Bimetal to materiał złożony z trwale połączonych na całej powierzchni styku dwóch różniących się właściwościami fizykochemicznymi metali, bądź stopów.

R1Qe8aGW2dzYR

Ilustracja przedstawiające schematycznie bimetal. Składa się on z dwóch przylegających do siebie warstw, z których pierwszą stanowi jeden metal lub stop, zaś drugą kolejny metal lub stop.

Rozróżnia się m.in.:

• bimetale stykowe,

• bimetale przewodowe,

• bimetale przeciwkorozyjne,

• termobimetale.

Bimetale stykowe złożone są z dwóch metali lub stopów, w których jeden z nich odznacza się dużą przewodnością elektryczną i wytrzymałością mechaniczną (np. stal, miedź i jej stopy). Drugi metal lub stop wykazuje bardzo małą oporność stykową i dużą odporność na działanie łuku elektrycznego (np. srebro, złoto, platyna i jej stopy).

Bimetale w formie drutu, w których rdzeń jest metalem lub stopem odznaczającym się dużą wytrzymałością (np. stal), a powłoka jest metalem lub stopem wykazujacym dużą przewodność elektryczną (np. miedź). Stosowane są one w przewodach prądowych.

Złożone z dwóch metali lub stopów, z których jeden wykazuje dużą wytrzymałość (np. stal), a drugi tworzy powłokę o dobrej odporności na korozję (np. mosiądz czy aluminium).

W termobimetalach wykorzystuje się różnicę współczynników rozszerzalności cieplnej (αalfa)współczynnik rozszerzalności αalfawspółczynników rozszerzalności cieplnej (αalfa). Metal lub stop o wyższej wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej nazywany jest warstwą czynną, a ten o mniejszej warstwą bierną.

Wraz ze wzrostem temperatury, warstwa czynna wygina się w stronę warstwy biernej na skutek różnicy współczynników rozszerzalności temperaturowej. Warstwa czynna zaczyna wydłużać się bardziej aniżeli warstwa bierna.

RqexjewGVo3zg

Ilustracja przedstawiająca wpływ temperatury na bimetale. Po prawej stronie bimetal o pierwotnej strukturze. Warstwa górna stanowi warstwę czynną o współczynniku rozszerzalności cieplnej alfa 1 większym niż warstwa bierna o współczynniku rozszerzalności cieplnej mniejszym alfa 2. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis "temperatura". Za strzałką bimetal, w którym warstwa czynna wygięła się w stronę warstwy biernej.

Ciekawostka

RSt3ZkzvxQZLH1

Ilustracja przedstawiająca czarnobiały portret Johna Harrisona. Mężczyzna siedzi z lewą dłonią wspartą na boku, zaś z prawą oparta o stolik. Jest w średnim wieku w białej peruce z lokami, charakterystycznej dla epoki. Ubrany w wytworny płaszcz. Pod szyją ma niewielki żabot.

Pierwsze historyczne wzmianki o praktycznym zastosowaniu bimetali pochodzą już z XVIII wieku. Angielski zegarmistrz samouk John Harrison wykorzystał bimetal do konstrukcji chronometru. Jego wynalazek był wykorzystywany na statkach. Chronometr jest to wyjątkowo dokładny zegar, który cechuje się odpornością na zmienne warunki atmosferyczne.

Materiały wykorzystywane w produkcji termobimetali

Praktycznie każda para metali lub ich stopów może tworzyć bimetal. Wynika to z różnicy wartości współczynnika wartości cieplnej, który jest charakterystyczny dla danego metalu bądź jego stopu. Jednak aby otrzymany bimetal mógł zostać  praktycznie wykorzystany, stosuje się pewne kryteria:

• otrzymany bimetal powinien mieć wysoką czułość;

• warstwa bierna powinna wykazywać niską wartość współczynnika rozszerzalności cieplnej, a warstwa czynna dużą;

• odporność materiałów na korozjękorozjakorozję;

• materiały powinny być plastyczne i łatwe w obróbce.

Jako warstwy biernej używa się substancji o względnie niskich wartościach współczynnika rozszerzalności cieplnej. Ze względów ekonomicznych głównie w tym celu wykorzystuje się inwar (αalfa= 1–2$·$10Indeks górny −6⁻⁶/K). Jest to stop żelaza i niklu z niewielkim dodatkiem węgla i chromu. W zależności od stopu, zawartość procentowa żelaza wynosi 54‑64%, a niklu odpowiednio 36‑46%. Warstwa czynna powinna wykazywać wysoką wartość współczynnika rozszerzalności. Najczęściej stosuje się stal wysokoniklową (αalfa= 15$·$10Indeks górny −6⁻⁶/K), tombaktombaktombak (αalfa= 18‑19$·$10Indeks górny −6⁻⁶/K) oraz mosiądzmosiądzmosiądz (αalfa= 20$·$10Indeks górny −6⁻⁶/K).

R1MfA1LrlMy1s

Zdjęcie przedstawiające okrągły termometr z czerwoną wskazówką pokazujący 100 stopni Fahrenheita na skali od stu do sześciuset.

RIhBJW1iHEGQw

Zdjęcie przedstawiające żelazko na tle granatowego materiału, z którego powierzchni unosi się para wodna.

Bimetale to trwałe połączenia pomiędzy dwoma metalami lub stopami metali. Bimetale odgrywają istotną rolę w życiu codziennym. Dzięki swoim właściwościom znajdują szerokie spektrum zastosowań, np. pozwalają mierzyć temperaturę oraz bez przeszkód korzystać z piekarnika czy żelazka.

Słownik