Двуemetals: Дефиниция, Свойства и Приложения

Биметал е дефиниран като обект, съставен от два отделни метала, свързани заедно чрез металургичен процес. В отличие от сплавите, които са смеси от два или повече метала, биметалите се състоят от слоеве различни метали, които запазват своите индивидуални свойства. Биметалите могат да се наричат и биметални продукти или двукомпонентни материали.

Биметалите се характеризират с две различни метални зони на основните метали, които функционират механически и електрически като единично цяло. Предимството на биметалите е възможността да се използват напълно най-добрите качества на всеки метал в един единствен продукт. Например, биметалите могат да комбинират силата на един метал с корозийната устойчивост на друг, или проводимостта на един метал с икономичността на друг.

Биметалите се използват широко в различни индустрии и приложения, такива като електрически проводници, електрически контакти, термостати, термометри, защитни устройства, часовници, монети, консервени кутии, ножовки и много други. В тази статия ще разгледаме работния принцип, общи комбинации и основните приложения на биметалите.

Как работят биметалите?

Работният принцип на биметалите се основава на факта, че различните метали имат различни коефициенти на линейно термично разширение (αL), което означава, че те се разширяват или съкращават с различни скорости при загряване или охлаждане. Коефициентът на линейно термично разширение се дефинира като фракционна промяна в дължината за градусна промяна в температурата.

Където,

l е началната дължина на обекта,

Δl е промяната в дължина,

Δt е промяната в температурата,

Единицата за αL е на °C.

Биметалът се състои от две ленти от два различни метала с различни коефициенти на линейно термично разширение, сварени заедно по дължина. Биметал при нормална температура е показан на фигурата по-долу.

При загряване разширенията в дължината на двете метални ленти са различни. Това причинява биметалния елемент да се изкриви и да формира дъга по такъв начин, че метала с по-висок коефициент на линейно термично разширение е от външната страна на дъгата, а метала с по-нисък коефициент на линейно термично разширение е от вътрешната страна на дъгата, както е показано на фигурата по-долу.

При охлаждане биметалният елемент се изкривява и формира дъга по такъв начин, че метала с по-нисък коефициент на линейно термично разширение е от външната страна на дъгата, а метала с по-висок коефициент на линейно термично разширение е от вътрешната страна на дъгата, както е показано на фигурата по-долу.

Това явление може да се използва за производство на полезно устройство за детектиране и измерване на промени в температурата.

Какви са някои общи комбинации за производство на биметали?

Много комбинации от метали с различни коефициенти на линейно термично разширение могат да се използват за формиране на биметали. Някои от често използваните комбинации за производство на биметални ленти са посочени по-долу:

• Желязо (висок αL) и никел (нисък αL)

• Латун (висок αL) и стомана (нисък αL)

• Мед (висок αL) и желязо (нисък αL)

• Константан (висок αL) и Инвар (нисък αL)

Какви са някои основни приложения на биметали?

Биметалите имат много приложения в различни области. Някои от тях са посочени по-долу:

Термостати

Биметалите са много полезни за производство на термостати за автоматично включване и изключване на вериги, за контрол на температурата на определени прибори, такива като електрически нагреватели, електрически гладилки, хладилници, електрически фурни и др. В някои вериги, токът, минаващ през термостата, сам произвежда топлина за неговата работа.

Типичен биметален термостат за тази операция е показан на фигурата по-долу: