Skilningur á porosity: Grunnurinn að efnisvísindum

Áður en við getum svarað því hvortryðfríu stálier sannarlega porous, verðum við fyrst að skilja hvað porosity þýðir í samhengi við efnisvísindi. Grop vísar til tilvistar örsmárra tóma, bila eða rása innan traustrar byggingar. Þessar svitaholur geta verið mjög mismunandi að stærð-frá smásæjum (nanómetrum) yfir í stórsæjar (millímetrar)-og þær hafa bein áhrif á hvernig efni hefur samskipti við loft, vatn, lofttegundir eða önnur efni.

Grop er einn af grundvallareiginleikum en samt sem áður misskilin efnisvísindi. Þegar fólk heyrir orðið „porous“ ímyndar það sér oft svamp eða froðu - efni fullt af sýnilegum holum sem gleypa vökva. En í iðnaðarefnum teygir hugtakið um porosity miklu dýpra, niður í smásjárstig frumeinda og sameinda. Til að skilja raunverulega hvort ryðfrítt stál sé gljúpt verðum við að byrja á yfirgripsmikilli sýn á hvað grop þýðir, hvernig það myndast, hvernig það er mælt og hvers vegna það skiptir máli í verkfræði.

1.1 Hvað er porosity?

Í einföldustu orðum,porosityvísar til hlutfalls tóms rýmis (hola eða svitahola) í föstu efni. Það er oft sett fram sem ahlutfall af heildarmagniog getur verið allt frá næstum 0% (í þéttum málmum eins og ryðfríu stáli) til yfir 90% (í froðuðu eða hertu efni).

Porosity er ekki galli sjálfgefið. Það er ahönnunarbreytu- stundum óæskileg, stundum vísvitandi. Til dæmis:

Grop í steinsteypuhefur áhrif á styrk og vatnsgegndræpi.

Gljúpt keramikeru notuð til síunar og hvata.

Gljúpir málmareins og hertu brons er nauðsynlegt í smurkerfi og hljóðdeyfi.

Hins vegar fyrir efni sem krefjaststyrkur, hreinlæti og gegndræpi, eins og ryðfríu stáli,lítið eða núll porosityer mikilvægur eiginleiki.

Í vísindalegri merkingu er porosity (φ) reiknað sem:

ϕ=VvoidVtotal×100%\\phi=\\frac{V_{\\text{void}}}{V_{\\text{total}}} \\times 100\\%ϕ=Vtotal​Vvoid​​×100%

þar sem VvoidV_{\\text{void}}Vvoid​ er rúmmál allra svitahola og VtotalV_{\\text{total}}Vtotal​ er heildarmagn efnisins.

1.2 Tegundir porosity

Porosity er ekki eitt eitt fyrirbæri; það er til í ýmsum myndum eftir því hvernig efni er gert og notað. Vísindamenn flokka grófleika venjulega í nokkra flokka:

Opinn porosity:
Svitaholur eru tengdar og aðgengilegar frá yfirborði efnisins, sem gerir vökva eða lofttegundum kleift að komast inn. Finnst í froðu, síum og keramik.

Lokaður porosity:
Svitaholur eru lokaðar inni í efninu og verða ekki fyrir yfirborðinu. Þessi tómarúm fanga lofttegundir en hafa ekki áhrif á gegndræpi. Finnst í sumum steyptum málmum og gleri.

Ör-glöp:
Svitaholur sem eru minni en ein míkron (1 µm), oft við kornamörk eða innfellingar í málmum.

Fjölvi-Gop:
Sjáanlegar eða stórar svitaholur sem stafa af ófullkominni samruna eða gasfestingu við steypu.

Íþétt, vel-unnið ryðfrítt stál, eru allar þessar gropagerðir lágmarkaðar niður í næstum óverulegt stig, sem tryggir algjöra ógegndræpi.

1.3 Hvernig grop myndast í efnum

Porosity getur þróast á ýmsum stigum efnisframleiðslu:

Leikmynd:Ef bráðinn málmur storknar of hratt geta lofttegundir (súrefni, köfnunarefni, vetni) festst og myndað lítil tóm.

Sintering:Í duftmálmvinnslu leiðir ófullkominn samruni agna til leifar af svitaholanetum.

Suðu:Gasföng eða óviðeigandi hlífðarvörn geta valdið gropi í suðusaumum.

Aukaframleiðsla (3D prentun):Bráðnun leysis eða rafeinda- getur framleitt svitahola ef duftþéttleiki eða orkuinntak er ósamræmi.

Hins vegar, hágæða ryðfríu stáli verður fyrirstýrðri framleiðslu- samfelld steypa, heitvalsun, kaldvinnsla og glæðing - sem fjarlægir þessar ófullkomleika á áhrifaríkan hátt.

1.4 Hvernig grop er mælt

Verkfræðingar nota nokkrar vísindalegar aðferðir til að greina og mæla porosity. Meðal algengustu eru:

Fyrirryðfríu stáli, porosity stig eru oftundir 0,1%, sem er í raun ekki-gjúpt í raun. Þetta er ástæðan fyrir því að íhlutir úr ryðfríu stáli geta haldið þrýstingi, komið í veg fyrir inngöngu vökva og viðhaldið dauðhreinsuðu yfirborði jafnvel eftir margra ára notkun.

1.5 Grop og áhrif þess á efniseiginleika

Grop hefur veruleg áhrif á frammistöðu efnis. Því hærra sem porosity er, því minni styrkur og ending - en því meiri gegndræpi. Við skulum draga saman þetta samband:

Svona, í ryðfríu stáli, lágmarka porosity þýðirhámarka áreiðanleika og hreinlæti- tveir af helstu kostum þess.

1.6 Grop í hversdagslegum efnum á móti ryðfríu stáli

Til að átta sig á því hversu einstakt ryðfrítt stál er, berðu það saman við algeng gljúp og ó-gljúp efni:

Þessi samanburður undirstrikar ryðfríu stálióvenjulegur þéttleiki og ekki-gjúp uppbygging, aðeins keppt af gleri - en býður upp á mun betri vélrænan styrk.

1.7 Hvers vegna porosity skiptir máli í verkfræðiforritum

Porosity hefur bein áhrif á frammistöðu í atvinnugreinum eins og:

Aerospace:Gopóttir málmar geta bilað við þrýstingshringrás.

Matur og drykkur:Gopótt yfirborð fanga örverur og skerða hreinlætisaðstöðu.

Læknatæki:Grop í ígræðslum getur leitt til sýkingar eða þreytu í byggingu.

Síun:Stýrður porosity er gagnlegur fyrir sértæka gegndræpi.

Þess vegna er skilningur og stjórn á gropleika kjarninn í nútíma efnisverkfræði. Nálægt-núll porosity ryðfríu stáli gerir það að verkum að það er aviðmið fyrir hreinleika og áreiðanleika, sérstaklega í geirum sem krefjast dauðhreinsaðs og tæringarlaust- umhverfi.

1.8 Sambandið milli grops og tæringar

Grop eykur yfirborðið þar sem tæring getur hafist. Í kolefnisstáli eða steypujárni flýta fastur raki eða klóríðjónir í svitaholum ryðmyndun. Ryðfrítt stál á hins vegar tæringarþol sitt að þakkaó-gopótt fylki þess og verndandi krómoxíðfilmu, sem innsiglar jafnvel örgalla-.

Sú samsetning afþéttleiki + passiveringútskýrir hvers vegna ryðfrítt stál endist áratugi í erfiðu sjávar-, efna- og iðnaðarumhverfi með lágmarks niðurbroti.

læra meira:Skilningur á vírneti í hversdagslegum innlendum forritum