Chúng tôi đã nhận được một số câu hỏi về việc sử dụng kim loại lỏng hoặc hợp kim indi - chất lỏng ở nhiệt độ phòng có chứa indi và gali, và phản ứng của chúng với thép không gỉ.
Nhiều nhà khoa học đang tích cực tìm kiếm một vật liệu lỏng dẫn nhiệt ổn định để thay thế NaK. Bảng dữ liệu của chúng tôi về kim loại indium/gallium lỏng cho thấy rằng chúng ăn mòn nhiều kim loại. Liệu các kim loại lỏng là indium và gali ( Indalloy 51E ) có phản ứng với thép không gỉ không?
Sau đây là câu trả lời của nhà luyện kim Bob Jarret :
Trả lời ngắn gọn:
Hợp kim gali đã được thử nghiệm để thay thế cho kim loại lỏng NaK cho bình phản ứng và có hiệu suất chấp nhận được lên đến ~600°C. Chúng cũng được sử dụng trong các công tắc có điện cực thép không gỉ nhúng (phần tử đóng/ngắt thường là tantalum để giảm hư hỏng do hồ quang). Tôi không nghĩ bạn sẽ thấy bất kỳ sự mài mòn nào ở các thành phần thép không gỉ ở nhiệt độ được sử dụng để ứng dụng Indalloy 51E.
Câu trả lời dài:
Bất kỳ kim loại lỏng nào cũng sẽ làm ướt một bề mặt kim loại sạch khác. Trong các tương tác thực tế, các lớp oxy, nitơ và carbon mỏng thường đủ để ngăn chặn việc làm ướt (khoa học về hóa học bề mặt và thông lượng đã được phát triển để khắc phục những vấn đề này).
Hợp kim gali có thể phá vỡ lớp bề mặt này mà không cần bất kỳ chất trợ dung nào. Điều này đặt kim loại cơ bản và hợp kim lỏng tiếp xúc chặt chẽ. Nếu kim loại cơ bản có độ hòa tan đáng kể trong gali, nó sẽ hòa tan. Tốc độ bị giới hạn bởi sự vận chuyển khối lượng từ chất rắn vào hợp kim lỏng. Nhiệt độ, độ nhiễu loạn và độ hòa tan của gali trong kim loại ảnh hưởng đến tốc độ.
Nếu nhiệt độ tiếp xúc đủ nóng, các thành phần thép không gỉ sẽ bắt đầu hòa tan vào hợp kim. Sự nhiễu loạn ở bề mặt hợp kim phá vỡ lớp ranh giới khuếch tán—giống như khuấy để hòa tan đường trong cà phê. Lên đến ~400-600°C, sắt, crom và niken trong thép không gỉ về cơ bản không hòa tan lẫn nhau với gali (giống như trường hợp của các thành phần chịu lửa tantal, vonfram, molypden, zirconi, titan, v.v.). Trên nhiệt độ này, các thành phần trong thép không gỉ bắt đầu hòa tan trong gali.
Nhôm nằm trong cùng Nhóm tuần hoàn với gali và cả hai đều có phạm vi dung dịch rộng – ~20% gali hòa tan trong nhôm rắn và ~1% nhôm hòa tan trong gali tại điểm nóng chảy của nó. Khi hợp kim gali tiếp xúc với nhôm, về cơ bản không có rào cản khuếch tán nào ngăn gali đẩy nhôm ra khỏi chất rắn và biến thành hỗn hợp Al-Ga.
