உலோகக்கலவை உருவாக்கம் மற்றும் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்ளுதல்: ஒரு உலகளாவிய வழிகாட்டி

உங்களைச் சுற்றிப் பாருங்கள். நீங்கள் இதைப் படிக்கப் பயன்படுத்தும் சாதனம், நீங்கள் இருக்கும் கட்டிடம், உங்களைக் கொண்டு செல்லும் வாகனம்—இவை அனைத்தும் பொருள் அறிவியலின் சக்திக்குச் சான்றுகள். இந்த நவீன உலகின் மையத்தில், மிகவும் அடிப்படையானதும் அதே சமயம் நுட்பமானதுமான ஒரு வகை பொருட்கள் உள்ளன, அவை பெரும்பாலும் கவனிக்கப்படாமல் போகின்றன: உலோகக்கலவைகள். உங்கள் சமையலறையில் உள்ள துருப்பிடிக்காத எஃகு முதல் ஜெட் இன்ஜினில் உள்ள மேம்பட்ட சூப்பர் உலோகக்கலவைகள் வரை, நாம் அவற்றால் வரையறுக்கப்பட்ட மற்றும் இயக்கப்பட்ட ஒரு யுகத்தில் வாழ்கிறோம். ஆனால் உலோகக்கலவை என்றால் என்ன, அத்தகைய அசாதாரண பண்புகளைக் கொண்டிருக்குமாறு அவற்றை நாம் எவ்வாறு வடிவமைக்கிறோம்?

இந்த விரிவான வழிகாட்டி உலோகக்கலவைகளின் கலையையும் அறிவியலையும் எளிமையாக்கும். அணு மட்டத்திலிருந்து பெரிய அளவிலான தொழில்துறை உற்பத்தி வரை நாம் பயணிப்போம், இந்த உலோகக் கலவைகள் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன மற்றும் வலிமை, இலேசான தன்மை, அரிமானத் தடுப்பு போன்ற குறிப்பிட்ட குணாதிசயங்களை எது அவற்றுக்குக் கொடுக்கிறது என்பதை ஆராய்வோம்—இவை மனித நாகரிகத்தை வடிவமைத்து, உலகெங்கிலும் தொழில்நுட்ப கண்டுபிடிப்புகளைத் தொடர்ந்து ஊக்குவிக்கின்றன.

அடிப்படை கேள்வி: உலோகக்கலவை என்றால் என்ன?

மிக எளிமையாகச் சொல்வதானால், ஒரு உலோகக்கலவை என்பது இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களை ஒன்றாக உருக்கி உருவாக்கப்படும் ஒரு பொருளாகும், அவற்றில் குறைந்தபட்சம் ஒன்று உலோகமாக இருக்கும். இதன் விளைவாக வரும் கலவை உலோகப் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, அவை அதன் தனிப்பட்ட கூறுகளின் பண்புகளை விட பெரும்பாலும் சிறந்தவை. முதன்மை உலோகம் அடிப்படை உலோகம் அல்லது கரைப்பான் என்று அழைக்கப்படுகிறது, அதே சமயம் சேர்க்கப்படும் மற்ற தனிமங்கள் கலப்புத் தனிமங்கள் அல்லது கரைபொருட்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன.

எளிய கலவைக்கு அப்பால்: அணு நிலை

உலோகக்கலவைகளை உண்மையாகப் புரிந்துகொள்ள, நாம் அணு அளவில் சிந்திக்க வேண்டும். தூய உலோகங்கள் ஒரு கூடையில் நேர்த்தியாக அடுக்கப்பட்ட ஆரஞ்சுப் பழங்களைப் போல, ஒரு வழக்கமான, படிக அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன. அணுக்கள் மீண்டும் மீண்டும் வரும் ஒரு படிகக்கூட்டில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும். இந்த ஒழுங்குமுறை, ஒரு விசை பயன்படுத்தப்படும்போது அணுக்களின் அடுக்குகளை, அல்லது வழுக்குத் தளங்களை, ஒப்பீட்டளவில் எளிதாக ஒன்றன் மீது ஒன்று சறுக்க அனுமதிக்கிறது. தங்கம், தாமிரம், மற்றும் அலுமினியம் போன்ற பல தூய உலோகங்கள் மென்மையாகவும் நீளும் தன்மையுடனும் இருப்பதற்கு இதுவே காரணம்.

உலோகக்கலவை செய்வது, படிகக்கூட்டில் வெவ்வேறு அளவிலான அணுக்களை அறிமுகப்படுத்துவதன் மூலம் இந்த நிலையை அடிப்படையாக மாற்றுகிறது. இந்த இடையூறுதான் ஒரு உலோகக்கலவையின் மேம்பட்ட பண்புகளுக்கு முக்கியமாகும். இது இரண்டு முதன்மையான வழிகளில் நிகழ்கிறது:

• பதிலீட்டு உலோகக்கலவைகள்: இந்த வகையில், கலப்புத் தனிமத்தின் அணுக்கள் தோராயமாக அடிப்படை உலோக அணுக்களின் அதே அளவில் இருக்கும். அவை படிகக்கூட்டில் சில அடிப்படை உலோக அணுக்களின் இடத்தைப் பிடிக்கின்றன—அல்லது பதிலீடு செய்கின்றன. கூடையில் உள்ள சில ஆரஞ்சுப் பழங்களுக்குப் பதிலாக சற்றே பெரிய அல்லது சிறிய திராட்சைப்பழங்களை வைப்பதாகக் கற்பனை செய்து பாருங்கள். இந்த அளவு வேறுபாடு வழக்கமான தளங்களை சிதைத்து, அவை சறுக்குவதை மிகவும் கடினமாக்குகிறது. தாமிரம் மற்றும் துத்தநாகத்தின் உலோகக்கலவையான பித்தளை, ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு. துத்தநாக அணுக்கள் தாமிர அணுக்களை பதிலீடு செய்வதால், பித்தளை தூய தாமிரத்தை விட கணிசமாக கடினமாகவும் வலிமையாகவும் மாறுகிறது.
• இடைச்செருகல் உலோகக்கலவைகள்: இங்கே, கலப்பு அணுக்கள் அடிப்படை உலோக அணுக்களை விட மிகவும் சிறியதாக இருக்கும். அவை அடிப்படை அணுக்களை மாற்றுவதில்லை, மாறாக அவற்றிற்கு இடையேயுள்ள சிறிய இடைவெளிகளில், அல்லது இடைச்செருகல்களில், பொருந்திக்கொள்கின்றன. ஆரஞ்சுப் பழங்களுக்கு இடையேயான இடைவெளிகளில் சிறிய கோலிக் குண்டுகளைப் போடுவதைப் பற்றி சிந்தியுங்கள். இந்த சிறிய அணுக்கள் ஆப்புகள் போல செயல்பட்டு, அணு அடுக்குகளை இடத்தில் நிறுத்தி, அவற்றின் இயக்கத்தை கடுமையாகக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. எஃகு ஒரு மிகச்சிறந்த இடைச்செருகல் உலோகக்கலவையாகும், இதில் சிறிய கார்பன் அணுக்கள் இரும்பு படிகக்கூட்டிலுள்ள இடைவெளிகளில் பொருந்தி, மென்மையான இரும்பை வானளாவிய கட்டிடங்களைக் கட்டக்கூடிய ஒரு பொருளாக மாற்றுகின்றன.

பல மேம்பட்ட உலோகக்கலவைகளில், பதிலீட்டு மற்றும் இடைச்செருகல் வழிமுறைகள் ஒரே நேரத்தில் நிகழ்கின்றன, இது மிகவும் தனிப்பயனாக்கப்பட்ட பண்புகளுடன் கூடிய சிக்கலான நுண் கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகிறது.

தூய உலோகங்களை விட உலோகக்கலவைகள் ஏன் சிறந்தவை

நம்மிடம் தூய உலோகங்கள் இருக்கும்போது, உலோகக்கலவைகளை உருவாக்கும் சிரமத்தை ஏன் மேற்கொள்ள வேண்டும்? தூய தனிமங்களின் உள்ளார்ந்த வரம்புகளைக் கடப்பதில் பதில் உள்ளது. தூய உலோகங்கள் பெரும்பாலும்:

• மிகவும் மென்மையானவை: குறிப்பிட்டபடி, தூய இரும்பு கட்டுமானத்திற்கு மிகவும் மென்மையானது, மற்றும் தூய தங்கம் நீடித்த நகைகளுக்கு மிகவும் மென்மையானது.
• அதிக வினைத்திறன் கொண்டவை: இரும்பு மற்றும் அலுமினியம் போன்ற பல உலோகங்கள், சுற்றுச்சூழலுடன் எளிதில் வினைபுரிகின்றன. இரும்பு துருப்பிடிக்கிறது, அலுமினியம் ஒரு பாதுகாப்பு ஆக்சைடு அடுக்கை உருவாக்கினாலும், இந்த அடுக்கு பல கடினமான பயன்பாடுகளுக்குப் போதுமானதாக இல்லை.
• குறிப்பிட்ட பண்புகள் இல்லாதவை: ஒரு தூய உலோகம் ஒரு குறிப்பிட்ட தொழில்நுட்பத் தேவைக்கு சரியான உருகுநிலை, மின் எதிர்ப்பு அல்லது காந்தப் பண்புகளைக் கொண்டிருக்காது.

உலோகக்கலவை என்பது ஒரு திட்டமிட்ட வடிவமைப்பின் செயல்முறையாகும். அடிப்படை உலோகம் மற்றும் கலப்புத் தனிமங்களின் வகை மற்றும் சதவீதத்தை கவனமாகத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், பொருள் விஞ்ஞானிகள் விரும்பிய பண்புகளின் துல்லியமான கலவையுடன் பொருட்களை வடிவமைக்க முடியும், இது தூய தனிமங்கள் வழங்க முடியாத ஒரு புதிய சாத்தியக்கூறுகளின் தட்டையை உருவாக்குகிறது.

நவீனத்துவத்தின் உலைக்களம்: உலோகக்கலவைகள் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன

ஒரு உலோகக்கலவையின் உருவாக்கம் ஒரு துல்லியமான உற்பத்தி செயல்முறையாகும், இது கடந்த கால இரசவாதிகளின் கொப்பரைகளிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ளது. நவீன முறைகள் தூய்மை, நிலைத்தன்மை மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட, சீரான அணு அமைப்பை அடையும் திறனுக்காக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.

பாரம்பரிய முறை: உருக்குதல் மற்றும் திடப்படுத்துதல்

உலோகக்கலவைகளை உருவாக்குவதற்கான மிகவும் பொதுவான முறை, வெறுமனே உருக்கி கலப்பதன் ஒரு சுத்திகரிக்கப்பட்ட பதிப்பாகும். இந்த செயல்முறை பொதுவாக பின்வருவனவற்றை உள்ளடக்கியது:

1. உருக்குதல்: அடிப்படை உலோகம் ஒரு பெரிய உலையில் திரவமாக மாறும் வரை சூடாக்கப்படுகிறது. உலையின் வகை அளவு மற்றும் சம்பந்தப்பட்ட உலோகங்களைப் பொறுத்தது. மின்சார வில் உலைகள் (EAF) பழைய எஃகு கழிவுகளை உருக்க சக்திவாய்ந்த மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன, அதே சமயம் தூண்டல் உலைகள் மின்கடத்தும் உலோகங்களை சூடாக்க மின்காந்த புலங்களைப் பயன்படுத்துகின்றன.
2. கலப்புத் தனிமங்களைச் சேர்த்தல்: அடிப்படை உலோகம் உருகியவுடன், முன் அளவிடப்பட்ட கலப்புத் தனிமங்கள் சேர்க்கப்படுகின்றன. திரவ நிலை, பரவல் மற்றும் வெப்பச்சலனத்தால் இயக்கப்பட்டு, அணுக்கள் முழுமையாகக் கலக்க அனுமதிக்கிறது, இது ஒரு ஒரேவிதமான கரைசலை உறுதி செய்கிறது.
3. சுத்திகரிப்பு: 'உருக்கு' அல்லது 'ஹீட்' என்று அழைக்கப்படும் உருகிய கலவை, ஆக்சிஜன், சல்பர் அல்லது பாஸ்பரஸ் போன்ற அசுத்தங்களை அகற்ற பெரும்பாலும் சுத்திகரிக்கப்படுகிறது, இது இறுதிப் பண்புகளுக்குத் தீங்கு விளைவிக்கும். இது திரவத்தின் வழியாக ஆர்கான் போன்ற மந்த வாயுக்களைக் குமிழியிடுவதை அல்லது அசுத்தங்களுடன் பிணைந்து மேலே கசடுகளாக மிதக்கும் துப்புரவு தனிமங்களைச் சேர்ப்பதை உள்ளடக்கலாம்.
4. திடப்படுத்துதல் (வார்ப்பு): சுத்திகரிக்கப்பட்ட உருகிய உலோகக்கலவை பின்னர் திடப்படுத்த அச்சுகளில் ஊற்றப்படுகிறது. குளிரூட்டும் வேகம் ஒரு முக்கியமான மாறியாகும். விரைவான குளிரூட்டல் (குவென்சிங்) அணுக்களை ஒரு குறிப்பிட்ட அமைப்பில் சிக்க வைக்க முடியும், அதே சமயம் மெதுவான குளிரூட்டல் அணுக்களுக்கு வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளில் (கட்டங்கள்) நிலைபெற அதிக நேரம் அளிக்கிறது. குளிரூட்டலின் மீதான இந்த கட்டுப்பாடு, உலோகக்கலவையின் இறுதி நுண்கட்டமைப்பு மற்றும் பண்புகளைச் சரிசெய்வதற்கான ஒரு சக்திவாய்ந்த கருவியாகும். திடப்படுத்தப்பட்ட வடிவங்கள் கட்டிகள், அடுకులు அல்லது பில்லெட்டுகளாக இருக்கலாம், அவை பின்னர் உருட்டுதல், புனைதல் அல்லது வெளித்தள்ளல் மூலம் மேலும் செயலாக்கப்படுகின்றன.

அடியிலிருந்து கட்டமைத்தல்: தூள் உலோகவியல்

சில உயர் செயல்திறன் கொண்ட பொருட்களுக்கு, உருக்குவது சாத்தியமற்றது அல்லது உகந்ததல்ல. இங்குதான் தூள் உலோகவியல் வருகிறது. இந்த நுட்பம் இதற்கு அவசியம்:

• மிக அதிக உருகுநிலைகளைக் கொண்ட உலோகங்கள் (எ.கா., டங்ஸ்டன்).
• திரவ நிலையில் நன்றாகக் கலக்காத தனிமங்களிலிருந்து உலோகக்கலவைகளை உருவாக்குதல்.
• குறைந்தபட்ச இயந்திர κατεργασίαவுடன் சிக்கலான, நிகர வடிவ பாகங்களைத் தயாரித்தல்.

தூள் உலோகவியல் செயல்முறை பின்வருவனவற்றை உள்ளடக்கியது:

1. கலத்தல்: பகுதிப்பொருளான உலோகங்களின் மிக நுண்ணிய தூள்கள் துல்லியமாக அளவிடப்பட்டு கலக்கப்படுகின்றன.
2. அமுக்குதல்: கலந்த தூள் ஒரு அச்சில் வைக்கப்பட்டு, 'பச்சை கச்சிதம்' என்று அழைக்கப்படும் ஒரு திடமான, ஆனால் நுண்ணிய வடிவத்தை உருவாக்க மகத்தான அழுத்தத்தின் கீழ் அமுக்கப்படுகிறது.
3. சிண்டரிங்: பச்சை கச்சிதம் ஒரு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட-வளிமண்டல உலையில் முக்கிய பகுதிப்பொருளின் உருகுநிலைக்குக் கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் சூடாக்கப்படுகிறது. இந்த வெப்பநிலையில், அணுக்கள் துகள்களின் எல்லைகளைக் கடந்து பரவி, அவற்றை ஒன்றாகப் பிணைத்து, பாகத்தை ஒரு திடமான, ஒத்திசைவான நிறையாக அடர்த்தியாக்குகின்றன.

ஒரு சிறந்த எடுத்துக்காட்டு டங்ஸ்டன் கார்பைடு, இது வெட்டும் கருவிகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது ஒரு உண்மையான உலோகக்கலவை அல்ல, ஆனால் ஒரு செர்மெட் (பீங்கான்-உலோகக் கூட்டுப்பொருள்) ஆகும், இது டங்ஸ்டன் கார்பைடு தூளை கோபால்ட் போன்ற ஒரு உலோகப் பிணைப்பானுடன் சிண்டரிங் செய்வதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை உருக்குவதன் மூலம் உற்பத்தி செய்ய முடியாத தீவிர கடினத்தன்மை கொண்ட ஒரு பொருளை உருவாக்குகிறது.

மேம்பட்ட மேற்பரப்பு பொறியியல்

சில நேரங்களில், ஒரு பாகத்தின் மேற்பரப்பிற்கு மட்டுமே மேம்பட்ட பண்புகள் தேவைப்படுகின்றன. மேம்பட்ட நுட்பங்கள் ஒரு பாகத்தின் மேற்பரப்பில் மட்டுமே ஒரு உலோகக்கலவையை உருவாக்க முடியும். அயன் பொருத்துதல் (ஒரு கலப்புத் தனிமத்தின் அயனிகளை மேற்பரப்பில் சுடுவது) மற்றும் இயற்பியல் நீராவிப் படிவு (PVD) (ஒரு அடி மூலக்கூறின் மீது ஒரு உலோகக்கலவையின் மெல்லிய படலத்தைப் படிய வைப்பது) போன்ற முறைகள் நுண்மின்னணுவியல் போன்ற தொழில்களிலும், கருவிகளில் தேய்மானத்தைத் தடுக்கும் பூச்சுகளை உருவாக்குவதற்கும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அணியை புரிந்துகொள்ளுதல்: கலவை எவ்வாறு பண்புகளை வரையறுக்கிறது

ஒரு உலோகக்கலவையின் மாயாஜாலம் அதன் அணு கலவை, அதன் நுண்கட்டமைப்பு மற்றும் அதன் பெரிய அளவிலான பண்புகளுக்கு இடையிலான நேரடி இணைப்பில் உள்ளது. ஒரு சில சதவீதம்—அல்லது ஒரு சதவீதத்தின் பின்னங்கள் கூட—ஒரு கலப்புத் தனிமத்தைச் சேர்ப்பதன் மூலம், நாம் ஒரு உலோகத்தின் நடத்தையை அடிப்படையாக மாற்ற முடியும்.

வலிமை மற்றும் கடினத்தன்மைக்கான தேடல்

விவாதித்தபடி, வலிமைப்படுத்துவதற்கான முதன்மை வழிமுறை படிகக்கூட்டிலுள்ள வழுக்குத் தளங்களின் சீர்குலைவு ஆகும். பதிலீட்டு அல்லது இடைச்செருகலாக இருந்தாலும், அயல் அணுக்கள் தடைகளாக செயல்படுகின்றன. ஒரு அணு அடுக்கை நகர்த்த, இந்த தடுப்புப் புள்ளிகளைக் கடந்து செல்ல அதிக ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. படிகக்கூடு எவ்வளவு சீர்குலைக்கப்படுகிறதோ, அவ்வளவு கடினமாகவும் வலிமையாகவும் பொருள் மாறுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு: கார்பன் எஃகு. தூய இரும்பு ஒப்பீட்டளவில் மென்மையானது. 0.2% கார்பனைச் சேர்ப்பது அதன் வலிமையை மும்மடங்கு அதிகரிக்கலாம். 1% கார்பனில், வலிமை தூய இரும்பை விட பத்து மடங்கு இருக்கலாம். இடைச்செருகல் தளங்களில் உள்ள சிறிய கார்பன் அணுக்கள் மகத்தான உள் திரிபை உருவாக்குகின்றன, இது இடப்பெயர்ச்சி இயக்கத்தை மிகவும் கடினமாக்குகிறது. இந்த ஒற்றை, எளிய சேர்ப்பு நவீன கட்டுமானம் மற்றும் தொழில்துறையின் முதுகெலும்பாக விளங்கும் பொருளுக்கு காரணமாகும்.

சிதைவுக்கு எதிரான கவசம்: அரிமானத் தடுப்பை அடைதல்

அரிமானம், இரும்பு துருப்பிடிப்பது போல, ஒரு உலோகம் அதன் சுற்றுச்சூழலுடன் வினைபுரிந்து சிதைவடையும் ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையாகும். சில உலோகக்கலவைகள் இதை எதிர்க்க பிரத்யேகமாக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. மிகவும் பிரபலமான வழிமுறை செயலற்றதாக்குதல் ஆகும்.

எடுத்துக்காட்டு: துருப்பிடிக்காத எஃகு. துருப்பிடிக்காத எஃகு என்பது இரும்பு, கார்பன் மற்றும் ஒரு முக்கியமான தனிமம்: குரோமியம் (குறைந்தது 10.5%) ஆகியவற்றின் உலோகக்கலவையாகும். ஆக்சிஜனுக்கு வெளிப்படும்போது, மேற்பரப்பில் உள்ள குரோமியம் அணுக்கள் உடனடியாக வினைபுரிந்து குரோமியம் ஆக்சைடின் மிக மெல்லிய, நிலையான மற்றும் கண்ணுக்குத் தெரியாத அடுக்கை உருவாக்குகின்றன. இந்த செயலற்ற படலம் மந்தமானது மற்றும் நுண்ணியமற்றது, அடியில் உள்ள இரும்பை ஆக்சிஜன் மற்றும் ஈரப்பதத்துடன் தொடர்பு கொள்வதிலிருந்து தடுக்கிறது. இன்னும் குறிப்பிடத்தக்க வகையில், மேற்பரப்பு கீறப்பட்டால், வெளிப்பட்ட குரோமியம் உடனடியாக ஆக்சிஜனுடன் வினைபுரிந்து பாதுகாப்பு அடுக்கை சரிசெய்கிறது. இந்த tự-சரிசெய்யும் கவசம் தான் துருப்பிடிக்காத எஃகுக்கு அதன் புகழ்பெற்ற "துருப்பிடிக்காத" குணத்தை அளிக்கிறது, இது அறுவை சிகிச்சை கருவிகள் முதல் உணவு பதப்படுத்தும் உபகரணங்கள் வரை அனைத்திற்கும் அவசியமாக்குகிறது.

சமநிலைப்படுத்தும் செயல்: நீளும் தன்மை, தட்டாகும் தன்மை, மற்றும் உறுதித்தன்மை

வலிமையும் கடினத்தன்மையும் பெரும்பாலும் விரும்பத்தக்கவை என்றாலும், அவை பொதுவாக ஒரு விலையுடன் வருகின்றன. ஒரு உலோகக்கலவை வலிமையாகும்போது, அது பெரும்பாலும் நொறுங்கும் தன்மையுடையதாகிறது—அதாவது, குறைந்த நீளும் தன்மை (கம்பியாக நீட்டக்கூடியது) மற்றும் குறைந்த தட்டாகும் தன்மை (தகடாக அடிக்கக்கூடியது) கொண்டது. மிகவும் கடினமான ஒரு பொருள் தாக்கத்தின் கீழ் கண்ணாடி போல உடையலாம்.

உலோகவியலாளர்கள் ஒரு கவனமான சமநிலைப்படுத்தும் செயலைச் செய்ய வேண்டும். உறுதித்தன்மை என்பது ஒரு பொருள் ஆற்றலை உறிஞ்சி, உடையாமல் உருமாறும் திறனின் அளவீடு ஆகும். வலிமையாகவும் மற்றும் உறுதியாகவும் இருக்கும் ஒரு உலோகக்கலவையை உருவாக்குவதே பெரும்பாலும் குறிக்கோளாகும். இது கடினமான, வலுப்படுத்தும் கட்டங்கள் மற்றும் மென்மையான, அதிக நீளும் தன்மை கொண்ட கட்டங்கள் இரண்டையும் கொண்ட சிக்கலான நுண்கட்டமைப்புகளை உருவாக்கும் கலவை மற்றும் வெப்ப சிகிச்சை செயல்முறைகளின் கலவையின் மூலம் அடையப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு: தங்க உலோகக்கலவைகள். தூய 24-காரட் தங்கம் மிகவும் மென்மையானது. நகைகளுக்கு நீடித்ததாக மாற்ற, இது தாமிரம், வெள்ளி, மற்றும் துத்தநாகம் போன்ற பிற உலோகங்களுடன் கலக்கப்படுகிறது. ஒரு 18-காரட் தங்க உலோகக்கலவை (75% தங்கம்) கணிசமாக கடினமாகவும் கீறல் எதிர்ப்புத்திறன் கொண்டதாகவும் இருக்கிறது, ஆனாலும் சிக்கலான வடிவமைப்புகளில் செதுக்கப்படுவதற்கு போதுமான தட்டாகும் தன்மையைத் தக்க வைத்துக் கொண்டுள்ளது.

ஓட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்துதல்: மின் மற்றும் வெப்ப பண்புகள்

ஒரு தூய உலோகத்தில், வழக்கமான படிகக்கூடு எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த எதிர்ப்புடன் பாய அனுமதிக்கிறது, இது அவற்றை சிறந்த மின் கடத்திகளாக ஆக்குகிறது. கலப்பு அணுக்களின் அறிமுகம் இந்த எலக்ட்ரான்களைச் சிதறடித்து, மின் தடையை அதிகரிக்கிறது.

மின் கம்பிகளுக்கு (அவை அதிக தூய்மையான அலுமினியம் அல்லது தாமிரத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன) இது விரும்பத்தகாததாக இருந்தாலும், மற்ற பயன்பாடுகளுக்கு இதுவே தேவைப்படுகிறது. நிக்ரோம், நிக்கல் மற்றும் குரோமியத்தின் உலோகக்கலவை, அதிக எதிர்ப்புத்திறனைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் அதிக வெப்பநிலையில் எரிந்து போகாமல் தடுக்கும் ஒரு நிலையான ஆக்சைடு அடுக்கையும் உருவாக்குகிறது. இது உலகெங்கிலும் உள்ள டோஸ்டர்கள், மின் ஹீட்டர்கள் மற்றும் அடுப்புகளில் உள்ள வெப்பமூட்டும் கூறுகளுக்கு சரியான பொருளாக அமைகிறது.

அத்தியாவசிய உலோகக்கலவைகளின் தொகுப்பு மற்றும் அவற்றின் உலகளாவிய தாக்கம்

உலோகக்கலவைகள் உலகளாவிய தொழில்நுட்பத்தின் பாராட்டப்படாத நாயகர்கள். இங்கே நமது உலகை அடிப்படையாக வடிவமைத்த சில முக்கிய எடுத்துக்காட்டுகள் உள்ளன.

எஃகுகள்: உலகின் கட்டமைப்பு முதுகெலும்பு

இரும்பு மற்றும் கார்பனின் உலோகக்கலவைகளாக, எஃகுகள் பூமியில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் உலோகப் பொருட்கள் ஆகும். பிரேசிலில் கான்கிரீட்டை வலுப்படுத்தும் ரீபார் முதல் சீனாவில் அதிவேக ரயில் பாதைகள் மற்றும் ஜெர்மனியில் ஆட்டோமொபைல்களின் சேஸ் வரை, எஃகின் குறைந்த விலை, அதிக வலிமை மற்றும் பல்துறைத்திறன் ஆகியவற்றின் கலவை ஈடு இணையற்றது. கார்பன் எஃகுகள், கலப்பு எஃகுகள் (உறுதித்தன்மைக்காக மாங்கனீஸ் மற்றும் நிக்கல் போன்ற தனிமங்களுடன்) மற்றும் துருப்பிடிக்காத எஃகுகள் உட்பட எஃகுகளின் குடும்பம் பரந்தது.

அலுமினிய உலோகக்கலவைகள்: நவீன பயணத்தின் இறக்கைகள்

தூய அலுமினியம் இலேசானது ஆனால் பலவீனமானது. தாமிரம், மெக்னீசியம் மற்றும் துத்தநாகம் போன்ற தனிமங்களுடன் அதை கலப்பதன் மூலம், விதிவிலக்கான வலிமை-எடை விகிதத்துடன் கூடிய பொருட்களை உருவாக்குகிறோம். இந்த உலோகக்கலவைகள் ஏர்பஸ் (ஐரோப்பா) மற்றும் போயிங் (அமெரிக்கா) போன்ற உற்பத்தியாளர்களிடமிருந்து விமானங்களின் உடற்பகுதி மற்றும் இறக்கைகளில் பயன்படுத்தப்படும் விண்வெளித் துறையின் மூலக்கல்லாகும். இந்த எடை குறைப்பு வாகனத் துறையிலும் முக்கியமானது, அங்கு அலுமினிய உலோகக்கலவைகள் எரிபொருள் செயல்திறனை மேம்படுத்த உதவுகின்றன மற்றும் மின்சார வாகனங்களில், பேட்டரிகளின் கனமான எடையைச் சமன் செய்கின்றன.

செப்பு உலோகக்கலவைகள்: வெண்கலம் மற்றும் பித்தளை

வெண்கலம் (முதன்மையாக தாமிரம் மற்றும் தகரம்) மிகவும் முக்கியமானதாக இருந்ததால் அது மனித வரலாற்றின் ஒரு முழு சகாப்தத்திற்கும் பெயரிட்டது. இன்று, கடல்நீர் அரிமானத்திற்கு அதன் எதிர்ப்புத்திறன் கப்பல் புரோப்பல்லர்கள், மூழ்கிய தாங்கு உருளைகள் மற்றும் கடல்சார் வன்பொருள்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. பித்தளை (தாமிரம் மற்றும் துத்தநாகம்) அதன் ஒலி பண்புகளுக்காக (இசைக் கருவிகளில்), குறைந்த உராய்வுக்காக (பொருத்துதல்கள் மற்றும் இணைப்பிகளில்), மற்றும் கிருமிநாசினி விளைவுக்காக மதிக்கப்படுகிறது.

டைட்டேனியம் உலோகக்கலவைகள்: தீவிர செயல்திறனுக்காக

செயல்திறன் முதன்மையாக இருக்கும்போது டைட்டேனியம் உலோகக்கலவைகள் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட பொருட்கள் ஆகும். அவை பல எஃகுகளைப் போல வலிமையானவை ஆனால் கிட்டத்தட்ட பாதி எடை கொண்டவை. அவை சிறந்த அரிமான எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் உயிரி இணக்கத்தன்மையையும் கொண்டுள்ளன (அவை மனித உடலுடன் வினைபுரிவதில்லை). இது அவற்றை உயர் செயல்திறன் கொண்ட விண்வெளிப் பாகங்களுக்கும் (லாக்ஹீட் SR-71 பிளாக்பேர்டில் உள்ளதைப் போல), மற்றும் உலகெங்கிலும் உள்ள நோயாளிகளால் பயன்படுத்தப்படும் செயற்கை இடுப்பு மற்றும் பல் பொருத்தங்கள் போன்ற உயிர்மருத்துவ உள்வைப்புகளுக்கும் இன்றியமையாததாக ஆக்குகிறது.

சூப்பர் உலோகக்கலவைகள் மற்றும் சிறப்புப் பொருட்கள்

உலோகக்கலவை தொழில்நுட்பத்தின் உச்சத்தில் சூப்பர் உலோகக்கலவைகள் உள்ளன. இவை பொதுவாக நிக்கல், கோபால்ட் அல்லது இரும்பை அடிப்படையாகக் கொண்டவை மற்றும் தீவிர சூழல்களைத் தாங்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன: மகத்தான அழுத்தம், அரிக்கும் வளிமண்டலங்கள் மற்றும் அவற்றின் உருகுநிலையை நெருங்கும் வெப்பநிலை. இன்கோனல் போன்ற நிக்கல் அடிப்படையிலான சூப்பர் உலோகக்கலவைகள் ஜெட் என்ஜின்களுக்குள் உள்ள டர்பைன் பிளேடுகளை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவை அதிவெப்ப வாயுவால் தாக்கப்படும்போது நம்பமுடியாத வேகத்தில் சுழல்கின்றன.

மற்றொரு கவர்ச்சிகரமான வகை வடிவ நினைவு உலோகக்கலவைகள் (SMAs) ஆகும். நிட்டினால் (நிக்கல்-டைட்டேனியம்) ஒரு வெப்பநிலையில் சிதைக்கப்பட்டு, பின்னர் சூடாக்கப்படும்போது, அதன் அசல், "நினைவில்" உள்ள வடிவத்திற்குத் திரும்பும். இந்த தனித்துவமான பண்பு மருத்துவ ஸ்டென்ட்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அவை சுருக்கப்பட்ட வடிவத்தில் ஒரு தமனிக்குள் செருகப்பட்டு பின்னர் உடல் வெப்பத்துடன் விரிவடைந்து இரத்த நாளத்தைத் திறக்கின்றன.

அடுத்த எல்லை: உலோகக்கலவை வளர்ச்சியின் எதிர்காலம்

உலோகவியல் துறை தேக்க நிலையில் இருந்து வெகு தொலைவில் உள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் புதிய தொழில்நுட்பங்களின் கோரிக்கைகள் மற்றும் நிலைத்தன்மையில் அதிகரித்து வரும் கவனம் ஆகியவற்றால் உந்தப்பட்டு, சாத்தியமானவற்றின் எல்லைகளைத் தொடர்ந்து தள்ளுகின்றனர்.

டிஜிட்டல் யுகத்தில் உலோகக்கலவைகளை வடிவமைத்தல்

பாரம்பரியமாக, புதிய உலோகக்கலவைகளைக் கண்டுபிடிப்பது ஒரு மெதுவான, முயற்சி-மற்றும்-தவறு செயல்முறையாக இருந்தது. இன்று, கணினிசார் பொருள் அறிவியல் இந்தத் துறையில் புரட்சியை ஏற்படுத்துகிறது. விஞ்ஞானிகள் இப்போது சக்திவாய்ந்த கணினி உருவகப்படுத்துதல்கள் மற்றும் AI ஐப் பயன்படுத்தி வெவ்வேறு தனிமங்களின் கலவைகளின் அணு தொடர்புகளை மாதிரியாக்க முடியும். பொருட்கள் மரபணு முன்முயற்சி போன்ற முன்முயற்சிகள் பொருள் பண்புகளின் ஒரு தரவுத்தளத்தை உருவாக்கும் நோக்கம் கொண்டுள்ளன, இது ஆய்வகத்தில் ஒரு கிராம் கூட உருக்குவதற்கு முன்பே குறிப்பிட்ட, இலக்கு வைக்கப்பட்ட பண்புகளுடன் கூடிய புதிய உலோகக்கலவைகளின் விரைவான, மெய்நிகர் வடிவமைப்பை அனுமதிக்கிறது.

புதிய எல்லையை வரைபடம் ஆக்குதல்: உயர்-என்ட்ரோபி உலோகக்கலவைகள் (HEAs)

நூற்றாண்டுகளாக, உலோகக்கலவைகள் ஒரு முதன்மைத் தனிமத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு மற்றவற்றின் சிறிய சேர்ப்புகளுடன் இருந்தன. ஒரு புதிய முன்னுதாரணத்தை மாற்றும் கருத்து உயர்-என்ட்ரோபி உலோகக்கலவை ஆகும். இந்த உலோகக்கலவைகள் ஐந்து அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட தனிமங்களால் தோராயமாக சம செறிவுகளில் ஆனவை. இது மிகவும் ஒழுங்கற்ற, குழப்பமான அணு அமைப்பை உருவாக்குகிறது, இது குறிப்பிடத்தக்க வலிமை, உறுதித்தன்மை மற்றும் வெப்பநிலை மற்றும் கதிர்வீச்சுக்கு எதிர்ப்பு உள்ளிட்ட விதிவிலக்கான பண்புகளை விளைவிக்கலாம். HEAs என்பது இணைவு உலைகள் முதல் ஆழமான விண்வெளி ஆய்வு வரை அனைத்திலும் சாத்தியமான பயன்பாடுகளைக் கொண்ட ஒரு சூடான ஆராய்ச்சிப் பகுதியாகும்.

ஒரு பசுமையான அணுகுமுறை: நிலையான உலோகவியல்

உலகம் ஒரு சுழற்சிப் பொருளாதாரத்தில் கவனம் செலுத்துவதால், உலோகக்கலவை வடிவமைப்பும் உருவாகி வருகிறது. இதில் அதிகரித்து வரும் முக்கியத்துவம் உள்ளது:

• அதிக அளவில் கிடைக்கும் மற்றும் குறைந்த நச்சுத்தன்மையுள்ள தனிமங்களைப் பயன்படுத்துதல்.
• மறுசுழற்சி செய்வதற்கும், அவற்றின் பகுதிப் பொருட்களாக மீண்டும் பிரிப்பதற்கும் எளிதான உலோகக்கலவைகளை வடிவமைத்தல்.
• கழிவு மற்றும் மாற்றுச் செலவுகளைக் குறைக்க நீண்ட ஆயுட்காலம் மற்றும் சிதைவுக்கு சிறந்த எதிர்ப்புத்திறன் கொண்ட உலோகக்கலவைகளை உருவாக்குதல்.

முடிவுரை: வடிவமைக்கப்பட்ட பொருட்களின் நீடித்த முக்கியத்துவம்

உலோகக்கலவைகள் வெறும் உலோகங்களின் எளிய கலவைகளை விட மிக அதிகம். அவை தூய தனிமங்களின் வரம்புகளைக் கடந்து, தொழில்நுட்பத்தால் கோரப்படும் பண்புகளின் துல்லியமான தொகுப்பை வழங்க அணு மட்டத்தில் வடிவமைக்கப்பட்ட, சிக்கலான முறையில் உருவாக்கப்பட்ட பொருட்கள். தாழ்மையான எஃகு ஆணி முதல் சிக்கலான சூப்பர் உலோகக்கலவை பிளேடு வரை, அவை பொருளைப் பற்றிய நமது அறிவியல் புரிதலின் பௌதீக வெளிப்பாடாகும்.

கலவை மற்றும் செயலாக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், ஒரு பொருளின் வலிமை, எடை, ஆயுள் மற்றும் அதன் சுற்றுச்சூழலுக்கான பதிலை நாம் சரிசெய்ய முடியும். நாம் எதிர்காலத்தை நோக்கும்போது—அதிக திறமையான போக்குவரத்து, நிலையான ஆற்றல் மற்றும் புரட்சிகரமான மருத்துவ சாதனங்கள்—புதிய மற்றும் மேம்பட்ட உலோகக்கலவைகளின் வளர்ச்சி மனித முன்னேற்றத்தின் ஒரு மூலக்கல்லாகத் தொடரும், இது நாகரிகம் போலவே பழமையான பொருள் கண்டுபிடிப்பின் பாரம்பரியத்தைத் தொடர்கிறது.