Κράμα

Κράμα είναι το υλικό που συνίσταται από διαφορετικές χημικές ουσίες, η οποία όταν είναι στερεό χαρακτηρίζεται από τη συμμετοχή και όλων των ουσιών στο κρυσταλλικό πλέγμα. Με άλλα λόγια, σε ένα αντικείμενο που είναι κατασκευασμένο από ένα κράμα, μπορούν να εντοπιστούν άτομα διαφορετικού είδους, όταν το σώμα είναι στερεό αυτό είναι κρυσταλλικό και σε αυτόν τον κρύσταλλο τα άτομα ή μόρια των συστατικών είναι διατεταγμένα στο χώρο σαν να είναι άτομα του ίδιου είδους. Η λέξη είναι αρχαία και προέρχεται από το ρήμα κεράννυμι, ανακατεύω, αναμειγνύω. Τα κράματα περιέχουν κατά κανόνα ένα μέταλλο ως κύριο ή κύρια συστατικά τους, ενώ τα άλλα συστατικά μπορούν να είναι μέταλλα ή και αμέταλλα. Τα κράματα είναι κεντρικό αντικείμενο μελέτης της μεταλλουργίας.

 Τα κράματα μετάλλων δημιουργούνται προκειμένου να συνδυαστούν ιδιότητες των βασικών συστατικών σε ένα νέο υλικό. Έτσι, για παράδειγμα, ο χάλυβας (κράμα σιδήρου με άνθρακα) είναι πιο σκληρός και ανθεκτικός από τον σίδηρο, ένα από τα βασικά συστατικά του. Βασικός λόγος, λοιπόν, παραγωγής κραμάτων είναι η βελτίωση σκληρότητας, αντοχής, βάρους, αντίστασης στη διάβρωση κ.λπ. των καθαρών (πρωτογενών) μετάλλων. Ένα χαρακτηριστικό των κραμάτων, σε αντίθεση με τα πρωτογενή μέταλλα, είναι ότι δεν έχουν καθορισμένο σημείο τήξης, συγκεκριμένη θερμοκρασία δηλαδή, στην οποία λιώνουν. Σε αυτά υπάρχει ένα εύρος θερμοκρασιών, μέσα στο οποίο τα κράματα βρίσκονται μεταξύ στερεάς και υγρής κατάστασης. Συνηθισμένες εφαρμογές κραμάτων απαντούν στα πολύτιμα μέταλλα, στις κατασκευές, στις οικοδομές, κ.λπ. Κράμα που περιέχει μεταξύ των συστατικών του υδράργυρο ονομάζεται αμάλγαμα. Πολλά μέταλλα της αγοράς δεν είναι στην πραγματικότητα καθαρά μεταλλικά στοιχεία, αλλά κράματα. Για παράδειγμα, ο «χρυσός 14 καρατίων» είναι κράμα που περιέχει 14/24 (58,3% κ.β.) χρυσό. Τα υπόλοιπα 10/24 (41,7% κ.β.) του «χρυσού 14 καρατίων» είναι συνήθως άργυρος, χαλκός, νικέλιο, κλπ. Μόνον ο χρυσός 24 καρατίων είναι καθαρός χρυσός. (Η καθαρότητα του χρυσού εκφράζεται σε καράτια. Ένα καράτι αντιστοιχεί σε περιεκτικότητα χρυσού 1/24.) Παρομοίως ο άργυρος sterling περιέχει 92,5% κ.β. άργυρο και 7,5% κ.β. χαλκό. Ο εξευγενισμένος άργυρος (αγγλ. fine silver) είναι σχεδόν καθαρός άργυρος με το πολύ 0,1% κ.β. προσμίξεις από άλλα στοιχεία. Η ονομασία των κραμάτων, που δεν έχει τυποποιηθεί στα ελληνικά, οδηγεί ενίοτε σε παρεξηγήσεις. Ο «λευκός χρυσός» (αγγλ. white gold) είναι κράμα χρυσού με πλατίνα ή νικέλιο και χαλκό. Δεν πρόκειται για καθαρή πλατίνα, που στην επιστημονική ορολογία ονομάζεται λευκόχρυσος. Ωστόσο, μερικοί κοσμηματοπώλες αποκαλούν «λευκόχρυσο» το κράμα του «λευκού χρυσού», κάνοντας έτσι τους πελάτες τους να νομίζουν πως αγοράζουν πλατίνα, η οποία είναι πολύ πιο ακριβή από τον χρυσό. Το ίδιο ισχύει και για το ροζ χρυσό. Η κατασκευή κραμάτων εμφανίζεται από την εποχή της εμφάνισης των μετάλλων εξ ανάγκης αφού αυτά τα πρωτογενή αυτούσια υλικά δεν ανταποκρίνονταν πάντα στις ανάγκες των ανθρώπων εκείνης της εποχής. Χαρακτηριστικό παράδειγμα από την την Εποχή του Χαλκού αποτελεί ο μπρούντζος (κράμα χαλκού με κασσίτερο). Τα πρώτα κράματα που κατασκευάσθηκαν ήταν ασφαλώς περιορισμένα. Με τη ραγδαία όμως εξέλιξη της χημείας η κατασκευή αυτών προόδευσε τόσο ώστε να αποτελεί σήμερα σπουδαίο κλάδο της βιομηχανίας. Παράλληλα με την πρόοδο των εφαρμογών της θερμοδυναμικής έγιναν γνωστές οι ιδιότητες των μετάλλων, ενώ εξίσου επίσης ώθηση στην κατασκευή κραμάτων έδωσαν η εξέλιξη της κρυσταλλογραφίας, της μικροσκοπίας, της φασματοσκοπίας κ.ά. Η κατασκευή κραμάτων γίνεται συνήθως με τήξη των μετάλλων που τα συνιστούν. Υφίστανται όμως και άλλοι μέθοδοι όπως με ηλεκτρόλυση π.χ. το κράμα χαλκού και ψευδαργύρου (ο γνωστός ορείχαλκος) παρασκευάζεται με ταυτόχρονη εναπόθεση των δύο μετάλλων από κυανιούχα διαλύματα αυτών με ηλεκτρόλυση. Ή ακόμη δι' αναγωγής ενός ή περισσοτέρων μετάλλων όπως δι' αναγωγής ενώσεως βολφραμίου και σιδήρου σε ηλεκτρική κάμινο παράγονται κράματα αυτών. Μία ακόμη μέθοδος πιο σύγχρονη παραγωγής κραμάτων είναι η εφαρμογή πολύ ισχυρής πίεσης επί μίγματος σκόνης (κόνεως) μετάλλων. Εν τούτοις κύριος τρόπος παραγωγής παραμένει η τήξη κατά την οποία επιδιώκεται όσο το δυνατόν ομοιόμορφη δημιουργία μίγματος χρησιμοποιώντας διάφορα συστήματα ανάμειξης. Μετά την ψύξη του τήγματος των μετάλλων το παραγόμενο πλέον στερεό "κράμα" μπορεί να είναι «ομοιογενές» ή «ετερογενές». Όταν το κράμα είναι «ομοιογενές» τούτο μπορεί να είναι:Στερεό διάλυμα: Σ΄ αυτή την περίπτωση σχηματίζονται μικτοί κρύσταλλοι με την παρεμβολή ατόμων του ενός μετάλλου στα διάκενα του κρυσταλλικού πλέγματος του άλλου μετάλλου, ή και με την υποκατάσταση ορισμένων ατόμων του ενός μετάλλου με άτομα του άλλου. Διαμεταλλική ένωση: Σ΄ αυτή την περίπτωση σχηματίζονται κρύσταλλοι χημικών ενώσεων που σχηματίζουν μεταξύ τους τα μέταλλα. Στις ενώσεις αυτές τα μέταλλα δεν ακολουθούν τους συνήθεις νόμους σθένους. Στερεή διαμεταλλική ένωση: Είναι ο συνδυασμός των δύο προηγουμένων όταν διαπιστώνεται περίσσεια του ενός εκ των συνιστώντων το κράμα μετάλλων.Όταν όμως το κράμα είναι «ετερογενές» τότε παρουσιάζει χωριστές φάσεις που μπορεί να είναι:Από καθαρά μέταλλα. Από μία ή περισσότερες διαμεταλλικές ενώσεις και Από διαλύματα μετάλλων ή ενώσεων αυτών εντός μετάλλων. Εκτός από την παραπάνω διάκριση των κραμάτων σε «ομοιογενή» ή «ετερογενή», αυτά χαρακτηρίζονται επίσης και ανάλογα με τον αριθμό των μετάλλων που τα συνθέτουν σε «διμερή», «τριμερή» ή «πολυμερή». Άλλη διάκριση είναι τα «ευτηκτικά» (που χαρακτηρίζονται εκείνα στα οποία η αναλογία των μετάλλων που τα συνθέτουν είναι τέτοια ώστε να παρουσιάζουν το χαμηλότερο δυνατό σημείο τήξης, από κάθε άλλη αναλογία) καθώς και τα «υπερελαφρά κράματα» (που είναι κράματα μαγνησίου με αργίλιο, ψευδάργυρο και άλλα μέταλλα). Ειδικότερα, τα κράματα του υδραργύρου ονομάζονται αμαλγάματα. Τα κυριότερα βασικά κράματα (και τα μέταλλα με τα οποία παράγονται αυτά σήμερα) είναι τα: Άλνικο: αλουμίνιο + νικέλιο + κοβάλτιο και σίδηρος. Ανοξείδωτος χάλυβας ή χρωμιούχος χάλυβας: σίδηρος + χρώμιο + άνθρακας. Αντιτριβικό κράμα μπάμπιτ: κασσίτερος + χαλκός + αντιμόνιο. Βρετανικό μέταλλο πιούτερ: κασσίτερος + μόλυβδος. Ινβάρ: σίδηρος + νικέλιο. Ιριδόσμιο ή Οσμιρίδιο: όσμιο + ιρίδιο. Καλάι: κασσίτερος + μόλυβδος, διαφορετικό από το βρετανικό πιούτερ (pewter). Κονσταντάνη: χαλκός + νικέλιο. Κράμα στέρλιγκ: άργυρος + χαλκός. Κράμα του Γουντ: βισμούθιο + μόλυβδος + κασσίτερος + κάδμιο. μπρούντζος: χαλκός + κασσίτερος, γνωστό από την Εποχή του Χαλκού. Μαγνάλιο ή μαγνησιαργίλιο: αλουμίνιο + μαγνήσιο. Μέταλλο πυροβόλων: χαλκός + κασσίτερος + ψευδάργυρος. Μονέλ: νικέλιο + χαλκός. Νεάργυρος: χαλκός + ψευδάργυρος + νικέλιο. Νιχρόμ: νικέλιο + χρώμιο. Ντουραλουμίνιο: αλουμίνιο + χαλκός + μαγνήσιο. Ορείχαλκος: χαλκός + ψευδάργυρος, ίσως το αρχαιότερο κράμα μετά τον μπρούντζο. Περμαλόι: νικέλιο + σίδηρος + λανθάνιο. Πυροφόρο κράμα ή σιδηροδημήτριο: σίδηρος + δημήτριο. Χαλκονικέλιο ή «κουπρονίκελ»: χαλκός + νικέλιο. Χάλυβας και χυτοσίδηρος: σίδηρος + άνθρακας. Ψευδοχαλκός ή «χρυσοχαλκός»: χαλκός + ψευδάργυρος + κασσίτερος.