Metale

Metale od wieków pełnią kluczową rolę i przyczyniają się do rozwoju technologii. Są niezastąpione w budownictwie, elektronice, motoryzacji czy medycynie. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom, takim jak wytrzymałość, przewodnictwo elektryczne i cieplne, podatność na obróbkę czy odporność na korozję, znajdują zastosowanie w niemal każdej dziedzinie naszego życia. Od stali wykorzystywanej w konstrukcjach mostów, przez aluminium w lotnictwie, aż po miedź w przewodach elektrycznych – metale są wszechobecne.

Spis treści:

1. Właściwości metali
2. Metale i ich kategorie podstawowe
3. Rodzaje metali
4. Jakie zastosowania mają metale w różnych gałęziach przemysłu?

Właściwości metali

Metale charakteryzują się swoimi unikatowymi właściwościami, dzięki którym mogą zostać dopasowane pod konkretne wymagania. Chodzi tu o właściwości fizyczne i chemiczne metali, a do najważniejszych zaliczymy:

• kowalność, która umożliwia kucie lub wyginanie metalu,
• ciągliwość metali,  
• przewodnictwo ciepła i elektryczności,
• połysk, który umożliwia odbijanie światła,
• wysoka temperatura topnienia i wrzenia,
• wysoka gęstość, dzięki której są wytrzymałe,
• wysoka reaktywność, dzięki której w łatwy sposób łączą się chemicznie z innymi pierwiastkami, co jest szczególnie pożądane podczas galwanizacji i anodowania.

Metale i ich kategorie podstawowe

Metale są klasyfikowane głównie według swoich właściwości fizycznych i chemicznych:

• metale żelazne, które zawierają w swoim składzie żelazo (Fe), mają też wysoką zawartość węgla, co czyni je mocniejszymi od metali nieżelaznych, ale jednocześnie są bardziej podatne na rdzę w kontakcie z wilgocią, zalicza się tu: żeliwo, żelazo kute, stal, stal stopową i stal węglową, są one magnetyczne i dlatego wykorzystywane do celów elektrycznych,
• metale nieżelazne to aluminium, miedź, mosiądz i cynk, są one odporne na rdzę i nie reagują łatwo z wodą lub tlenem, ponadto nie są magnetyczne i mają dużą przewodność, są plastyczne i łatwiej je formować niż metale żelazne, są też lekkie.

Rodzaje metali

Metale mają kilka cech, które czynią je użytecznymi w różnych branżach i dziedzinach. Istnieje ponad 90 różnych typów metali, ale najczęściej wykorzystywane są poniższe:

• Żelazo jest najpopularniejszym i najtańszym metalem, wyróżnia się jego trzy rodzaje: surówkę, żeliwo i żelazo kute; jest to łatwo dostępny metal, ale czyste żelazo nie jest stabilnym pierwiastkiem, ponieważ łączy się z tlenem w powietrzu, wytwarzając tlenek żelaza i jest niezwykle podatne na rdzę; surówka to jego podstawowa forma, z której wytwarza się żeliwo i stal; żeliwo powstaje w wyniku topienia surówki z wapieniem dlatego jest kruche i niezwykle trudne do spawania, jest jednak niezwykle wszechstronnie stosowane do odlewów szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym. 
• Stal to stop składający się z wielu pierwiastków chemicznych, w tym żelaza i węgla, tworzący mocny i odporny na pękanie metal, ma też wysoką wytrzymałość na rozciąganie i niski koszt, co sprawia że jest to najczęściej używany materiał do szerokiej gamy produktów, w tym budynków, broni, implantów czy narzędzi medycznych, a także sprzętu elektrycznego i różnych instrumentów, istotne trzy rodzaje stali to: węglowa, nierdzewna i stopowa, wśród których rozróżnia się różne gatunki stali.
• Aluminium to lekki metal, który twardnieje i usztywnia się, gdy jest łączony w śladowych ilościach z innymi metalami, jest wytrzymały, ma wysoką przewodność elektryczną i odporność na korozję, co sprawia że idealnie nadaje się do zastosowań w wielu gałęziach przemysłu, nie namagnesowuje się i jest proste w produkcji; jest stosowane w branży lotniczej, motoryzacyjnej i przewodach napowietrznych,
• Miedź jest kowalnym, elastycznym i ciągliwym czerwonobrązowym metalem. Ma silne przewodnictwo elektryczne oraz nadaje się idealnie do walcowania, kucia, odlewania i ciągnienia w druty. Jest szeroko stosowana do produkcji monet, drutu i przyborów kuchennych. Wiele odmian miedzi jest wykorzystywane również w różnych gałęziach przemysłu,
• Tytan używany jest ze względu na swoją lekkość i odporność na korozję w produkcji rożnego sprzętu lotniczego. Ma dobrą stabilność cieplną nawet w ekstremalnych warunkach cieplnych, dlatego przemysł lotniczy i medyczny odnotowuje najwyższe wykorzystanie tytanu,
• Brąz to stop metali otrzymywany z połączenia miedzi i cyny lub aluminium. Nie rdzewieje ani nie koroduje pod wpływem wilgoci, dlatego jest preferowany do produkcji turbin lub do rzeźbienia. Łatwo się topi i można go formować w rury, koła zębate, pompy i przewody,
• Mosiądz to również stop miedzi, ale w połączeniu z cynkiem, może też zawierać niewielkie ilości dodatkowych pierwiastków. Jest trwalszy od miedzi, ale ma mniejszą przewodność cieplną i elektryczną. Jest również odporny na korozję w powietrzu. Najczęściej używany do produkcji zamków i zaworów,
• Magnez jest jednym z naturalnie występujących metali, jednak często jest stopowany z innymi metalami, takimi jak aluminium, co oznacza łączenie go z innymi metalami i pierwiastkami w celu utworzenia hybrydy o określonych cechach, stosuje się go w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym; ma on wyższy stopień redukcji masy o wysokiej wytrzymałości niż aluminium, stosuje się go więc w produkcji felg kół, bloków silników, obudowy skrzyni biegów.

Jakie zastosowania mają metale w różnych gałęziach przemysłu?

Uniwersalność metali powoduje, że są one stabilnym komponentem do produkcji większości części przemysłowych. Gdzie najczęściej stosuje się metale? Branża medyczna wykorzystuje stal, tytan oraz aluminium, głównie do produkcji narzędzi, implantów oraz części do np. wózków inwalidzkich, urządzeń itp. Przemysł motoryzacyjny i maszynowy najczęściej wykorzystuje metale do produkcji sprzętu, produktów ogniotrwałych i samochodów, pociągów, samolotów, rakiet itp. Najczęściej wykorzystywane są tu żelazo, aluminium i stal. Przemysł budowlany najczęściej bazuje na żelazie i stali, głównie w konstrukcjach i wzmocnieniach. Rury wodne i pokrycia dachowe są produkowane z metali takich jak ołów, cyna, cynk, miedź i aluminium.