đồng đỏ bền môi trường kiềm, dễ bị ăn mịn mơi trường axit Đổng đỏ dùng làm dây dẫn điện phải nguyên chất điện phàn (Cu E) trạng thái ủ để bảo đảm có điện trở suất nhỏ Đống đỏ cịn dùng làm vành góp, cổ góp máy điên Các chổi điện loại máy điện phải chế tạo đỏ ỏ dạng bột đồng ép lại (chế tạo theo phương pháp luyên kim bột) Để giảm độ mòn chổi điện người ta trộn thêm vào bột đồng khoảng 10-15% Graphit ép thành chổi điện sau thiêu kết ỏ nhiêt đõ khoảng 700~800°c 14G ũ ma Sũũ 1200 "ũ Hình 12 Quan hệ điện trở suất theo nhiệt độ đồng nguyên chất Phân loại, ký hiệu thành phần tạp chất quy định đồng nguyên chất choở bảng Dây dẫn cáp dẫn điện chế tạo theo tiêu chuẩn bảng Các tính chất điện đồng nguyên chất sau: Độ dẫn điện riêng Y đồng nguyên chất nhất: 59,5 m/Q.mm Độ dẫn điện riêng Y đồng nguyên chất "tiêu chuẩn": 58 m/£2.mm - Điện trỏ suất đồng "tiêu chuẩn" p: 0,017241 Í2.mm /m - Hệ số nhiệt điện trở suất áp: 4,3.1 o (0~150°C) K" - Sức nhiệt điện động so với Platin: 0,14 mV nhiệt độ đẩu hàn 0°c Điện trở suất đồng thay đổi theo nhiệt độ theo quan hệ bậc hình 12 Bảng Giới hạn tạp chất cho phép loại đống tinh chế Kỉ riêu CuE Cu Cu Cuũ Ham lng tạp chã! % tói As Bi Fe AI 0,002 0,002 0,002 0,005 0,002 0.002 0,002 0,005 0.010 0,050 0,003 0,050 0,050 0,200 0,010 0,100 0,020 0,080 0,100 0.150 PD 0,005 0,005 0,050 0,300 s 0,005 0,005 0,010 0,020 Sb 0.002 0,002 0,050 0,100 Sn 0,002 0.002 0,050 0,100 2n 0,005 0,005 0,050 0,100 Se* Te 0.005 0,005 0.030 0,050 Ni' ũ 002 0,002 0,200 1,000 Đổng đỏ cịn dùng làm số linh kiện điện cố định, không tháo mở thường xun đồng đỏ có tính chống mài mịn ma sát Đồng đỏ dùng làm cấu phân phối, cuồn dây biến áp, động cơ, điện cực bể mạ đồng, vòng cảm ứng để cao tần, khuôn kết tinh đúc liên tục thép thỏi Trong công nghiệp điện đỏ cịn dùng chế tạo anot đèn phát có làm nguội cưỡng nước hay khơng khí, đối catot ống 147 Bảng Các đặc điểm dây dẫn cáp dẫn điện khơng có vỏ bọc rơnghen người ta hàn với thủy tinh hệ số dãn nở nhiệt đồng khơng hồn tồn thủy tinh có tính hàn với thủy tinh tốt hàn thường dùng phương pháp "hàn viển mép" Thiết diện day dán S.mni' 10 16 25 35 50 Chiêu dai dày Sô I m day khủng nhỏ 2200 1500 ì 900 4000 3000 2500 2000 ouơng Ri Thìa kinh om.km' điịn day tinh khổng dán toan D nhó hon s.mnv mm 2,2 4,6Õ 70 2.7 3,06 95 3,5 1.64 120 5,0 1.20 150 6,3 0.74 185 7,5 0,54 240 8,9 0,39 30P 400 Chiêu dùi dày Sổ m dây khổng nhỏ han 19 1500 1200 19 1000 19 800 19 800 37 800 37 600 37 600 37 Suông kinh tinh toan D Him 10.7 12.5 14,0 15.8 17,4 19.9 22.1 25.8 Ri om.km' kháng nhà hon 0,28 0,20 0.158 0.123 0.103 0.078 0.062 Ũ.M7 Trong cơng nghiệp khí thường dùng hợp kim latông brông Latông hay gọi dồng thau Là hợp kim Đổng Kẽm (Zn) Thành phần kẽm chứa latông thường không 45%, (hợp kim latông để làm que hàn có thành phần kẽm 45%) Nếu hợp kim latơng có thành phần Zn 39% gọi latịng pha Latơng pha cịn có tên gọi đồng tơm pắc (Đồng tơm pắc có thành phần -10% Zn, đồng nửa tơm pắc có thành phần 15-20% Zn latơng có 20% Zn có màu giống vàng rịng) Latơng pha dẻo, dễ kéo, dập nguội, dập nóng có tính chống mài mịn Do latơng pha khơng nên dùng làm chi tiết dễ mịn bu lơng, đai ốc, cáu dao điện Các loại chi tiết nên dùng loại latơng pha, loại có thành phần kẽm từ 40-43% Latông pha thường dùng để chế tạo chi tiết dạng vỏ gia công chủ yếu phương pháp rèn dập nguội Latơng pha gia công cắt gọt, đúc gia cơng áp lực Trong latơng, ngồi ngun tố chinh Cu Zn, người ta cho thèm số nguyên tố khác nhôm (AI), niken (Ni), mangan (Mn), thiếc (Sn), _để cải thiện số tính chất cho hợp kim latơng Ký hiệu latơng theo TCVN có chữ L đứng đầu, sau ký hiệu nguyên tố Thành phần nguyên tố chữ số đứng sau ký hiệu ngun tố Thí dụ: LCuZn30 có 30% Zn cịn lại Cu LCuZn29Sn1 có 29% Zn; 1% Sn cịn lại Cu LCuZn27Ni18 có 27% Zn; 18% Ni cịn lại Cu 148 Theo TOCT (GOST) hợp kim latông ký hiệu có chữ Jl đứng đầu, tiếp Jó ký hiệu nguyên tố chữ Nga số đứng sau thành 3hần Cu nguyên tố Zn Các chữ Nga ký hiệu cho nguyên tố hợp kim màu theo rOCT sau: Ký hiệu nguyên tố Tên gọi nguyên tố AI nhôm Ký hiệu theo TOCT A Be bêrili E Fe sắt >K Si silic K Mg magiê Mr Mn mangan Mụ Cu M Ni niken H Sn thiếc Pb chi c Zn kẽm Cr crôm M X Theo ký hiệu hợp kim latơng sau: Theo TCVN LCuZn30 Theo TOCT J170 LCuZn29Sn1 JlO70-1 LCuZn27NM8 /1H55-18 LCuZn38Siì2Pb2 /10C58-2-2 Để chế tạo bu lơng, đai ốc khí cụ điện cầu dao, cơng tắc, trục vít, bánh vít nguời ta dùng latơng phức tạp gồm 64~68%Cu, 4-7% AI, 2~4%Fe, 1,5~3%Mn (ký hiệu LCuZn23AI6Fe3Mn2) lại kẽm Để làm bánh dùng latơng mác LCuZn34Mn2Sn2Pb2 Brơng Hay cịn gọi đồng (lưu ý loại đồng thiếc có người gọi theo cách gọi nhà khảo cổ học "đồng thau", trúng tên với hợp kim đồng với kẽm) Là hợp kim đồng với nguyên tố khơng phải kẽm Thí dụ: hợp kim Cu-Sn, Cu-Pb, cũ-AI, Cu-Ni, Cu-Be Ký hiệu hợp kim brông theo TCVN đứng đầu có chữ B, cịn theo TOCT đứng đầu chữ Bp, tương tự kí hiệu cho latơng Thí dụ: TCVN TOCT Thành phần nguyên tố: 149 BCuSn5Zn5Pb5 EpOLỊC5-5-5 5%Sn; 5%Zn; 5%Pb lại Cu BCuAI9Fe4 EpA>K9-4 9%AI; 4%Fe lại Cu BCuSn3Zn7Pb5Ni1 BpOLịCH3-7-5-1 3%Sn; 7%Zn; 5%Pb; 1%Ni lại Cu > Brông thiếc Bảng Công dụng số mác brông thiếc Kỷ hiệu brông thiếc Công dụng BCuSn3Zn7Pb5Ni Các chi tiết tàu thủy tiếp xúc với nước biển chi tiết nồi có áp suất tới 25at BcuSn3Zn12Pb5 Các chi tiết làm việc nước nước có áp suất tới 25at BcuSn5Zn5Pb5 Các chi tiết chịu ma sát, mài mòn, ổ trượt BcuSn6Zn6Pb3 rít- BcuSn4Zn4Pb17 nt- BcuSn3,5Zn6Pb5 nt- Hợp kim brơng thiếc hợp kim thiếc Khi có thành phẩn thiếc nhỏ 8% gọi brông pha Brông thiếc pha dẻo Khi hàm Lượng thiếc brông lớn 8% gọi brông pha Brơng thiếc pha tương đối địn Brơng dùng ỏ trạng thái đúc tốt Mặt khác brơng thiếc có 8%Sn có tính chống mài mịn tốt nên dùng làm ổ trượt Ổ nhà máy chế tạo động Việt Nam, người ta thường dùng brơng thiếc để chế tạo bạc lót chốt pit-tơng tơ máy kéo Brơng thiếc có thành phần Brơng bêri Brơng bêri có lượng chứa ngun tố Be từ 2-4%, có tính đàn hồi cao nên cịn có tên gọi đồng đàn hồi, thường dùng làm lò xo đồng hồ đo đại lượng điện để tránh nhiễm từ ảnh hưởng điện từ trường dòng điện cần đo chạy mạch đo hồ, Nếu dùng lò xo thép, lị xo bị nhiễm từ, từ trường dòng cảm ứng làm sai lệch kết đo dịng điện Đồng bêri ký hiệu theo TCVN BCuBe2 VI NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM Nhơm ngun chất Nhơm ngun chất có màu trắng sáng Khối lượng riêng 2,7 g/cm Nhiệt độ nóng chảy 660°c Nhơm có tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt, sau bạc đồng Để không khí lâu nhơm khơng bị rỉ, tiếp xúc với mơi trường ẩm có tính axit hay kiểm nhơm dễ bị ăn mịn Nhơm ngun chất có tính dẻo cao, nhung độ thấp, nhơm ngun chất dùng chế tạo chi tiết vỏ, bao bì, dụng cụ gia đình, làm vật liệu kĩ thuật điện dây dẫn, linh kiện điện Để chế tạo chi tiết máy thường dùng hợp kim nhôm Hợp kim nhôm chia làm hai loại: hợp kim nhôm đúc hợp kim nhôm biến dạng 151 Hợp kim nhôm đúc Hợp kim nhôm đúc loại hợp kim chế tạo thảnh sản phẩm phương pháp đúc, sau gia cơng khí cho làm việc cũngở trạng thái đúc Hợp kim nhôm đúc thông dụng hợp kim hệ Al-Si có tên gọi hợp kim silumin (tên gọi tắt hai chữ silic alumin) Thưởng dùng hợp kim có thành phần Si từ đến 20%, hợp kim có lượng Si khoảng 12-13% có tính đúc tốt có độ chảy lỗng cao độ bến có thấp so với thành phần khác Nếu cho thêm Mg (0,3-1%) độ bền tính chống ăn mịn cải thiện Cho thêm 3-5% Cu lúc có Mn tính cao nhiều mà tính đúc tốt Hợp kim loại mác hợp kim AISi12CuMg1MnO,6Ni1Đ (chữ Đ nghĩa đúc) thường dùng.để đúc pit-tông ô tô, máy kéo Mác nhơm có hệ số dãn nỏ nhỏ, chịu nóng tương đối tốt Để chế tạo chi tiết đúc khác truyền, vỏ máy, bánh răng, người ta dùng hợp kim có lượng Si thấp (tử 5-8% Si) Hợp kim nhôm biên dạng Hợp kim nhôm biến dạng hợp kim nhôm chế tạo thành sản phẩm phương pháp gia công áp lực rèn, dập, cán Sau nhiệt luyện để nâng cao độ bền Hệ hợp kim điển hình thường dùng nhóm hệ Al-CuMg có tên hợp kim dura (từ thuật ngữ tiếng Pháp), có 2,56%Cu; 0,4-2,8%Mg, 0,4 .%Mn Bảng 4-4 nêu thành phán số hợp kim đura Hợp kim đura có tính cao, từ 200-500 MPa (20-50 KG/mm ),' thường dùng để chế tạo chi tiết chịu lực công nghiệp hàng không, ô tô, tàu thủy Bảng Thành phần hóa học số mác nhôm biến dạng (dura) TCVN TOCT AICu4MgMnSi m AICu5MgMnSi ne AICuMg1.5Mn n-16 A!Cu2,5Mg fl18 AICu2Mg MnSiFe AK6 AICu4.5MgMnSi AK8 AICu2Mg1,5SiFeNỈTi AK4-1 152 Thanh phin nguyên tí Cu Mg Nin 3,8-4,8 4.6-5.2 3.8-4.9 2,2-3.0 1.8-2.6 3,9-4,8 1.9-2,7 0,4-0.8 0.6-1.0 1.2-1.8 0,2-0,5 0.4-0,8 0,4-0.8 1,2-1.8 0,1-0,8 < 0,7 0,5-0,9 < 0,5 0,3-0,9 < 0,5 < 0.5 0.4-0.8 0,7-1.2 0,4-1,0 0,6-1,2 0,35 - SI Fe NI TI < 0.7 < 0,5 < 0.5 < 0.5 0.7 0.7 0,8-1,4 0.4-08 3.02-0,1 vu CÁC KIM LOẠI MÀU KHÁC Trong kỹ thuật điện đồng, nhôm kim loại màu thông dụng nhất, người ta dùng kim loại màu khác có hạn chế giá thành cao, trữ lượng thấp hoắc số hạn chế tính chất kỹ thuật so với nhơm đồng Nhóm kim loại quý Nhóm kim loại quý gồm nguyên tố bạc (Ag), Palađi (Pd), Rôđi (Rh), Vàng (Au), Platin (Pt), Rutêni (Ru), Osmi (Os), Iriđi (Ir) Nhưng công nghiệp điện điện tử thường dùng nguyên tố Ag, Au, Pt Pd có dùng Ir Tính chất q kim loại q điều kiện bình thường khơng bị oxy hóa khơng bị ăn mịn dung dịch thông thường kể nhiệt độ cao Các nguyên tố Ag, Au, Pt không đặc điểm khai thác tinh luyện tính quỷ chúng nên có giá thành cao Các thông số kim loại quý cho ỏ bảng • Vàng(Au) Vàng kim loại có màu vàng sáng chói, có tính dẻo cao, giới hạn bền kéo ƠK=15KG/mm , độ dãn dài tương đối s%=40 Trong kỹ thuật điện vàng dùng dạng hợp kim vật liệu tiếp xúc để làm lớp mạ bảo vệ chống ăn mòn, làm điện cực tế bào quang điện, chân diod công việc khác Vàng khơng hịa tan dung mơi thơng thường kể axít vơ mạnh HF, bị hịa tan dung mơi nước cường toan gồm phần HOI + phần HNO3 dung dịch Kali xianua Bảng Một số thông số kim loại quý Ký hiệu So thu lự TT Tin gọi nguyên nguyên to to d7 Bác Ag Au 79 Vàng 46 Pd Palađi Pl 78 ứ Plalin R h 45 Ròđi 77 Ir Iriđi aứ Ru Rulẻni 76 Os ơxtni Khơi Nhiệt dọ nóng lượng chảy ngun X tu 107.880 960.5 197,2 1063 1554 106,7 195.23 1773,5 102.91 1966 193,1 2454 101.7 2500 190.2 2700 Khôi lượng riêng g/cm 10,55 19,36 12,16 21,45 12,41 22,41 12,20 22.48 ! Điện trổ suất 2SC Pin mm/m) 0,01609 0,02191 0,0996 0.103 0,049 0.0540 0.07427 0,0966 Ù Hẹ so dàn điện a 25 c A(ff em 10-) 1 62.15 45.64 10.04 9.71 20,20 18,52 13,48 10,36 153 • Bạc (Ag) Bạc kim loại có màu trắng sáng Bạc có trị số điện trỏ suất nhỏ bảng nghĩa bạc có tính dẫn điện tốt tất kim loại Giới hạn kéo =20KG/mm , độ dãn dài tương đối 5%=50 Bạc kim loại dẻo, dát mỏng kéo dài thành dây có đường kinh đến 0,00025 mm Bạc dùng để sản xuất tiếp điểm có dòng nhỏ (pha với đồng dùng làm chất hàn hàn đổng, hàn thép không rỉ, làm cực sản xuất tụ gốm, tụ mica )2 K • Platin (Pt) Hay gọi bạch kim kim loại màu trắng sáng, khơng bị oxi hóa bén hóa học Có giới hạn bền kéo ƠK=15KG/mm , độ dãn dài tương đối s%=30~35% Platin dùng làm cặp nhiệt (xem mục hợp kim làm cảm biến) Dây platin mảnh với đường kính 0,001 mm dùng để treo hệ thống động đồng hồ điện dụng cụ đo có độ nhạy cao Platin tinh khiết dùng làm tiếp điểm, hợp kim lại dùng nhiều để làm tiếp điểm: phổ biến Platin-lnđi khơng bị oxy hóa, có độ cứng cao, bị mịn học, cho phép đóng cắt với tần số lớn Nhóm kim loại khó chảy Nhóm gồm nguyên tố ỏ bảng Đặc điểm kim loại nhóm nhiệt độ nóng chảy cao, kim loại có nhiệt độ nóng chảy 2000°c, nên để chế tạo thành sản phẩm dây, người ta khơng dùng phương pháp luyện kim nóng chảy thông thường mà dùng phương pháp luyện kim bột giới thiệu phần UI mục • Vơntram (W) Vơntram kim loại có màu xám sáng, có nhiệt độ nóng chảy cao tất kim sử dụng thơng thường có khối lượng riêng lớn Từ quặng vônừamở dạng nFeW0 X mMnW0 người ta làm giàu quăng chuyển sang dạng W đ ể có tỷ lệ w khơng nhỏ 99,95% Từ oxit cho vào lò điện nhiệt độ 700~900°c dùng hydro hoàn nguyên hạt w nguyên chất với kích thước -7 (im Từ bột ểp thành thỏi với áp lực 200-300 MPa thiêu kết nhiệt độ 1200-1400°c, sau ép thành thỏi vói đường kính 2-3 mm nhiệt độ 3000-3100°c luồng khí hydro Từ thỏi hạ nhiệt độ xuống đến 800°c kéo đến nhiệt độ 300°c thi ngưng để có dây w với đường kính 0,005-0,01 mm dùng làm dây tóc bóng đèn loại 4 154 Cơng dụng vơnfram: - Làm dây tóc đèn chiếu sáng loại - Làm catôt nung trực tiếp đèn công suất lớn, điện áp cao ống rơnghen - Hợp kim vơnfram-tơri có cơng tiêu hao thấp dùng để chế lạo catốt đèn điện tử công suất nhỏ trung bình - Làm đối catốt ống rơnghen - Làm dây đốt lị nung chân khơng, lị có khí hydro hay acgơng với nhiệt độ nung nóng đến 3000°c - Làm điện cực khộng nóng chảy hàn khí bảo vệ acgơng hay hêli - Làm dây cặp nhiệt W-Mo Bảng Các nguyên tố kim loại khó chảy TT Tên gọi Ký hiệu nguyên tố Số thứ tự nguyên tố Khối lượng nguyên từ Nhiệt độ nóng chảy °c Khối lượng riêng g/cm Điện trở suất P(Í2 mm /m) Titan Ti 22 47,88 1665 4,5 0,42 Vanađi V 23 50,941 1735 5,96 0,26 Crôm Cr 24 51,996 1890 7,2 0,13 Ziếc côn Zr 40 91,224 1750 6,49 0,41 Niôbị Nb 41 92,906 2415 8,57 0,18 Môlipđen Mo 42 95,94 2625 10,2 0,057 Tecnêxi Te 43 97,907 2700 11,5 - Hafni Hí 72 178,49 1700 13,31 - Tantan Ta 73 180,947 2996 16,6 0,135 10 Vôi ram w 74 183,84 3410 19,35 0,055 Rêni Re 75 186,207 3170 20,5 0,21 12 Tô ri Th 90 232,038 1800 11,72 0,19 Pa 91 232,038 3000 15,37 - 11 13 Protacti 155 • Molipđen (Mo) Molipđen kim loại gần giống vơntram, có nhiêu đặc tính giơng vơntram Trong thiên nhiên quặng molipđen thường gặpở dạng M0S2, Ít gặp dạng PbMo0 Sau làm giàu quặng M0O3.TỪ oxit Mo dạng bột muốn nhận kim loại Mo cần đem ép thành thỏi sau đem rèn ủ hồn ngun qua giai đoạn: giai đoạn 650°c dể chuyển thành M0O2 sau hồn ngun ỏ 1000-1100°c nhận Mo kim loại Trong công nghiệp điện molipđen sử dụng: - Làm điện cực khí cụ điện làm việc đến 1000°c - Làm dây đốt lị có nhiệt độ nung đến 1700°c với khí bảo vệ acgong hydrơ Dây đốt Mo khơng làm việc lị chân khơng vi chân khơng Mo bay nhanh lị có môi trường bảo vệ - Mo sử dụng rộng rãi kỹ thuật điện chần không làm dây dẫn, dây móc, dây nối thủy tinh khó nóng chảy mà với thủy tinh người ta sử dụng dây nung, lò xo xoắn vôntram làm việc đến 500°c VIN CÁC HỢP KIM CÓ ĐIỆN TRỞ CAO VÀ Hộp KIM LÀM CẶP NHIỆT Nhóm khí cụ chế tạo chủ yếu sỏ niken (Ni) Hợp kim có điện trở cao Hợp kim có điện trở cao dùng làm điện trỏ mẫu, biến trở dây điện trở để đốt nóng lị nung, bếp điện v.v_ Bảng Hợp kim Ni Ni-Cr có điện trở lớn HỢP kim Ký hiệu Ni+Co Cu Alurnel HMuAK2-2- Cịn lai Co 0.6-1,2 Crómel T HX 9.5 Cịn lại Crơmel K HX9 Cịn lai Co 0.4-1.2 cỏpel MHMu43- 42.5-44.0 Còn lai 0,5 Constantan MHML(40- 39,0-41 1.5 « Ma nga nin MHM14 5-12 2,5-3,5 MHMụ A>K 2,3-3.5 3-12-0.30.3 156 Thành phán hóa học Mn AI Cr 1.8-2,7 1.6-2,4 9.0-10.0 8.5-10.0 Fô Si 0.85-1.5 ã 1,1-1.0 0.1 2.0 • - 11.5-13.5 11,5-13.5 0.2-0,4 p 0.2-0.6