فلز کبالت و آلیاژهای آن

کاربیدهای سیمانی

در تولید یک کاربید به اصطلاح سیمانی مانند کاربید تنگستن، مخلوط بریکت شده کاربید تنگستن و پودر کبالت در دمای بالاتر از نقطه ذوب کبالت حرارت داده می شود. این کار کاربیدهای سخت را ذوب و متصل می کند، به آنها مقاومت ضربه ای و سختی لازم را می دهد تا کاربیدها با ارزش عملی برای ابزارهای ماشین آلات، مته ها، قالب ها و اره ها ساخته شوند. کبالت مطلوب ترین فلز برای این منظور است و ممکن است در مقادیر 3 تا 25 درصد وزنی وجود داشته باشد.

کبالت – ۶۰ (Cobalt-60)

یک فرم رادیواکتیو کبالت، کبالت – 60، که با قرار گرفتن کبالت در معرض تابش یک توده انبوه اتمی تهیه می شود، در صنعت و علوم پزشکی مفید است. از کبالت – 60 به جای اشعه ایکس یا رادیوم در مشاهده از مواد برای آشکار سازی ساختار داخلی، نقص یا اجسام خارجی استفاده می شود. در درمان سرطان و به عنوان ردیاب رادیواکتیو در زیست شناسی و صنایع استفاده می شود.

مزایای کبالت – 60 نسبت به رادیوم در هزینه کمتر، اشعه گامای همگن تر و تابش نرم تر بتا است که در صورت عدم آلودگی به راحتی فیلتر می شود و توانایی آن در ماشینکاری یا شکل دادن به هر شکل قبل از تابش برای بدست آوردن نتایج مطلوب است.

آلیاژهای مغناطیسی

حدود 25 درصد از تولید کبالت جهان برای ساخت آهن ربا مصرف می شود. بهترین آهن ربا های دائمی حاوی مقدار قابل توجهی کبالت هستند. فولادهای کبالت دار، حاوی 2-40 درصد کبالت ، به عنوان آهن ربا بسیار استفاده می شوند. آلیاژهای آهن – کبالت – وانادیوم ، مانند اصطلاحاً آلیاژهای ویکال ، برای آهنرباهای دائمی شکل پذیر استفاده می شوند، مثل Cunico – یعنی آلیاژهای مس ، نیکل و کبالت. آلیاژ آهنربا دیگر آهن – کبالت – مولیبدن است که Remalloy یا Comol نامیده می شود.

از سال 1930 شناخته شده است که یک سری آلیاژها ، Alnico، حاوی 6-12 درصد آلومینیوم، 14-30 درصد نیکل، 5-35 درصد کبالت و مابقی عمدتا آهن، با مقادیر کمی مس و تیتانیوم، باعث ایجاد بهترین آهن ربا دائمی می شوند. همچنین از کبالت در برخی از آلیاژهای مغناطیسی نرم مانند آلیاژهای پرمینوار (Perminvar alloys) نیکل-آهن-کبالت، آلیاژهای پرمندور (Permendur alloys) آهن-کبالت و فریت های کبالت استفاده می شود. تقریباً از همه این آلیاژها در تجهیزات الکتریکی و دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود.

آلیاژ فلزات نادر کمیاب، به ویژه ساماریوم و پراسئودیمیم، با 60-65 درصد کبالت منجر به طیف وسیعی از آهنرباهای ریز پودر با قدرت بالا می شود. این آلیاژها به ویژه برای کاربردهایی مانند الکترونیک که به آهن ربا های کوچک با ابعاد و مشخصات دقیق نیاز دارند، مناسب هستند.

آلیاژ های دما بالا

یک استفاده مهم برای کبالت در زمینه آلیاژهای فولاد با درجه حرارت بالا است. این آلیاژها در توربین های گازی، موتورهای جت و کاربرد های مشابه مورد نیاز هستند و مقاومت خود را بالاتر از 650 درجه سانتیگراد (1200 درجه فارنهایت) حفظ می کنند. این آلیاژها از 5 تا 65 درصد کبالت دارند.

حتی دمای عملیاتی بالاتر در توربین ها منجر به افزایش استفاده از آلیاژهای حاوی کبالت و پایه کبالت شده است که به طور کلی به عنوان سوپرآلیاژ شناخته می شوند. این آلیاژها می توانند شرایط عملیاتی شدید و دما را تا 1150 درجه سانتیگراد (2100 درجه فارنهایت) تحمل کنند. به عنوان مثال Nimonic 90، آلیاژی مبتنی بر نیکل است که حاوی 18 درصد کبالت، مقدار مشابه کروم و مقداری تیتانیوم است. Waspaloy آلیاژ دیگری از این نوع است.

آلیاژهای مقاوم در برابر سایش و برش

افزودن 2 تا 12 درصد کبالت به فولادهای ابزار، آنها را قادر می سازد تا به طور موثر تری در مواد سختی که برش عمیق و سرعت زیاد برای آنها لازم است استفاده شود.

کبالت مقاومت در برابر سایش بسیاری از آلیاژها را بهبود می بخشد. مواد رویه سخت حاوی 10-65 درصد کبالت هستند و فولادهای دارای مقاومت در برابر سایش معمولاً 0/4 تا 4 درصد کبالت دارند.

آلیاژهای آب بندی شیشه به فلز

از آلیاژهایی مانند کووار (Kovar) و فرنیکو (Fernico) ، حاوی 15-25 درصد کبالت، به طور گسترده ای در آب بندی های شیشه به فلز استفاده می شود ، زیرا دارای ویژگی های انبساطی شبیه به برخی از شیشه های خاص است.

آلیاژهای دندانپزشکی و جراحی

از مواد حاوی 68 – 28 درصد کبالت همراه با کروم، نیکل و مولیبدن در دندانپزشکی و جراحی استخوان استفاده می شود. آنها در مقایسه با فلزات گرانبها (مثل پلاتین) مقاومت بسیار خوبی در برابر لکه زدگی و سایش، سازگاری با بافت های دهان و مایعات بدن، مقاومت و سختی بالا، خاصیت ریخته گری خوب و هزینه کم دارند.

آبکاری

برای برخی از کاربردهای خاص که به ورق های صاف و روشن و سخت، اما نسبتاً قابل انعطاف نیاز دارند، آلیاژ نیکل کبالت به جای نیکل معمولی در آبکاری استفاده می شود. آلیاژ آبکاری ممکن است حاوی 1 – 18 درصد کبالت باشد و الکترولیت حاوی نمک های کبالت و نیکل است.

سایر آلیاژ ها

آلیاژهای پایه کبالت دارای 40-50 درصد کبالت اغلب به عنوان فنر استفاده می شوند. مس بریلیم ، که علاوه بر فنر ها برای بسیاری از کاربردها استفاده می شود، به طور کلی حاوی 2 – 0/1 درصد کبالت است.

آلیاژ 54 درصد کبالت، 9.5 درصد کروم و 36.5 درصد آهن با تغییر دما، ابعاد آن بسیار کم تغییر می کند. آلیاژهای کبالت از 56-63 درصد کبالت، همراه با آهن و کروم یا وانادیوم، در برخی از کاربرد های خاص از این مزیت برخوردار است که تغییر الاستیسیته بسیار کم صرف نظر از دما دارد.

آلیاژ دیگر، یک فولاد ضد زنگ حاوی 18 درصد نیکل و 8 درصد کبالت، همچنین دارای برخی کاربردهای صنعتی است.

ترکیبات مهم کبالت

کبالت اکسید

این ماده که معمولاً با حرارت دادن هیدروکسید کبالتیک که از محلولهای حاوی کبالت توسط هیپوکلریت سدیم رسوب می کند تهیه می شود، در صنایع شیشه و سرامیک دارای موارد استفاده مهم است.

اکسید کبالت از 140 تا 4500 گرم (5 اونس تا 10 پوند) به ازای هر تن شیشه اضافه می شود تا رنگ آبی به ساختار شیشه ها، بطری ها و فیلتر های نوری شیشه ای منتقل شود. برای خنثی سازی رنگ زرد آهن در شیشه های صفحه ای و پنجره ها، مقادیر کمی اکسید کبالت، 1 تا 45 گرم (0.04 تا 1.6 اونس) به ازای هر تن شیشه، اضافه می شود.

به نسبت 454 گرم (1 پوند) در هر تن رس خشک، از اکسید کبالت برای خنثی سازی رنگ آهن در ظروف سفالی، بهداشتی و کاشی و در مقادیر بیشتر برای افزودن رنگ آبی استفاده می شود. یک رنگ آبی غنی با افزودن 5 درصد اکسید کبالت به لعابی حاوی مقدار سرب زیاد به دست می آید. آبی فیروزه ای، مشخصه آلومینات کبالت است; در حالی که سیلیکات کبالت سایه آبی بنفش منحصر به فردی می دهد. اکسید کبالت موجود در مینای سفید، رنگ زرد ناشی از آهن را خنثی می کند. مقادیر بیشتر به رنگ آبی یا سیاه می دهد. در مقادیر 0.2-2 درصد این ترکیب که در پوشش های مینا بر روی فولاد استفاده می شود، باعث افزایش چسبندگی مینا به فلز می شود.

نمک های کبالت

نمک های کبالت معمولاً با تأثیر اسید مناسب روی فلز یا اکسید کبالت ساخته می شوند. تعدادی از نمک های کبالت، به ویژه ترکیبات آلی، خشک کن عالی رنگ، لاک و جوهر هستند.

از کبالت که معمولاً به شکل کاتالیزور کبالت-توریا-کیزلگور (cobalt-thoria-kieselguhr) است، در سنتز هیدروکربن های مایع استفاده می شود. بسیاری از دیگر کاتالیزورهای کبالت برای انواع مختلف واکنش های شیمیایی استفاده می شوند.

در بسیاری از مناطق جهان، محتوای کبالت در خاک و گیاهان برای حفظ سلامت گاوها و گوسفندان بسیار کم است. افزودن مقدار کمی از ترکیب کبالت به جیره غذایی، آب، خوراندن نمک یا کود به روشی ثابت تبدیل شده است.

ویتامین B12 حاوی 4.3 درصد کبالت است. این تنها ویتامین شناخته شده حاوی فلز سنگین است.