Hợp kim là hỗn hợp của hai hoặc nhiều chất hóa học (ít nhất một trong số đó là kim loại) có tính chất kim loại. Nó thường được tạo ra bằng cách nung chảy từng thành phần thành một chất lỏng đồng nhất rồi ngưng tụ lại.
Hợp kim có thể thuộc ít nhất một trong ba loại sau: dung dịch rắn đơn pha của các nguyên tố, hỗn hợp nhiều pha kim loại, hoặc hợp chất liên kim loại. Cấu trúc vi mô của hợp kim trong dung dịch rắn có một pha duy nhất, và một số hợp kim trong dung dịch có hai hoặc nhiều pha. Sự phân bố có thể đồng đều hoặc không, tùy thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình làm nguội vật liệu. Các hợp chất liên kim loại thường bao gồm một hợp kim hoặc kim loại nguyên chất được bao quanh bởi một kim loại nguyên chất khác.
Hợp kim được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định vì chúng có một số đặc tính tốt hơn so với các nguyên tố kim loại nguyên chất. Ví dụ về hợp kim bao gồm thép, chất hàn, đồng thau, thiếc, đồng phốt pho, hỗn hợp thủy ngân và các loại tương tự.
Thành phần của hợp kim thường được tính toán theo tỷ lệ khối lượng. Hợp kim có thể được chia thành hợp kim thay thế hoặc hợp kim xen kẽ theo thành phần nguyên tử của chúng, và có thể được chia nhỏ hơn nữa thành các pha đồng nhất (chỉ có một pha), các pha không đồng nhất (nhiều hơn một pha) và các hợp chất liên kim loại (không có sự khác biệt rõ ràng giữa hai pha). [2]
Tổng quan
Việc hình thành hợp kim thường làm thay đổi tính chất của các chất nguyên tố, ví dụ, độ bền của thép lớn hơn độ bền của nguyên tố cấu thành chính là sắt. Các tính chất vật lý của hợp kim, như mật độ, độ phản ứng, mô đun Young, độ dẫn điện và dẫn nhiệt, có thể tương tự như các nguyên tố cấu thành của hợp kim, nhưng độ bền kéo và độ bền cắt của hợp kim thường liên quan rất khác đến tính chất của các nguyên tố cấu thành. Điều này là do sự sắp xếp các nguyên tử trong hợp kim rất khác so với trong một chất đơn lẻ. Ví dụ, điểm nóng chảy của hợp kim thấp hơn điểm nóng chảy của các kim loại cấu thành hợp kim vì bán kính nguyên tử của các kim loại khác nhau, và khó hình thành mạng tinh thể ổn định.
Một lượng nhỏ của một nguyên tố nhất định có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất của hợp kim. Ví dụ, tạp chất trong hợp kim sắt từ có thể làm thay đổi tính chất của hợp kim.
Khác với kim loại nguyên chất, hầu hết các hợp kim không có điểm nóng chảy cố định. Khi nhiệt độ nằm trong khoảng nhiệt độ nóng chảy, hỗn hợp ở trạng thái cùng tồn tại giữa rắn và lỏng. Do đó, có thể nói rằng điểm nóng chảy của hợp kim thấp hơn điểm nóng chảy của các kim loại cấu thành. Xem thêm hỗn hợp eutectic.
Trong số các hợp kim thông dụng, đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm; đồng đỏ là hợp kim của thiếc và đồng, thường được sử dụng trong tượng, đồ trang trí và chuông nhà thờ. Hợp kim (như hợp kim niken) được sử dụng trong tiền tệ của một số quốc gia.
Hợp kim là một dung dịch, ví dụ như thép, trong đó sắt là dung môi, cacbon là chất tan.