Abbiamo ricevuto alcune domande sull'utilizzo di metallo liquido o leghe di indio liquido a temperatura ambiente contenente indio e gallio e sulla loro reazione all'acciaio inossidabile.
Molti scienziati sono alla ricerca di un materiale liquido stabile e termicamente conduttivo per sostituire il NaK. La nostra scheda tecnica sui metalli liquidi di indio e gallio indica che questi sono corrosivi per molti metalli. I metalli liquidi di indio e gallio(Indalloy 51E) reagiranno con l'acciaio inossidabile?
Ecco la risposta del nostro metallurgista, Bob Jarret:
Risposta breve:
Le leghe di gallio sono state testate in sostituzione dei metalli liquidi NaK per i contenitori dei reattori e si sono comportate in modo accettabile fino a ~ 600°C. Vengono anche utilizzate negli interruttori con elettrodi in acciaio inossidabile immersi (l'elemento di rottura è solitamente il tantalio per ridurre i danni da arco elettrico). Non credo che i componenti inossidabili si usurino alle temperature utilizzate per l'applicazione dell'Indalloy 51E.
Risposta lunga:
Qualsiasi metallo liquido bagnerà un'altra superficie metallica pulita. Nelle interazioni pratiche, sottili strati di ossigeno, azoto e carbonio sono spesso sufficienti a impedire la bagnatura (la scienza della chimica di superficie e dei flussi è stata sviluppata per superare questi problemi).
Le leghe di gallio sono in grado di abbattere questo strato superficiale senza alcun flusso. In questo modo il metallo di base e la lega liquida entrano in intimo contatto. Se il metallo di base ha una solubilità apprezzabile nel gallio, si dissolverà. La velocità è limitata dal trasporto di massa dal solido alla lega liquida. La temperatura, la turbolenza e la solubilità del gallio nel metallo influenzano la velocità.
Se la temperatura di esposizione è sufficientemente calda, gli elementi in acciaio inossidabile iniziano a dissolversi nella lega. La turbolenza sulla superficie della lega rompe lo strato limite di diffusione, come l'agitazione per sciogliere lo zucchero nel caffè. Fino a ~400-600°C il ferro, il cromo e il nichel dell'acciaio inossidabile sono essenzialmente reciprocamente insolubili con il gallio (come nel caso degli elementi refrattari tantalio, tungsteno, molibdeno, zirconio, titanio, ecc.) Al di sopra di questa temperatura, gli elementi dell'acciaio inossidabile iniziano a dissolversi nel gallio.
L'alluminio si trova nello stesso Gruppo Periodico del gallio e i due hanno ampi intervalli di soluzione: ~20% di gallio è solubile nell'alluminio solido e ~1% di alluminio si dissolve nel gallio al suo punto di fusione. Quando le leghe di gallio entrano in contatto con l'alluminio, essenzialmente nessuna barriera di diffusione impedisce al gallio di spostare l'alluminio nel solido e di trasformarsi in un amalgama Al-Ga.
