Metall (Svenska)

förhistoria

koppar, som förekommer i naturlig form, kan ha varit den första metallen upptäckt med tanke på dess särskiljande utseende, tyngd och formbarhet jämfört med andra stenar eller stenar. Guld, silver och järn (som meteoriskt järn) och bly upptäcktes också i förhistoria. Former av mässing, en legering av koppar och zink gjord genom att samtidigt smälta malmerna av dessa metaller, härstammar från denna period (även om ren zink inte isolerades fram till 1200-talet)., De fasta metallernas formbarhet ledde till de första försöken att tillverka metallprydnader, verktyg och vapen. Meteorit järn innehållande nickel upptäcktes från tid till annan och i vissa avseenden var detta överlägsen allt industriellt stål tillverkat fram till 1880-talet när legeringsstål blir framträdande.,>

Crystalline silver

A slice of meteoric iron

Oxidised lead
nodules and 1 cm3 cube

A brass weight (35 g)

Antiquity

upptäckten av brons (en legering av koppar med arsenik eller tenn) gjorde det möjligt för människor att skapa metallobjekt som var hårdare och mer hållbara än tidigare möjligt. Bronsverktyg, vapen, rustningar och byggmaterial som dekorativa plattor var hårdare och mer hållbara än sina sten och koppar (”Chalcolithic”) föregångare. Ursprungligen gjordes brons av koppar och arsenik (som bildar arsenikbrons) genom smältning av naturligt eller konstgjort blandade malmer av koppar och arsenik., De tidigaste artefakterna hittills kända kommer från den iranska platån i 5: e årtusendet f.Kr. Det var först senare att tenn användes, blev den viktigaste icke-koppar ingrediensen av brons i slutet av 3: e årtusendet f.Kr. Ren tenn själv isolerades först i 1800 f. Kr. av kinesiska och japanska metallarbetare.

Mercury var känd för forntida kinesiska och indianer före 2000 f.Kr., och hittades i egyptiska gravar från 1500 f. Kr.,

den tidigaste kända produktionen av stål, en järnkollegering, ses i bitar av järnvaror utgrävda från en arkeologisk plats i Anatolien (Kaman-Kalehöyük)och är nästan 4000 år gammal, från 1800 f. Kr.

från cirka 500 f.Kr. svärd-beslutsfattare i Toledo, Spanien gjorde tidiga former av legerat stål genom att lägga till ett mineral som kallas wolframit, som innehöll volfram och mangan, till järnmalm (och kol). Det resulterande Toledo-stålet kom till Roms uppmärksamhet när det användes av Hannibal i Punic Wars., Det blev snart grunden för vapen av romerska legioner; deras svärd sägs ha varit ” så angelägna om att det inte finns någon hjälm som inte kan skäras igenom av dem.”

I pre-Colombianska Amerika, föremål av tumbaga, en legering av koppar och guld, började produceras i Panama och Costa Rica mellan 300 och 500 E.KR. Små metallskulpturer var vanliga och ett omfattande utbud av tumbaga (och guld) ornament bestod av vanliga regalia av personer med hög status.,

vid ungefär samma tid kombinerade inhemska Ecuadorians guld med en naturligt förekommande platinalegering innehållande små mängder palladium, rodium och iridium för att producera miniatyrer och masker som består av en vitguld-platinalegering. Metallarbetarna involverade uppvärmt guld med korn av platinalegeringen tills guldet smälte vid vilken tidpunkt platinagruppen metaller blev bundna inom guldet., Efter kylning hamrades den resulterande konglomerationen och återuppvärmdes upprepade gånger tills den blev lika homogen som om alla berörda metaller hade smält ihop (att uppnå smältpunkterna för de berörda platinagruppsmetallerna var bortom dagens teknik).,

• en droppe stelnad smält tenn

• kvicksilver är
  hällt i en petriskål
• Electrum, en naturlig legering av silver och guld, användes ofta för att göra mynt. Visas är den romerska guden Apollo, och på framsidan, ett Delphi-stativ (ca 310-305 BCE).,

• en platta av tenn, en legering av 85-99% tenn och (vanligtvis) koppar. Tenn användes först runt början av bronsåldern i Mellanöstern.

• en pectoral (ornamental breastplate) gjord av tumbaga, en legering av guld och koppar

medeltiden

arabiska och medeltida alkemister trodde att alla metaller och materia bestod av principen om svavel, fadern till alla metaller och bär den brännbara egenskapen, och principen om kvicksilver, moderen till alla metaller och bärare av likviditets -, smältbarhet och volatilitetsegenskaper. Dessa principer var inte nödvändigtvis de vanliga ämnena svavel och kvicksilver som finns i de flesta laboratorier., Denna teori förstärkte tron att alla metaller var avsedda att bli guld i jordens tarmar genom rätt kombinationer av värme, matsmältning, tid och eliminering av föroreningar, som alla kan utvecklas och påskyndas genom kunskap och metoder för alkemi.

arsenik, zink, antimon och vismut blev kända, även om dessa först kallades semimetaler eller bastardmetaller på grund av deras oförmåga. Alla fyra kan ha använts för övrigt i tidigare tider utan att erkänna deras natur., Albertus Magnus tros ha varit den första som isolerar arsenik från en förening i 1250, genom uppvärmning av tvål tillsammans med arseniktrisulfid. Metallisk zink, som är spröd om oren, isolerades i Indien av 1300 AD. Den första beskrivningen av ett förfarande för att isolera antimon är i 1540-boka De la pirotechnia av Vannoccio Biringuccio. Vismut beskrevs av Agricola i de Natura Fossilium (c. 1546); det hade förväxlats i tidiga tider med tenn och leda på grund av dess likhet med dessa element.,uth in crystalline form, with a very thin oxidation layer, and a 1 cm3 bismuth cube

The Renaissance

den första systematiska texten om gruvdrift och metallurgi var de la Pirotechnia (1540) av Vannoccio Biringuccio, som behandlar undersökning, fusion och bearbetning av metaller.

sexton år senare, Georgius Agricola publicerade de Re Metallica i 1556, en tydlig och fullständig redogörelse för yrket gruvdrift, metallurgi, och tillbehör konst och vetenskap, samt kvalificera sig som den största avhandling om den kemiska industrin genom det sextonde århundradet.,

han gav följande beskrivning av en metall i sin De Natura Fossilium (1546):

metall är en mineralkropp, av naturen antingen flytande eller något hård. Den senare kan smältas av eldens värme, men när den har svalnat igen och förlorat all värme blir det svårt igen och återupptar sin korrekta form. I detta avseende skiljer den sig från stenen som smälter i elden, för även om den senare återfår sin hårdhet, förlorar den sin orörda form och egenskaper.,

traditionellt finns det sex olika typer av metaller, nämligen guld, silver, koppar, järn, tenn och bly. Det finns verkligen andra, för quicksilver är en metall, även om alkemisterna inte håller med oss om detta ämne, och vismut är också. De antika grekiska författarna verkar ha varit okunniga om vismut, varför Ammonius med rätta säger att det finns många arter av metaller, djur och växter som är okända för oss. Stibium när smältas i degeln och raffinerad har lika mycket rätt att betraktas som en riktig metall som ges för att leda av författare., Om det vid smältning läggs en viss del till tenn, produceras en bokhandlares Legering från vilken typen är gjord som används av dem som skriver ut böcker på papper.

varje metall har sin egen form som den bevarar när den separeras från de metaller som blandades med den. Därför är varken electrum eller Stannum i sig en riktig metall, utan snarare en legering av två metaller. Electrum är en legering av guld och silver, Stannum av bly och silver. Och ändå om silver skiljas från electrum, förblir guld och inte elektrum; om silver tas bort från Stannum, blyrester och inte Stannum.,

om mässing, dock, hittas som en infödd metall eller inte, kan inte fastställas med någon säkerhet. Vi känner bara till den konstgjorda mässing, som består av koppar tonade med färgen på mineralkalamin. Och ändå om någon ska grävas upp, skulle det vara en riktig metall. Svart och vit koppar verkar vara annorlunda än den röda sorten.

metall är därför av naturen antingen fast, som jag har sagt, eller vätska, som i det unika fallet med quicksilver.

men tillräckligt nu om de enkla typerna.,

platina, den tredje ädelmetallen efter guld och silver, upptäcktes i Ecuador under perioden 1736-1744, av den spanska astronomen Antonio de Ulloa och hans kollega matematikern Jorge Juan y Santacilia. Ulloa var den första personen som skrev en vetenskaplig beskrivning av metallen år 1748.

år 1789 kunde den tyska kemisten Martin Heinrich Klaproth isolera en oxid av uran, som han trodde var själva metallen. Klaproth krediterades därefter som upptäckaren av uran., Det var inte förrän 1841, att den franska kemisten Eugène-Melchior Péligot, kunde förbereda det första provet av uranmetall. Henri Becquerel upptäckte senare radioaktivitet 1896 genom att använda uran.

på 1790-talet observerade Joseph Priestley och den nederländska kemisten Martinus van Marum den transformativa verkan av metallytor på dehydrogenering av alkohol, en utveckling som senare ledde 1831 till syntesen av svavelsyra i industriell skala med hjälp av en platinakalysator.,cerium var den första av de lanthanidmetaller som upptäcktes i Bastnäs, Sverige av Jöns Jakob Berzelius och Wilhelm Hisinger, och oberoende av Martin Heinrich Klaproth i Tyskland. Lanthanidmetallerna betraktades till stor del som odditeter fram till 1960-talet när metoder utvecklades för att mer effektivt skilja dem från varandra. De har därefter funnit användningsområden i mobiltelefoner, magneter, lasrar, belysning, batterier, katalysatorer, och i andra tillämpningar som möjliggör modern teknik.,

andra metaller som upptäcktes och bereddes under denna tid var kobolt, nickel, mangan, molybden, volfram och krom; och några av platinagruppens metaller, palladium, osmium, iridium och rodium.

lätta metaller

alla metaller som upptäcktes fram till 1809 hade relativt höga densiteter; deras tyngd betraktades som ett enskilt särskiljande kriterium. Från 1809 och framåt isolerades lätta metaller som natrium, kalium och strontium. Deras låga densiteter utmanade konventionell visdom om metallens natur., De betedde sig emellertid kemiskt som metaller och erkändes därefter som sådana.

aluminium upptäcktes 1824 men det var inte förrän 1886 att en industriell storskalig produktionsmetod utvecklades. Priserna på aluminium sjönk och aluminium blev allmänt används i smycken, vardagliga föremål, glasögonramar, optiska instrument, porslin och folie i 1890-talet och början av 20-talet. Aluminium förmåga att bilda hårda men lätta legeringar med andra metaller förutsatt att metallen många använder vid den tiden., Under första världskriget krävde stora regeringar stora transporter av aluminium för lätta starka flygplan. Den vanligaste metallen som används för elkraftöverföring idag är aluminium-ledarstålförstärkt. Ser också mycket användning är all-aluminiumlegering ledare. Aluminium används eftersom den har ungefär hälften av vikten av en jämförbar resistans kopparkabel (men större diameter på grund av lägre specifik ledningsförmåga), samt att vara billigare. Koppar var mer populärt tidigare och är fortfarande i bruk, särskilt vid lägre spänningar och för jordning.

medan rent metalliskt Titan (99.,9%) bereddes först 1910 det användes inte utanför laboratoriet förrän 1932. Under 1950-och 1960-talet var Sovjetunionen pionjär vid användningen av titan i militära och ubåtsapplikationer som en del av program relaterade till det kalla kriget. Titanium började i början av 1950-talet och användes flitigt i militär luftfart, särskilt i högpresterande jetplan, som börjar med flygplan som F-100 Super Sabre och Lockheed a-12 och SR-71.

metallic scandium producerades för första gången 1937. Det första pundet av 99% ren scandium metall producerades 1960., Production of aluminum-scandium alloys began in 1971 following a U.S. patent. Aluminum-scandium alloys were also developed in the USSR.

• Sodium

• Potassium pearls under paraffin oil. Size of the largest pearl is 0.5 cm.

• Strontium crystals

• Aluminum chunk,
  2.,6 grams, 1 x 2 cm

• A bar of titanium crystals

• Scandium, including a 1 cm3 cube

The age of steel

den moderna eran i ståltillverkning började med introduktionen av Henry Bessemers Bessemer-process 1855, vars råmaterial var grisjärn. Hans metod lät honom producera stål i stora mängder billigt, så mjukt stål kom att användas för de flesta ändamål för vilka smidesjärn tidigare användes. Gilchrist-Thomas-processen (eller basic Bessemer-processen) var en förbättring av Bessemer-processen, gjord genom att fodra omvandlaren med ett basmaterial för att avlägsna fosfor.,

på grund av sin höga draghållfasthet och låga kostnader, stål kom att vara en viktig komponent som används i byggnader, infrastruktur, verktyg, fartyg, bilar, maskiner, apparater och vapen.

1872 patenterade engelsmännen Clark Och Woods en legering som idag skulle betraktas som ett rostfritt stål. Korrosionsbeständigheten hos järn-kromlegeringar hade erkänts 1821 av franska metallurgisten Pierre Berthier. Han noterade deras motstånd mot angrepp av vissa syror och föreslog deras användning i bestick., Metallurgister från 1800 – talet kunde inte producera kombinationen av lågt kol och högt krom som finns i de flesta moderna rostfria stål, och de högkromlegeringar de kunde producera var för spröda för att vara praktiska. Det var inte förrän 1912 som industrialiseringen av legeringar av rostfritt stål inträffade i England, Tyskland och USA.

de sista stabila metalliska elementen

av 1900 tre metaller med atomnummer mindre än bly (#82), den tyngsta stabila metallen, förblev att upptäckas: element 71, 72, 75.,

Von Welsbach, 1906, visade att det gamla ytterbiumet också innehöll ett nytt element (#71), som han kallade cassiopeium. Urbain visade detta samtidigt, men hans prover var mycket orena och innehöll endast spårmängder av det nya elementet. Trots detta antogs hans valda namn lutetium.

1908 hittade Ogawa element 75 i torianit men tilldelade det som element 43 istället för 75 och namngav det nipponium. 1925 Walter Noddack, Ida Eva-Tacke och Otto Berg meddelade sin separation från gadolinite och gav den nuvarande namn, rhenium.,

Georges Urbain påstod sig ha hittat element 72 i sällsynta jordartsrester, medan Vladimir Vernadsky självständigt fann det i orthit. Varken påstående bekräftades på grund av första världskriget, och inte heller kunde bekräftas senare, eftersom kemi de rapporterade inte matchar det som nu är känt för hafnium. Efter kriget, 1922, fann Coster och Hevesy det genom Röntgenspektroskopisk analys på norska zirkon. Hafnium var således det sista stabila elementet som skulle upptäckas.,

• Lutetium, inklusive en kub på 1 cm3

• Rhenium, inklusive en kub på 1 cm3

• hafnium, i form av en 1,7 kg Bar

Vid slutet av andra världskriget hade forskare syntetiserat fyra element efter uran, som alla är radioaktiva (instabila) metaller: neptunium (1940), plutonium (1940-41) och curium och americium (1944), som representerar element 93-96., De två första av dessa hittades så småningom i naturen också. Curium och americium var biprodukter från Manhattan-projektet, som producerade världens första atombomb 1945. Bomben var baserad på kärnklyvning av uran, en metall först tros ha upptäckts nästan 150 år tidigare.,

efter andra världskriget utveckling

Superalloys

Superalloys består av kombinationer av Fe, Ni, Co, och Cr, och mindre mängder av W, Mo, Ta, Nb, Ti, och Al utvecklades strax efter andra världskriget för användning i högpresterande motorer, som arbetar vid förhöjda temperaturer (över 650 °C (1200 °F)). De behåller det mesta av sin styrka under dessa förhållanden, under långa perioder och kombinerar god lågtemperaturduktilitet med motståndskraft mot korrosion eller oxidation., Superalloys kan nu hittas i ett brett spektrum av applikationer, inklusive mark -, sjöfarts-och flygturbiner samt kemiska och petroleumanläggningar.

Transkuriummetaller

den framgångsrika utvecklingen av atombomben i slutet av andra världskriget ledde till ytterligare ansträngningar för att syntetisera nya element, nästan alla är eller förväntas vara metaller och alla är radioaktiva. Det var inte förrän 1949 som element 97 (berkelium), nästa efter element 96 (curium), syntetiserades genom att skjuta alfa partiklar på en americium mål., I 1952 hittades element 100 (fermium) i spillrorna av den första vätebombexplosionen; väte, en nonmetal, hade identifierats som ett element nästan 200 år tidigare. Sedan 1952 har element 101 (mendelevium) till 118 (oganesson) syntetiserats.

Bulk metallic glasögon

ett metalliskt glas (även känt som en amorf eller glasartad metall) är ett fast metallmaterial, vanligtvis en legering, med oordnad atomskala struktur. De flesta rena och legerade metaller, i sitt fasta tillstånd, har atomer ordnade i en högt beställd kristallin struktur., Amorfa metaller har en icke-kristallin glasliknande struktur. Men till skillnad från vanliga glasögon, såsom fönsterglas, som vanligtvis är elektriska isolatorer, har amorfa metaller god elektrisk ledningsförmåga. Amorfa metaller produceras på flera sätt, inklusive extremt snabb kylning, fysisk ångavsättning, solid state-reaktion, jonbestrålning och mekanisk legering. Det första rapporterade metallglaset var en legering (Au75Si25) som producerades på Caltech 1960. På senare tid har partier av amorft stål med tre gånger styrkan hos konventionella stållegeringar producerats., För närvarande är de viktigaste applikationerna beroende av de speciella magnetiska egenskaperna hos vissa ferromagnetiska metallglas. Den låga magnetiseringsförlusten används i högeffektiva transformatorer. Stöld kontroll ID-taggar och andra artikelövervakningssystem använder ofta metalliska glasögon på grund av dessa magnetiska egenskaper.

Shape-memory alloys

a shape-memory alloy (SMA) är en legering som ”minns” sin ursprungliga form och när deformerade återgår till sin för deformerade form vid upphettning., Medan formminneseffekten först observerades 1932, i en au-Cd-legering, var det inte förrän 1962, med den oavsiktliga upptäckten av effekten i en Ni-Ti-legering som forskningen började på allvar och ytterligare tio år innan kommersiella applikationer uppstod. SMA har applikationer inom robotteknik och bil -, flyg-och biomedicinsk industri. Det finns en annan typ av SMA, som kallas en ferromagnetisk form-minne legering (FSMA), som ändrar form under starka magnetfält., Dessa material är av särskilt intresse eftersom det magnetiska svaret tenderar att vara snabbare och effektivare än temperaturinducerade svar.,

Quasicyrstalline legeringar

1984, Israelisk kemist Dan Shechtman hittade en aluminium-manganlegering med femfaldig symmetri, i form av aluminium-manganlegering.brott mot kristallografisk konvention vid den tidpunkt då sade att kristallina strukturer endast kunde ha två-, tre-, fyra-eller sexfaldig symmetri., På grund av rädsla för det vetenskapliga samfundets reaktion tog det honom två år att publicera resultaten för vilka han tilldelades Nobelpriset i kemi 2011. Sedan denna tid har hundratals kvasikristaller rapporterats och bekräftats. De finns i många metallegeringar (och vissa polymerer). Quasicrystals finns oftast i aluminiumlegeringar (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V, etc.), men många andra kompositioner är också kända (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, in-Ag-Yb, Pd-U-Si, etc.). Kvasikristaller har effektivt oändligt stora enhetsceller., Icosahedrite Al63Cu24Fe13, den första quasicrystal som finns i naturen, upptäcktes 2009. De flesta kvasikristaller har keramikliknande egenskaper inklusive låg elektrisk ledningsförmåga (närmar värden ses i isolatorer) och låg värmeledningsförmåga, hög hårdhet, sprödhet, och motståndskraft mot korrosion, och Non-stick egenskaper. Quasicrystals har använts för att utveckla värmeisolering, lysdioder, dieselmotorer och nya material som omvandlar värme till El., Nya tillämpningar kan dra nytta av den låga friktionskoefficienten och hårdheten hos vissa kvasikristallina material, till exempel bädda in partiklar i plast för att göra starka, slitstarka, lågfriktion plastkugghjul. Andra potentiella tillämpningar är selektiva Sol absorbatorer för energiomvandling, reflektorer med bred våglängd och benreparationer och protesapplikationer där biokompatibilitet, låg friktion och korrosionsbeständighet krävs.,

komplexa metallegeringar

komplexa metallegeringar (CMAs) är intermetalliska föreningar som kännetecknas av stora enhetsceller som består av några tiotusentals atomer; närvaron av väldefinierade kluster av atomer (ofta med ikosaedrisk symmetri); och partiell störning inom deras kristallina gitter. De består av två eller flera metalliska element, ibland med metalloider eller kalkogenider tillsatta. De inkluderar till exempel NaCd2, med 348 natriumatomer och 768 kadmiumatomer i enhetscellen., Linus Pauling försökte beskriva NaCd2-strukturen 1923, men lyckades inte förrän 1955. Först kallade ”giant unit cell crystals”, intresse för CMAs, som de kom att kallas, hämtade inte fram till 2002, med publiceringen av ett papper som heter ”strukturellt komplexa Legeringsfaser”, som gavs vid den 8: e internationella konferensen om kvasikristaller. Potentiella tillämpningar av CMAs inkluderar som värmeisolering; solvärme; magnetiska kylskåp; använda spillvärme för att generera el; och beläggningar för turbinblad i militära motorer.,

hög entropilegeringar

hög entropilegeringar (HEAs) såsom AlLiMgScTi består av lika eller nästan lika stora mängder av fem eller fler metaller. Jämfört med konventionella legeringar med endast en eller två basmetaller har HEAs betydligt bättre hållfasthetsförhållanden, högre draghållfasthet och större motståndskraft mot sprickbildning, korrosion och oxidation. Även om HEAs beskrevs så tidigt som 1981 utvecklades inte betydande intresse förrän 2010-talet. de fortsätter att vara fokus för forskning inom materialvetenskap och teknik på grund av deras potential för önskvärda egenskaper.,tr>

Hf2SnC Hf Sn C Ti4AlN3 Ti Al N Ti3SiC2 Ti Si C Ti2AlC Ti Al C Cr2AlC2 Cr Al C Ti3AlC2 Ti Al C

In a MAX phase alloy, M is an early transition metal, A is an A group element (mostly group IIIA and IVA, or groups 13 and 14), and X is either carbon or nitrogen., Exempel är Hf2SnC och Ti4AlN3. Sådana legeringar har några av de bästa egenskaperna hos metaller och keramik. Dessa egenskaper inkluderar hög elektrisk och värmeledningsförmåga, termisk chockmotstånd, skadetolerans, bearbetbarhet, hög elastisk styvhet och låga värmeutvidgningskoefficienter.</ref> de kan poleras till en metallisk lyster på grund av deras utmärkta elektriska ledare., Under mekanisk provning har det visat sig att polykristallina ti3sic2-cylindrar kan komprimeras upprepade gånger vid rumstemperatur, upp till spänningar på 1 GPa och återhämta sig helt vid avlägsnande av lasten. Vissa MAX-faser är också mycket resistenta mot kemisk attack (t.ex. Ti3SiC2) och högtemperaturoxidation i luft (Ti2AlC, Cr2AlC2 och Ti3AlC2). Potentiella tillämpningar för maxfaslegeringar inkluderar: så tuffa, bearbetningsbara, termiska stöttåliga eldfasta eldfasta material; värmeelement med hög temperatur; beläggningar för elektriska kontakter; och neutronbestrålningsbeständiga delar för kärntekniska tillämpningar., Medan MAX faslegeringar upptäcktes på 1960-talet, publicerades det första papperet om ämnet inte förrän 1996.