Fémek törékeny/képlékeny nemesémek magas/alacsony o.p. Fogorvosi anyagtan izikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek ρ < 5 g cm 3 könnyűémek 5 g cm3 < ρ nehézémek 2 Fémek tulajdonságai és szerkezete gyakori anyag; változatos tulajdonságúak viszonylag nagy sűrűség szobahőmérsékleten szilárd (kivéve Ga és Hg) viszonylag nagy szívósságúak és szilárdságúak viszonylag jól alakíthatók hajlamosak a korrózióra (kivéve a nemesémek) ötvözéssel tulajdonságaik jól beolyásolhatók jó hő- és elektromos vezetőképesség nem biokompatibilisek Szubmikroszkópikus szint: (hcp) (cc) (bcc) hexagonális lapcentrált köbös tércentrált köbös pl. i, Cd, Co, Zn,... pl. Ag, Au, Pd, Pt, Al, Cu, Ni,... pl. Fe, Cr,... 3 Egyorma gömbök illeszkedése (émek) szoros illeszkedésű hexagonális szoros illeszkedésű köbös (lapcentrált köbös) pl. i, d, Co, Zn,... pl. Ag, Au, Pt, Al, Cu, Ni,... térkitöltési tényező: 74 % 74 % kevésbé szoros illeszkedés: pl. tércentrált köbös pl. Fe, Cr,... 68 % 4
Mikroszkópikus szint: Szövetszerkezet, mikrostruktúra Ötvözés szemcsék (krisztallitok, szövetelemek) homogén szövetszerkezet heterogén szövetszerkezet ém+ém, pl. Fe+Cr ém+nemém, pl. Fe+C Cél: tulajdonságok javítása, pl. korrózióállóság javítása, pl. Fe, Ni, Co, +Cr nagyobb keménység, merevség elérése, pl. Au+Cu ém-kerámia adhézió növelése, pl. nemesém+fe, Sn, In Szövetszerkezet vizsgálata: csiszolás durvább/inomabb kémiai maratás mikroszkópi megigyelés 5 6 Ötvözetek Ötvözési arányok: tömeg% mól% m m m2 c ( 00%) c ( 00%) 2 tulajdonságok! (Pl. Ni-Cr-Mo-Be ötvözet: Be,8 súly% mól%) Szilárd oldat (elegykristály) Mind olyadék ázisban, mind szilárd ázisban jó oldódás homogén szövetszerkezet szubsztitúciós pl. Cu-Ni, Pd-Ag, Au-Cu,.... elem Osztályozás: használat szerint (pl. inlay, korona,...) alap elem szerint (arany alapú, palládium alapú,...) komponensek száma (biner, terner, kvaterner,...) szerint 3 ő elem szerint (pl. Au-Pd-Ag, Ni-Cr-Be,...) uralkodó ázisdiagram szerint szilárd oldat eutektikus ötvözet peritektikus ötvözet émvegyület intersticiális 2. elem. elem 2. elem pl. Fe-C, CP i (O, C, N, H),... (CP: kereskedelmi tisztaságú) 7 8 2
Oldhatóság eltételei szubsztitúciós szilárd oldatra: atomok mérete ne nagyon különbözzön (< 5%) azonos kristályrács típus hasonló elektronegativitás vegyérték azonos, vagy az oldószer vegyértéke nagyobb Szilárd oldat tulajdonságai: ém Oldhatóság eltételei interstíciális szilárd oldatra: oldott atom mérete jóval kisebb oldott anyag mennyisége kicsi (< 0%) atom átmérő (nm) rácstípus elektronegativitás Au 0,2882 cc 2,4 Pt 0,2775 cc 2,2 Pd 0,2750 cc 2,2 Ag 0,2888 cc,9 Cu 0,2556 cc,9 Ni 0,25 cc,8 Sn 0,306 tetragonális,8 iszta émolvadék lehűlési görbéje agyáspont olvadáspont o likvidusz pont kristályosodás L : olyadék L + S túlhűtés pont S : szilárd t üvegesedés L : olyadék üvegesedési hőmérséklet ü üveg t Rugalmassági határ, szilárdság, keménység nő, képlékenység csökken, pl. Au-Cu(5 tömeg%) 9 0 Szilárd oldat lehűlési görbéje o B L összetétel %B S Egyensúly! likvidusz görbe o B o A ázisdiagramja L t o B o A görbe o A S A összetétel %B B Egyensúly! A összetétel %B B 2 3
Pl. Cu-Ni Fázisok arányának, összetételének meghatározása olyadék () olyadék () B pontban: Folyadék ázis összetétele: 3,5 súly% Ni + 68,5 súly% Cu likvidusz görbe a+ görbe a+olyadék Szilárd ázis összetétele: 42,5 súly% Ni + 57,5 súly% Cu a 3 a+olyadék Folyadék ázis aránya: S R S Szilárd ázis aránya: R R S = 68% = 32% 4 Egyensúly! 35 súly% Ni 3,5 súly% Ni 28 súly% Ni 24 súly% Ni 46 súly% Ni 42,5 súly% Ni 38 súly% Ni 35 súly% Ni 5 6 4
szilárdság (MPa) képlékenység (relatív egység) Nem egyensúlyi hűtés! Pl. Ag-Pd olyadék szegregáció! magos szerkezet heterogén szövet a homogenizáció összetétel (tömeg% Pd) 7 8 Ötvözés hatása a tulajdonságokra Példa: Cu-Ni Fémvegyületek Pl. Au-Cu Au vagy Cu 50s%Au-50s%Cu < 400 C AuCu 3 Au Cu ovábbi példa: amalgámban Ag 3 Sn és Cu 6 Sn 5 9 20 5
hőmérséklet ( C) hőmérséklet ( C) Eutektikus ötvözetek Szilárd ázisban teljes oldhatatlanság színém krisztallitok heterogén szövetszerkezet Emlékeztető: víz+só olyékony oldat o A L+SA L E SA+SB L+SB o B Pl. 0 C 800 C 77%H 2 O+23%NaCl : E = 2 C Wood-ém (Bi-Pb-Cd-Sn): E = 68 C oly. oldat + szilárd jég jég + só oly. oldat + szilárd só A eutektikus arány eutektikum összetétel B >230 C 2 összetétel (tömeg%) 22 Pl. Ag-Cu olyadék szilárd 62%Sn-38%Pb eutektikum 75%Sn-25%Pb (világos: Sn gazdag szigetek) összetétel (tömeg%cu) 23 24 6
hőmérséklet ( C) Amalgám Ag-Sn ázisdiagramja Vas-szén ötvözet Lehűlési görbe: olvadék tipikus összetétel ém %(m/m) Hg 50 Ag 34 Sn 3 olyadék errit Cu 2 Zn ausztenit összetétel (tömeg%sn) g ázis: Ag 3 Sn errit 25 26 Fázisdiagram: Metastabil martenzites ázis tércentrált tetragonális ausztenit gyors hűtés Fe C martenzit 27 28 7