1. 소개: 금속의 용융점의 중요성
1.1 금속의 녹는 점은 무엇입니까??
금속의 융점은 표준 대기압에서 고체에서 액체로 변하는 온도입니다..
이 위상 변화는 열 에너지가 강성 격자 구조에서 원자를 고정하는 금속 결합을 극복 할 때 발생합니다..
예를 들어, 텅스텐, 3,422 ° C의 용융점, 극한 열에서 구조적 무결성을 유지합니다, 수은은 -39 ° C에서 녹는다, 실온에서 액체로 존재합니다.
간단히 말해, 금속의 융점은 금속이 고체에서 액체로 변하는 온도를 나타냅니다..
1.2 왜 우리는 금속의 녹는 점을 연구해야합니까??
용융점을 이해하는 것이 중요합니다:
- 재료 선택: 엔지니어는 제트 엔진과 같은 응용 분야의 융점을 기반으로 금속을 선택합니다. (고온 합금) 또는 납땜 (저하점 합금).
- 제조 효율성: Melting Points는 파운드리의 에너지 비용을 지시하고 캐스팅 또는 용접과 같은 영향 과정.
- 과학적 혁신: 녹는 행동에 대한 연구는 나노 기술 및 고압 재료 과학의 발전을 이끌어냅니다..
2. 일반 금속 소개
금속이 분류됩니다 철 (철 기반) 그리고 비철함 (비 철분) 여러 떼. 다음은 주요 예입니다:
| 금속/합금 | 유형 | 녹는점 (℃) | 주요 속성 | 기본 응용 프로그램 |
|---|---|---|---|---|
| 텅스텐 | 순수한 금속 | 3,422 | 금속 중에서 가장 높은 융점, 우수한 열 안정성, 고밀도. | 로켓 노즐, 백열 램프 필라멘트, 고속 절단 도구. |
| 몰리브덴 | 순수한 금속 | 2,623 | 높은 융점, 내식성, 열전도율. | 항공 우주 터빈 블레이드, 원자로, 유리 용융 전극. |
| 니켈 | 순수한 금속 | 1,455 | 고강도, 내식성, 자기 특성. | 스테인레스 스틸, 슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel), 배터리, 주화. |
| 티탄 | 순수한 금속 | 1,668 | 높은 강도 대 중량비, 생체 적합성, 내식성. | 항공기 구조, 의료용 임플란트, 스포츠 장비. |
| 구리 | 순수한 금속 | 1,083 | 뛰어난 전기 및 열전도도, 공작. | 전기 배선, 열교환기, 연관. |
| 알류미늄 | 순수한 금속 | 660 | 경량, 부식 방지, 높은 열전도율. | 항공우주 부품, 자동차 부품, 포장. |
| 철 | 순수한 금속 | 1,538 | 강한, 자기, 철강 생산에 널리 사용됩니다. | 건설, 기계, 자동차 산업. |
| 스테인레스 스틸 | 철 합금 | 1,375–1,510 | 부식성, 고강도, 내열성. | 주방용품, 의료기기, 건축 구조. |
| 아연 | 순수한 금속 | 419.5 | 부식성, 낮은 융점. | 아연 도금 강, 배터리, 다이 캐스팅. |
| 마그네슘 | 순수한 금속 | 650 | 경량, 높은 강도 대 중량 비율, 가연성. | 항공우주 부품, 자동차 부품, 전자 제품. |
| 금 | 귀금속 | 1,064 | 공작, 부식 방지, 우수한 전도도. | 보석류, 전자 제품, 통화, 의료기기. |
| 은 | 귀금속 | 961 | 가장 높은 전기 전도도, 온순한, 항균 특성. | 전자제품, 보석류, 거울, 사진술. |
| 백금 | 귀금속 | 1,768 | 높은 융점, 부식 방지, 촉매 특성. | 촉매 변환기, 보석류, 실험실 장비. |
| 보장 | 귀금속 | 1,555 | 높은 융점, 수소 흡수 능력. | 전자제품, 치과, 연료 전지. |
| 선두 | 순수한 금속 | 327.5 | 밀집한, 낮은 융점, 독성. | 배터리, 방사선 차폐, 솔더 (많은 응용 프로그램에서 단계적으로 폐지되었습니다). |
| 수은 | 순수한 금속 | -38.83 | 실온에서 액체, 독성. | 온도계, 스위치, 치과 용 아말감 (단계적으로). |
| 갈륨 | 순수한 금속 | 29.76 | 낮은 융점, 굳을 때 확장됩니다. | 전자제품, 의료기기, 온도계. |
테이블의 주요 통찰력
- 고온 챔피언:
- 텅스텐 (3,422℃) 그리고 몰리브덴 (2,623℃) 극단적 인 환경을 지배하십시오, 로켓 노즐 및 원자로와 같은.
- 니켈 기반 슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel) 1,000 ° C에서 강도를 유지하십시오, 제트 엔진에 중요합니다.
- 산업 요새:
- 스테인레스 스틸 (1,375–1,510 ° C) 의료 및 건축 응용 분야의 부식 저항 및 강도의 균형.
- 알류미늄 (660℃) 그리고 마그네슘 (650℃) 항공 우주 및 자동차 산업에서 가벼운 설계를 가능하게합니다.
- 특수 합금:
- 청동 (850–1,000 ° C) 그리고 놋쇠 (900–940 ° C) 부식 저항으로 인해 장식 및 해양 응용 분야에서 탁월합니다..
- 주석 가드 솔더 (183℃) 그리고 SAC305 (217℃) 전자 어셈블리에 필수적입니다, 무연 대안으로 견인력을 얻습니다.
- 귀금속:
- 금 (1,064℃) 그리고 은 (961℃) 전자 효과와 부식 저항에 대해 전자 제품이 중요합니다..
- 백금 (1,768℃) 그리고 보장 (1,555℃) 고온 및 촉매 응용 분야에서 제공합니다.
- 틈새 애플리케이션:
- 지르코늄 (1,855℃) 낮은 중성자 흡수로 인해 원자로에서 사용됩니다..
- 수은 (-38.83℃) 그리고 갈륨 (29.76℃) 온도계 및 저온 장치에서 고유 한 역할을 찾으십시오.
3. 금속의 융점
다른 금속마다 융점이 다릅니다. 같은 금속을 위해, 순수한 금속과 합금의 용융점도 다릅니다..
우리는 일부 공통 금속의 녹는 점을 자세히 소개합니다.:
3.1 알루미늄의 융점
알루미늄은 융점이 상대적으로 낮습니다, 함께 알루미늄의 융점 약 660 ° C에서 (1,220° F).[℃ ~ ter 변환기]
이 특성은 알루미늄으로 쉽게 작업 할 수 있습니다, 효율적인 캐스팅을 허용합니다, 용접, 가공 프로세스.
낮은 융점, 가벼운 및 부식 저항과 결합되었습니다, 에서 광범위한 사용에 기여합니다 항공 우주 산업, 자동차 산업, 포장 산업.
3.1.1 순수한 알루미늄
- 녹는점: 660℃ (1220° F) (~에 1 ATM).
- 열역학:
- 퓨전 엔탈피 (ΔHfus): 10.79 KJ/mol.
- 결정 구조: 얼굴 중심 입방 (FCC), 가까운 원자 포장 및 중간 정도의 금속 결합 강도를 가능하게합니다.
- 순도 영향:
- 고순도 알루미늄 (99.99%) 660 ° C에서 녹습니다, 산업 등급 알루미늄 (99.0–99.9%) 약간의 변형을 나타낼 수 있습니다 (± 1–2 ° C) 흔적 불순물로 인해 (예를 들어, 철, 규소).
3.1.2 알루미늄 합금
| 합금 | 용융점 범위 (℃) | 주요 구성 | 응용 |
|---|---|---|---|
| 6061 (al-mg-si) | 582–652 | 95% 알, 1% 마그네슘, 0.6% 그리고 | 항공우주 부품, 자전거 프레임 (강도와 형성성의 균형). |
| 356 (Al-Si) | 577–615 | 92% 알, 7% 그리고, 0.3% 마그네슘 | 자동차 엔진 부품 (우수한 주조성). |
| 5052 (Al-Mg) | 607–652 | 97% 알, 2.5% 마그네슘 | 해양 하드웨어, 압력 용기 (내식성). |
3.2 구리의 용융점
구리가 주위에 녹습니다 1,085℃ (1,985° F). 이 금속은 우수한 전기 및 열 전도도로 유명합니다., 전기 배선 및 배관 애플리케이션에 선호되는 선택.
알루미늄에 비해 융점이 높을수록 구리는 더 높은 온도 환경에서 구조적 무결성을 유지할 수 있습니다., 다양한 산업 응용 분야에서의 성능에 중요한.
3.2.1 순수한 구리
- 구리의 용융점: 1083℃ (1981° F) (~에 1 ATM).
- 열역학:
- 퓨전 엔탈피 (ΔHfus): 13.05 KJ/mol.
- 결정 구조: FCC, 원자 당 2 개의 원자가 전자로 인한 강한 금속 결합으로.
- 순도 영향:
- 산소가없는 구리 (OFC, 99.99% 순수한) 1083 ° C에서 녹습니다, 상업용 구리 (99.9% 순수한) 녹는 점이 약간 낮을 수 있습니다 (1082℃) 산소로 인해 (0.01%) cu₂o 공학적 형성.
3.2.2 구리 합금
| 합금 | 용융점 범위 (℃) | 주요 구성 | 응용 |
|---|---|---|---|
| 놋쇠 (Cu-Zn) | 900–940 | 60–90% Cu, 10–40% Zn | 배관 설비, 악기 (쉬운 캐스팅). |
| 청동 (SN과 함께) | 950–1000 | 88–95% Cu, 5–12% sn | 문장, 조각상 (낮은 마찰, 높은 내구성). |
| Cupronickel (70/30) | 1315 | 70% 구리, 30% ~ 안에 | 해양 열교환 기 (높은 융점, 내식성). |
3.3 스테인레스 스틸의 융점
그만큼 스테인레스 스틸의 융점 구성에 따라 다릅니다, 그러나 일반적으로 다양합니다 1,370° C ~ 1,540 ° C (2,500° F ~ 2,804 ° F).
이 변화는 다른 합금 요소에서 발생합니다, 니켈 및 크롬과 같은, 스테인레스 스틸 제형에 사용됩니다.
높은 녹는 점, 부식성과 힘과 함께, 스테인레스 스틸을 건설에 적용하기에 이상적입니다, 주방용품, 의료기구.
3.3.1 순수한 철 vs. 스테인레스 스틸
- 순수한 철 융점: 1538℃.
- 스테인레스 스틸 용융 범위: 1375–1510 ° C, 합금 조성에 따라.
3.3.2 일반적인 스테인레스 스틸 등급
| 등급 | 용융점 범위 (℃) | 주요 합금 요소 | 응용 |
|---|---|---|---|
| 304 (안에 1.4301 스테인레스 스틸) | 1398–1454 | 18% Cr, 8% ~ 안에, 균형 FE | 주방용품, 의료기기 (내식성). |
| 316 (해양 등급) | 1375–1450 | 16% Cr, 10% ~ 안에, 2% 모 | 해양 장비, 화학 처리 (향상된 부식 저항). |
| 430 (페라이트) | 1420–1510 | 16–18% Cr, NI | 자동차 트림, 가전 제품 (비용 효율적, 자기). |
3.3.3 융점 영향
- 크롬과 니켈: 이 요소들은 FCC 구조를 안정화시키고 금속 결합 강화함으로써 순수한 철에 비해 융점을 높입니다..
- 탄소 함량: 더 높은 탄소 (예를 들어, 0.15% ~에 410 스테인리스) 카바이드 형성으로 인해 용융점이 약간 낮아집니다.
3.4 금의 녹는 점
그만큼 금의 녹는 점 대략입니다 1,064℃ (1,947° F).
이 귀금속.
Gold의 상대적으로 낮은 녹는 점은 보석 제작 및 전자 제품에 사용됩니다., 상당한 열 저하없이 쉽게 형성되고 납땜 될 수있는 곳.
3.4.1 순수 금
- 녹는점: 1064℃ (1947° F) (~에 1 ATM).
- 열역학:
- 퓨전 엔탈피 (ΔHfus): 12.55 KJ/mol.
- 결정 구조: FCC, 약한 금속 결합으로 인한 우수한 가단성 (귀금속의 낮은 융점).
3.4.2 금 합금
| 합금 | 용융점 범위 (℃) | 주요 구성 | 응용 |
|---|---|---|---|
| 18K 골드 (75% au) | 1063–1065 | 75% au, 12.5% Ag, 12.5% 구리 | 보석류, 동전 (균형 잡힌 경도와 연성). |
| 화이트 골드 | 930–1040 | 75% au, 25% PD/NI/ZN | 고급 보석 (팔라듐/니켈로 인한 순수 금보다 더 높은 융점). |
| 금색 실버 합금 | 850–950 | 50–90% AU, 10–50% Ag | 치과 합금, 장식 예술 (캐스팅의 용이성을 위해 용융점이 낮습니다). |
3.5 티타늄의 용융점
티타늄은 거의 녹습니다 1,668℃ (3,034° F), 녹는 점이 높은 금속 중 하나로 만들기.
이 속성, 강도 대 중량 비율과 부식 저항과 결합되었습니다, 티타늄을 항공 우주 응용에 이상적으로 만듭니다, 의료용 임플란트, 고성능 기계.
녹는 점에 대한 이해는 물질적 무결성을 보장하기 위해 주조 및 용접과 같은 공정에 중요합니다..
3.5.1 순수한 티타늄
- 녹는점: 1668℃ (3034° F) (~에 1 ATM).
- 열역학:
- 퓨전 엔탈피 (ΔHfus): 20.9 KJ/mol.
- 결정 구조: 육각형 가까운 포장 (HCP) 저온에서, BCC로의 전환 (베타-티타늄) 882 ° C 이상.
3.5.2 티타늄 합금
| 합금 | 용융점 범위 (℃) | 주요 구성 | 응용 |
|---|---|---|---|
| TI-6AL-4V (등급 5) | 1600–1660 | 90% 의, 6% 알, 4% 다섯 | 항공기 날개, 정형 외과 임플란트 (고강도, 생체 적합성). |
| TI-5AL-5V-5MO-3CR | 1560–1620 | 82% 의, 5% 알, 5% 다섯, 5% 모 | 고온 항공 우주 성분 (예를 들어, 제트 엔진 부품). |
| 상업적으로 순수합니다 (CP TI) | 1660–1670 | 99% 의, 1% 추적 요소 | 화학적 처리, 해양 응용 (내식성) |
3.6 탄탈 룸의 용융점
탄탈 룸은 주변의 매우 높은 융점을 가지고 있습니다 3,017℃ (5,463° F).
이 내화 된 금속은 부식과 산화에 매우 저항력이 있습니다., 가혹한 환경에서 사용하기에 적합합니다, 화학 처리 및 항공 우주 응용과 같은.
융점이 높을수록 Tantalum은 온도가 높을 때에도 강도와 안정성을 유지할 수 있습니다., 전문 애플리케이션에서 유틸리티를 더욱 향상시킵니다.
3.6.1 순수한 탄탈 룸
- 녹는점: 2980℃ (5396° F) (~에 1 ATM, 순수한 금속 중에서 네 번째로 높은).
- 열역학:
- 퓨전 엔탈피 (ΔHfus): 35.3 KJ/mol.
- 결정 구조: 신체 중심 입방 (BCC), 높은 원자량으로 인해 매우 강한 금속 결합으로 (180.95 유) 및 5 개의 원자가 전자.
3.6.2 탄탈륨 합금
| 합금 | 용융점 범위 (℃) | 주요 구성 | 응용 |
|---|---|---|---|
| 탄탈 | 3000–3100 | 90-95%, 5–10% w | 로켓 노즐, 퍼니스 구성 요소 (고온 강도 향상). |
| 탄탈 룸-니오 비움 | 2950–2980 | 80% 깃 달기, 20% NB | 화학 반응기, 핵 응용 (내식성). |
각 금속의 녹는 점, 순도의 영향을받습니다, 합금, 그리고 결정 구조, 제조 및 최종 사용 응용 분야에서의 행동을 지시합니다, 재료 과학 및 공학 에서이 부동산의 중요한 역할을 강조.
4. 금속의 일반적인 용융점 비교
4.1 높은 융점 금속 (> 2000 ℃)
내화 금속 이이 범주를 지배합니다:
| 금속 | 녹는점 (℃) | 결정 구조 |
|---|---|---|
| 텅스텐 | 3422 | 신체 중심 입방 (BCC) |
| 탄탈 | 3017 | 신체 중심 입방 (BCC) |
| 레늄 | 3186 | 육각형 가까운 포장 |
| 몰리브덴 | 2623 | 신체 중심 입방 (BCC) |
4.2 중간 및 낮은 융점 금속 (600–2000 ° C)
| 금속 | 녹는점 (℃) |
|---|---|
| 철 | 1538 |
| 니켈 | 1452 |
| 구리 | 1085 |
| 아연 | 420 |
4.3 초경량 융점 금속 및 합금
- 수은: –38.83 ° C (실온에서 액체)
- 갈륨: 29.76 ℃ (손바닥에서 녹는다)
- 나무의 금속 (~ 70 ° C): 안전 장치에 사용되는 공적 BI -PB – SN – CD 합금
- 필드의 금속 (~ 62 ° C): 비 독성 bi -in -SN 합금, 나무의 금속에 대한 대안 위키 백과.
5. 금속의 융점에 영향을 미치는 주요 요인
5.1 결정 구조
- 얼굴 중심 입방 (FCC): 원자는 단단히 포장됩니다, 녹는 점 증가 (예를 들어, 구리: 1,085℃).
- 신체 중심 입방 (BCC): 덜 밀도가 높은 포장은 용융점을 낮 춥니 다 (예를 들어, 철: 1,538° C 대. 텅스텐의 BCC 구조).
5.2 금속 결합의 강도
금속 더 많은 원자가 전자 (예를 들어, 구리 1 원자가 전자) 더 강한 결합을 형성합니다, 녹는 점을 높이기.
5.3 순도와 불순물
- 순수한 금속: 균일 한 결정 격자로 인한 더 높은 융점 (예를 들어, 순수한 주석: 231.9℃).
- 불순물: 격자 구조를 방해합니다, 녹는 점을 낮추는 것 (예를 들어, -30 ° C에서 불순한 주석 "주석 해충").
5.4 압력의 영향
- 고압: 원자 간격을 압축하여 용융점을 증가시킵니다 (예를 들어, 다이아몬드가 필요합니다 10 GPA 압력 형성).
- 저기압: 녹는 점을 줄입니다 (예를 들어, 진공 환경의 금속).
5.5 합금 효과
- 고체 용액 합금: 녹는 점이 약간 낮습니다 (예를 들어, 스테인레스 스틸: 1,450° C 대. 순수한 철).
- 금속 간 화합물: 크게 낮습니다 (예를 들어, ni3al: 1,455° C 대. 순수한 니켈: 1,453℃).
6. 금속 융점의 실제 적용
6.1 재료 선택 및 엔지니어링 설계
- 항공우주:
- 니켈 기반 슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel 718, 1260–1340 ° C) 최대 1000 ° C까지 터빈 온도를 견딜 수 있습니다.
- 원자로:
- 지르코늄 (1855℃) 낮은 중성자 흡수 및 높은 부식 저항으로 인해 연료로드를 입 힙니다..
6.2 산업 제조의 주요 역할
- 주조:
- 알류미늄 (660℃) 저에너지 공정을 사용하여 자동차 부품으로 캐스트됩니다.
- 용접:
- 스테인레스 스틸 (1375–1510 ° C) 열 왜곡을 피하기 위해 정확한 온도 제어가 필요합니다.
6.3 과학적 연구 및 물질 개발
- 나노 기술:
- 나노 결정 니켈 (10 NM 곡물) 1300 ° C에서 녹습니다, 155거친 입자 니켈보다 ° C (1455℃) 표면 효과로 인해 .
- 고수금 합금:
- 다음과 같은 합금 Alcocrfeni 극단적 인 환경을위한 맞춤형 융점을 전시합니다.
6.4 일상 생활의 징후
- 전자제품:
- 주석 가드 솔더 (183℃) 구성 요소가 손상되지 않고 회로 보드에 합류합니다.
- 보석류:
- 금 (1064℃) 그리고 은 (961℃) 장식 목적으로 복잡한 디자인으로 녹습니다.
7. FAQ
Q1: 합금이 종종 순수한 금속보다 녹는 점이 낮은 이유?
에이: 합금은 원자 포장을 방해합니다, 채권 약화. 예를 들어, 놋쇠 (구리-Zinc) 900–940 ° C에서 녹습니다, 순수 구리의 1083 ° C 아래.
Q2: 금속의 용융점을 압박 할 수 있습니다?
에이: 예. 압력이 높아집니다, 용융점이 높을수록. (예를 들어, 다리미 1000 ATM은 1545 ° C에서 녹습니다).
Q3: 금속의 용융점은 어떻게 측정됩니까??
에이: 기술에는 포함됩니다 차동 스캐닝 열량 측정 (DSC), 열전대 기반 용광로, 그리고 광학 불법 측정법.
Q4: 실온 아래에서 녹는 금속이 있습니까??
에이: 예, 예를 들어, 수은 (-38.83℃) 그리고 갈륨 (29.76℃).
8. 결론
금속의 녹는 점은 재료 과학의 초석입니다., 일상 도구부터 최첨단 기술에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다.
금속의 녹는 점을 이해하면 금고가 뒷받침됩니다, 효율적인, 산업 전반의 재료의 혁신적인 사용.
매일 납땜에서 최첨단 항공 우주 응용 프로그램에 이르기까지, 녹는 행동의 숙달 엔지니어와 과학자들은 성능을 조정할 수 있도록합니다., 위험을 줄입니다, 그리고 내일의 도전에 대한 새로운 합금을 개척합니다.