Stopy będące mieszankami metali lub metalu z innymi pierwiastkami odgrywają kluczową rolę w nowoczesnej nauce, budownictwie, przemyśle i życiu codziennym. Materiały stopowe są wykorzystywane w produkcji samolotów, samochodów i statków, zwiększając ich bezpieczeństwo i wydajność. Postęp technologiczny umożliwia stosowanie stopów metali kolorowych do produkcji blach w różnych branżach.
W historii cywilizacji najwcześniej, bo ok. 3,5 tys. lat przed naszą erą pojawił się brąz jako stop miedzi i cyny. Przejście od stosowania czystych metali do mieszanek metali było punktem zwrotnym w metalurgii. Odkrycie brązu zrewolucjonizowało narzędzia i broń. Jego zwiększona wytrzymałość i trwałość ułatwiły postęp w rolnictwie.
Nowoczesne stopy metali
Ok. 1200 roku p.n.e. rozpoczęła się epoka żelaza. Stopy żelaza, a w szczególności stal wyprodukowana przez dodanie węgla, odegrały zasadniczą rolę w tworzeniu mocniejszych i bardziej wszechstronnych narzędzi oraz infrastruktury, torując drogę rozwojowi technologicznemu. W XIV wieku nastąpił znaczny postęp w technikach obróbki metali. Ze względu na walory estetyczne i obrabialność popularność zyskał mosiądz.
W czasie tzw. rewolucji przemysłowej zapotrzebowanie na mocniejsze materiały do maszyn i konstrukcji doprowadziło do innowacji w zakresie wielu technik stopowania. Stworzenie stali nierdzewnej, stopu łączącego żelazo z chromem i niklem, oznaczało przełom w zabezpieczeniu przed korozją. W XX wiek nastąpił rozwój specjalistycznych stopów, takich jak stopy aluminium i superstopy, zaprojektowanych do zastosowań w kosmonautyce czy lotnictwie.
Lekka stal
Stal od wielu lat jest popularnym materiałem konstrukcyjnym ze względu na swoją wytrzymałość i trwałość. Tradycyjna stal jest jednak dość ciężka, co wpływa na koszty transportu czy projektów budowlanych. Nowe technologie produkcji pozwoliły na opatentowanie stali lekkiej, która zapewnia taką samą wytrzymałość i trwałość, jak tradycyjna stal, ale przy zmniejszonej wadze i koszcie.
Lekka stal jest zwykle wytwarzana przez połączenie stali z aluminium lub magnezem. Materiały te są dodawane do stali podczas procesu produkcyjnego, co zmienia właściwości stali i czyni ją lżejszą. Istnieją różne metody wytwarzania lekkiej stali, np. tłoczenie na gorąco, klejenie walcowe i napawanie laserowe.
Lekka stal znajduje zastosowanie w budownictwie, stanowiąc bardziej ekonomiczną i przyjazną dla środowiska alternatywę dla betonu. Bywa wykorzystywana do budowy mostów. W przemyśle motoryzacyjnym coraz częściej stosuje się stal lekką w celu zmniejszenia masy pojazdów, co poprawia efektywność paliwową i zmniejsza emisję gazów cieplarnianych.
Aluminium i tytan
Lekkością wyróżniają się również stopy aluminium z takimi pierwiastkami, jak miedź i cynk. Stopy aluminium mają niższą gęstość i dobrą wytrzymałość, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających zmniejszenia masy. Wyróżniają się dobrą przewodnością cieplną i dlatego nadają się do produktów wymagających dobrego odprowadzania ciepła.
Stopy aluminium mają znaczną odporność na warunki atmosferyczne, przez co mogą być stosowane na zewnątrz oraz w środowiskach silnie korozyjnych. Są powszechnie wykorzystywane w obudowach produktów elektronicznych, takich jak laptopy i telefony komórkowe. Przy użyciu stopów aluminium produkowane są niektóre części samochodowe. Recykling w przemyśle ułatwia odzyskiwanie cennych metali do ponownego przetworzenia.
Trwałość i elastyczność
Dzięki swojej trwałości blachy stalowe oraz z metali nieżelaznych są wykorzystywane w wielu różnych branżach. Możliwość dodawania innych elementów stopowych, takich jak chrom, nikiel, czy molibden pozwala na dostosowanie właściwości stali do specyficznych wymagań. Należą do nich większa odporność na korozję, lepsza elastyczność czy wyższa wytrzymałość na temperaturę.
Szczególnym rodzajem blachy, która poddawana jest procesom obróbki cieplnej i plastycznej w celu zwiększenia wytrzymałości i elastyczności jest blacha czarna. Materiał ten wyróżnia się wysoką trwałością oraz odpornością na uszkodzenia mechaniczne, co sprawia, że jest chętnie wykorzystywana w wielu branżach przemysłowych. Jej duża popularność wynika również z powszechnej dostępności i niskiej ceny.
W zewnętrznych elementach architektonicznych, sprzętach kuchennych, przemyśle chemicznym i spożywczym, gdzie czystość i długotrwałość są kluczowe stosowana jest blacha nierdzewna. Znana z wyjątkowej odporności na korozję, co spowodowane jest dodatkiem chromu, który w kontakcie z tlenem tworzy na powierzchni stali cienką, nieprzepuszczalną warstwę ochronną. W aplikacjach zewnętrznych stosowana jest często blacha ocynkowana. Stal pokryta warstwą cynku jest szczególnie odporna na korozję.
Biodegradowalne powłoki
W ostatnim czasie dużą popularnością cieszą się przyjazne środowisku materiały, w tym blachy pokryte powłoką alucynkową. Dodatek aluminium zwiększa odporność blachy na korozję, a zadaniem krzemu jest oddzielenie od siebie dwóch metali, które mogą wchodzić w reakcje chemiczne. Oprócz ocynku blacha może być powlekana warstwą tworzywa sztucznego, np. poliestru, poliuretanu czy satyny.
Powlekane wyroby stalowe wykorzystywane są we wszystkich sektorach przemysłu. Do najbardziej ekologicznych metod zabezpieczenia metali przed korozją należy cynkowanie ogniowe. Jest to proces przyjazny dla środowiska, gdyż cynk to naturalny minerał, który w niewielkich ilościach jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania większości roślin i zwierząt.
Podczas kąpieli stali w ciekłym cynku tylko jego niewielkie ilości ulatniają się do atmosfery. Ocynkownie podlegają bardzo restrykcyjnym kontrolom bezpieczeństwa, dlatego szkodliwe emisje są ograniczone do minimum i nie mają negatywnego wpływu na faunę i florę.
