Wir haben einige Fragen zur Verwendung von flüssigem Metall oder Indiumlegierungen, die bei Raumtemperatur flüssig sind und Indium und Gallium enthalten, sowie zu deren Reaktion auf Edelstahl.
Viele Wissenschaftler sind auf der Suche nach einem stabilen, wärmeleitenden flüssigen Material, das NaK ersetzen soll. Unser Datenblatt über die flüssigen Indium/Gallium-Metalle zeigt, dass diese auf viele Metalle korrosiv wirken. Werden die flüssigen Metalle Indium und Gallium(Indalloy 51E) mit rostfreiem Stahl reagieren?
Hier die Antwort von unserem Metallurgen Bob Jarret:
Kurze Antwort:
Die Galliumlegierungen wurden als Ersatz für NaK-Flüssigmetalle in Reaktorbehältern getestet und haben sich bis zu einer Temperatur von 600°C bewährt. Sie werden auch in Schaltern mit eingetauchten Edelstahlelektroden verwendet (das Unterbrechungselement ist in der Regel Tantal, um Schäden durch Lichtbögen zu verringern). Ich glaube nicht, dass bei den Temperaturen, die für die Anwendung von Indalloy 51E verwendet werden, ein Verschleiß von Komponenten aus rostfreiem Stahl zu beobachten ist.
Lange Antwort:
Jedes flüssige Metall wird eine andere saubere Metalloberfläche benetzen. In der Praxis reichen oft dünne Schichten aus Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff aus, um die Benetzung zu verhindern (die Wissenschaft der Oberflächenchemie und der Flussmittel wurde entwickelt, um diese Probleme zu lösen).
Die Galliumlegierungen sind in der Lage, diese Oberflächenschicht ohne Flussmittel abzubauen. Dadurch kommen das unedle Metall und die flüssige Legierung in engen Kontakt. Wenn das unedle Metall eine nennenswerte Löslichkeit in Gallium hat, wird es sich auflösen. Die Geschwindigkeit wird durch den Massentransport vom festen in den flüssigen Teil der Legierung begrenzt. Temperatur, Turbulenz und Löslichkeit des Galliums im Metall beeinflussen die Geschwindigkeit.
Wenn die Temperatur der Einwirkung heiß genug ist, beginnen sich die Edelstahlelemente in der Legierung aufzulösen. Durch Turbulenzen an der Oberfläche der Legierung wird die Diffusionsgrenzschicht aufgebrochen, ähnlich wie beim Umrühren, um Zucker in Kaffee aufzulösen. Bis zu einer Temperatur von etwa 400-600 °C sind Eisen, Chrom und Nickel in nichtrostendem Stahl im Wesentlichen unlöslich mit Gallium (ebenso wie die feuerfesten Elemente Tantal, Wolfram, Molybdän, Zirkonium, Titan usw.). Oberhalb dieser Temperatur beginnen die Elemente des nichtrostenden Stahls, sich im Gallium aufzulösen.
Aluminium gehört zum gleichen Periodensystem wie Gallium, und die beiden haben einen großen Lösungsbereich: ~20 % Gallium ist in festem Aluminium löslich, und ~1 % Aluminium löst sich in Gallium bei dessen Schmelzpunkt. Wenn die Galliumlegierungen mit Aluminium in Kontakt kommen, gibt es praktisch keine Diffusionsbarriere, die verhindert, dass das Gallium das Aluminium im Festkörper verdrängt und zu einem Al-Ga-Amalgam wird.
