نقاط ذوبان المعادن

في التطبيقات الصناعية ، يتأثر اختيار المعدن ليس فقط بالخصائص الميكانيكية مثل القوة والصلابة والكثافة ، ولكن أيضًا بالخصائص الحرارية. واحدة من أهم الخصائص الحرارية التي يجب مراعاتها هي نقطة انصهار المعدن.

على سبيل المثال ، يمكن أن تفشل مكونات الفرن وفوهات وقود المحرك النفاثة وأنظمة العادم كارثية إذا ذوبان المعدن. يمكن أن يحدث انسداد الفتحات أو فشل المحركات نتيجة لذلك. تعتبر نقاط الانصهار حاسمة أيضًا في عمليات التصنيع مثل الصهر واللحام والصب ، حيث يجب أن تكون المعادن في شكل سائل. وهذا يتطلب الأدوات المصممة لتحمل الحرارة الشديدة للمعادن المنصهرة. على الرغم من أن المعادن يمكن أن تعاني من كسور ناتجة عن الزحف في درجات حرارة أقل من نقطة الانصهار ، فإن المصممين غالبًا ما يستخدمون نقطة الانصهار كمعيار عند اختيار السبائك.

ما هي نقطة انصهار المعادن؟

نقطة الانصهار هي أدنى درجة حرارة تبدأ فيها الصلبة في الانتقال إلى سائل تحت الضغط الجوي. عند درجة الحرارة هذه ، تتعايش كل من المرحلتين الصلبة والسائلة في التوازن. بمجرد الوصول إلى نقطة الانصهار ، لن تزيد الحرارة الإضافية من درجة الحرارة حتى يذوب المعدن تمامًا. وذلك لأن الحرارة التي يتم توفيرها أثناء تغيير الطور تستخدم للتغلب على الحرارة الكامنة للانصهار.

المعادن المختلفة لها نقاط انصهار مختلفة ، والتي يتم تحديدها من خلال بنيةها الذرية وقوة الترابط. المعادن ذات الترتيبات الذرية المعبأة بإحكام لها عمومًا نقاط ذوبان أعلى ؛ التنغستن ، على سبيل المثال ، لديه واحد من أعلى المعدلات عند 3422 درجة مئوية. تؤثر قوة الروابط المعدنية على مقدار الطاقة المطلوبة للتغلب على القوى الجذابة بين الذرات وتسبب في ذوبان المعدن. على سبيل المثال ، تحتوي المعادن مثل البلاتين والذهب على نقاط ذوبان أقل نسبيًا مقارنة بالمعادن الانتقالية مثل الحديد والتنغستن ، بسبب أضعف قوى الترابط.

كيفية تغيير نقطة انصهار المعدن؟

نقطة انصهار المعدن مستقرة عمومًا في ظل الظروف العادية. ومع ذلك ، يمكن لبعض العوامل تعديلها في ظل ظروف محددة. طريقة واحدة شائعة هيسبائك- إضافة عناصر أخرى إلى معدن نقي لتشكيل مادة جديدة ذات نطاق ذوبان مختلف. على سبيل المثال ، يؤدي خلط القصدير مع النحاس لإنتاج البرونز إلى خفض نقطة الانصهار الكلية مقارنة بالنحاس النقي.

الشوائبيمكن أن يكون لها أيضا تأثير ملحوظ. حتى كميات التتبع من العناصر الأجنبية يمكن أن تعطل الترابط الذري وتحول درجة حرارة الانصهار ، إما أعلى أو أقل اعتمادًا على المادة.

شكل ماديالأمور كذلك. غالبًا ما تذوب المعادن في شكل جسيمات نانوية أو أفلام رقيقة أو مساحيق في درجات حرارة أقل من نظرائها السائبة بسبب ارتفاع مساحة سطحها وتغيير السلوك الذري.

أخيراً،الضغط الشديديمكن تغيير كيفية تفاعل الذرات ، وعادة ما ترفع نقطة الانصهار عن طريق ضغط الهيكل الذري. في حين أن هذا نادراً ما يشكل مصدر قلق في التطبيقات اليومية ، إلا أنه يصبح اعتبارًا رئيسيًا في اختيار المواد وتقييمات السلامة للبيئات ذات الإجهاد العالي مثل الطيران ، والحفر العميق ، والبحث في الفيزياء عالية الضغط.

مخطط نقاط ذوبان المعادن والسبائك

نقاط ذوبان المعادن والسبائك المشتركة

قائمة كاملة بنقاط ذوبان المعادن （عالية إلى منخفضة）

الوجبات الرئيسية ：

• تعد المعادن ذات النقطة العالية مثل التنغستن والرينيوم والتانالوم ضرورية للتطبيقات الحرارية الشديدة. تحتفظ هذه المعادن بنزاهتها الهيكلية في بيئات الفرن القاسية والفضاء. يقاوم الموليبدينوم أيضًا ذوبان وهو ذو قيمة عالية لبناء أفران درجات الحرارة العالية.

• تجمع المعادن المتوسطة النقطة مثل الحديد والنحاس والفولاذ بين درجات حرارة الانصهار التي يمكن التحكم فيها مع خصائص ميكانيكية أو كهربائية جيدة ، مما يجعلها متعددة الاستخدامات للبناء والأدوات والأنظمة الكهربائية.

• تعد المعادن ذات النقطة المنخفضة مثل الغاليوم والسيزيوم والزئبق والقصدير والرصاص ذات قيمة للتطبيقات المتخصصة مثل الجنود ومقاييس الحرارة والسبائك ذات الصلة المنخفضة.