從公元前1361-1352年統(tǒng)治的法老圖坦卡門(Tharakhatu)墓內(nèi)有一個(gè)帶有深藍(lán)色和鈷的玻璃小物件。鈷藍(lán)在中國(guó)甚至更早就廣為人知,被用于陶器釉。
1730年,斯德哥爾摩的化學(xué)家格奧爾格·勃蘭特(Georg Brandt)對(duì)當(dāng)?shù)匾恍┿~礦產(chǎn)的深藍(lán)色礦石產(chǎn)生了興趣,他最終證明了其中含有迄今無(wú)法識(shí)別的金屬,他給它起了被德國(guó)礦工詛咒的礦石的名字。有時(shí)被誤認(rèn)為是銀礦。他于1739年發(fā)表了他的研究結(jié)果。多年來(lái),他聲稱自己發(fā)現(xiàn)了一種新金屬的說(shuō)法遭到了其他化學(xué)家的質(zhì)疑,他們說(shuō)他的新元素確實(shí)是鐵和砷的化合物,但最終被公認(rèn)為其本身就是一種元素。
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鈷基合金
作為一個(gè)整體,鈷基合金通常可以描述為耐磨,耐腐蝕和耐熱(即使在高溫下也很堅(jiān)固)。
作為一個(gè)整體,鈷基合金通常可以描述為耐磨,耐腐蝕和耐熱(即使在高溫下也很堅(jiān)固)。合金的許多特性來(lái)自于鈷的晶體學(xué)性質(zhì)(特別是其對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)),鉻,鎢和鉬的固溶強(qiáng)化作用,金屬碳化物的形成以及由鈷賦予的耐腐蝕性鉻。通常,較軟和較硬的組合物用于高溫應(yīng)用,例如燃?xì)廨啓C(jī)葉片和葉片。較硬的等級(jí)用于抗磨損。
從歷史上看,許多商品化的鈷基合金均源自20世紀(jì)初由Elwood Haynes首次研究的鈷鉻鎢和鈷鉻鉬三元合金。他發(fā)現(xiàn)了二元鈷鉻合金的高強(qiáng)度和不銹鋼性質(zhì),后來(lái)他發(fā)現(xiàn)鎢和鉬是鈷鉻系統(tǒng)中的強(qiáng)力增強(qiáng)劑。當(dāng)他發(fā)現(xiàn)這些合金時(shí),Haynes因其類似星光的光澤而將它們命名為Stellite合金(以拉丁stella(星)命名)。在高溫下發(fā)現(xiàn)其高強(qiáng)度后,海恩斯還促進(jìn)了將司太立合金用作切削工具的材料。
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鈷基耐磨合金
今天的鈷基耐磨合金與Elwood Haynes的早期合金幾乎沒(méi)有變化。最重要的差異與碳和硅的控制有關(guān)(這是早期合金中的缺陷)。確實(shí),當(dāng)前Stellite合金等級(jí)的主要區(qū)別在于碳和鎢的含量(因此,凝固過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)中碳化物形成的數(shù)量和類型)。碳含量會(huì)影響硬度,延展性和耐磨性。鎢在這些特性中也起著重要作用。
磨損類型。有幾種不同的磨損類型,通常分為三大類:
磨料磨損
滑動(dòng)磨損
磨蝕磨損。
在特定應(yīng)用中遇到的磨損類型是影響耐磨材料選擇的重要因素。
當(dāng)硬質(zhì)顆粒或硬質(zhì)突出物(相對(duì)面上)被迫抵靠表面并相對(duì)于表面移動(dòng)時(shí),會(huì)發(fā)生磨料磨損。術(shù)語(yǔ)高應(yīng)力磨損和低應(yīng)力磨損涉及與表面相互作用后磨料介質(zhì)(無(wú)論是硬顆粒還是凸起)的狀態(tài)。如果磨蝕性介質(zhì)被壓碎,則據(jù)說(shuō)處于高應(yīng)力狀態(tài)。如果研磨介質(zhì)保持完好無(wú)損,則該過(guò)程稱為低應(yīng)力磨損。通常,高應(yīng)力磨損是由硬質(zhì)顆粒夾在金屬表面之間(相對(duì)運(yùn)動(dòng))引起的,而當(dāng)運(yùn)動(dòng)表面與填充的磨料(例如土壤和沙子)接觸時(shí),會(huì)遇到低應(yīng)力磨損。
在含有硬相的合金如鈷基耐磨合金中,耐磨性通常隨著硬相的體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。然而,耐磨性受硬組織中顯微組織內(nèi)硬質(zhì)相沉淀物的尺寸和形狀以及磨蝕物質(zhì)的尺寸和形狀的強(qiáng)烈影響。
滑動(dòng)磨損。在三種主要磨損類型中,滑動(dòng)可能是最復(fù)雜的,并不是概念上的問(wèn)題,而是不同材料對(duì)滑動(dòng)條件的響應(yīng)方式。每當(dāng)將兩個(gè)表面壓在一起并相對(duì)移動(dòng)時(shí),就有可能發(fā)生滑動(dòng)磨損。如果兩個(gè)表面本質(zhì)上都是金屬的,并且?guī)缀鯖](méi)有潤(rùn)滑或根本沒(méi)有潤(rùn)滑,則損壞的機(jī)會(huì)會(huì)大大增加。
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鈷基金屬玻璃?
最近,觀察到超強(qiáng)的鈷基金屬玻璃。沒(méi)有類金屬的金屬玻璃的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由密集的原子堆積強(qiáng)烈地確定,而金屬-類金屬金屬玻璃的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還受到強(qiáng)共價(jià)鍵的影響。由于復(fù)雜的化學(xué)-拓?fù)?/span>-性質(zhì)關(guān)系,金屬-非金屬金屬鈷基超強(qiáng)玻璃的設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。本文討論的金屬-準(zhǔn)金屬鈷基金?屬玻璃具有獨(dú)特的局部原子構(gòu)型,從而導(dǎo)致了?超過(guò)5000 MPa的超高斷裂強(qiáng)度和268 GPa的高楊氏模量。在文獻(xiàn)中推斷,通過(guò)化學(xué)誘導(dǎo)的拓?fù)渥兓梢栽鰪?qiáng)諸如玻璃可成形性,磁性能和機(jī)械性能的性能。還已經(jīng)報(bào)道了楊氏模量以及彈性極限表現(xiàn)出強(qiáng)烈的拓?fù)湟蕾囆浴T?/span>Co基金屬玻璃的情況下,已經(jīng)觀察到金屬-準(zhǔn)金屬的短程有序強(qiáng)烈地影響機(jī)械性能。
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鈷基高溫合金
多年來(lái),高溫合金的主要用戶是燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)。對(duì)于飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī),主要的材料要求是高溫強(qiáng)度,抗熱疲勞性和抗氧化性。對(duì)于通常燃燒低等級(jí)燃料并在較低溫度下運(yùn)行的陸基燃?xì)廨啓C(jī),耐硫化性是主要問(wèn)題。
如今,隨著從化石燃料和廢物的燃燒中尋求更高的效率,并且隨著新的化學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展,高溫合金的使用變得更加多樣化。
盡管鈷基合金在高溫應(yīng)用中沒(méi)有像鎳和鎳鐵合金那樣廣泛使用,但是鈷基高溫合金仍然發(fā)揮著重要作用,因?yàn)樗鼈兙哂谐錾目沽蚧院驮诔^(guò)200°C的高溫下的強(qiáng)度。那些在鎳和鎳鐵合金中溶解有γ′和γ′雙底的沉淀物。鈷還被用作許多鎳基高溫合金中的合金元素。
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鈷基耐蝕合金
盡管鈷基耐磨合金具有一定的耐水腐蝕性能,但它們受到晶界碳化物沉淀,基體中缺乏重要的合金元素(在形成碳化物或Laves沉淀物之后)以及在下列情況下的限制:鑄造和焊接堆焊材料,通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)中的化學(xué)偏析。
由于其均勻的微觀結(jié)構(gòu)和較低的碳含量,變形的鈷基高溫合金(通常包含鎢而不是鉬)對(duì)水腐蝕的耐受性更高,但仍遠(yuǎn)低于鎳鉻鉬合金腐蝕性能。
為滿足工業(yè)上對(duì)耐水腐蝕性能優(yōu)異的需求,同時(shí)又具有鈷作為合金基礎(chǔ)的特性(對(duì)各種形式的磨損具有抵抗力,并在很寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度)的合金的需求,鍛造了幾種低碳合金生產(chǎn)鈷-鎳-鉻-鉬合金。
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