קובלט-כרום היא סגסוגת-על שמורכבת מהמתכות קובלט וכרום.
מדובר בסגסוגת חזקה מאוד שבין ייתר היישומים שלה נעשה בה שימוש בטורבינות גז, להבים של מדחפים במנועים, שתלים דנטליים ושתלים אחרים בגוף האדם.
הקובלט היא מתכת חזקה בצבע לבן-כסוף. היא התגלתה בין השנים 1730 ל-1737 (המועד המדויק אינו ידוע) ויש לה שימושים רבים – בייצור סוללות, בתעשיית האלקטרוניקה, בייצור צבעים, בייצור סגסוגות ועוד...
 
בקישור הזה תוכלו למצוא את כל היישומים העיקריים של המתכת.
 
מקור השם "קובלט" הוא במילה הגרמנית Kobold שהמשמעות שלה היא  "שדון" או "רוח זדונית". כורים היו מכנים את הקובלט כך מכיוון שלעיתים קרובות הוא גרם להרעלה.

קובלט

כרום

הכרום היא מתכת מבריקה בצבע אפור שנמצאת במצב צבירה מוצק בטמפרטורת החדר. לכרום יש שימושים רבים וביניהם: ייצור של פלדת אל-חלד, משמש בתור חומר ציפוי, בייצור של סגסוגות ועוד...
סגסוגת היא ערבוב של שני יסודות כימיים או יותר כאשר לפחות אחד מהם הוא יסוד מתכתי. הסגסוגת מקבלת חלק מהתכונות של היסודות שמרכיבים אותה אך בתכונות מסוימות היא עשויה להיות שונה לחלוטין.

מהי סגסוגת?

מהי סגסוגת על?

סגסוגת-על היא סגסוגת שיש לה מספר תכונות חשובות: רמת חוזק גבוהה, עמידות בפני דפורמציה, יציבות של פני השטח ועמידות בפני קורוזיה או חמצון.
הסגסוגת קובלט כרום פותחה על ידי ממציא אמריקני בשם אלווד היינס (Elwood Haynes) בתחילת המאה ה-20. היינס חיפש חומרים שיהיו עמידים בפני Tarnish (ראו מסגרת) ויתאימו לייצור סכו"ם. לאחר מספר שנים של ניסויים לא מוצלחים הוא פיתח שתי סגסוגות עליהן הוענקו לו פטנטים: סגסוגת ניקל-כרום וסגסוגת קובלט-כרום.

פיתוח הסגסוגת

אלווד היינס
Tarnish היא שכבה דקה של קורוזיה שנוצרת על מתכות כגון נחושת, פליז, כסף, אלומיניום, מגנזיום ומתכות נוספות לאחר שהשכבה החיצונית שלהם עוברת תגובה כימית. ה-Tarnish נראה לעיתים קרובות כשכבה שחורה או בצבע אפור כהה או כציפוי על המתכת. מדובר בתופעה שמוגבלת בהיקף הפגיעה שלה בחומר. בניגוד לחלודה, רק כמה מהשכבות העליונות של המתכת מגיבות ושכבת ה-Tarnish אוטמת ומגנה על השכבות התחתונות.
הכף מימין עם Tarnish
לאלווד היינס היה בית מלאכה שבו הוא ייצר את הסגסוגות, להן הוא קרא בשם Stellite. מקור השם הוא מהמילה היוונית Stella (כוכב) מאחר והן הבריקו כמו כוכב. בשל העמידות הגבוהה שלהן, בשנים הראשונות הסגסוגות הללו היו בשימוש בעיקר לייצור של כלי חיתוך. לכלי החיתוך האלה היה אורך חיים גדול יותר מכלי חיתוך אחרים אבל, לא פחות חשוב, הם אפשרו מהירות חיתוך גדולה פי 3 מכלי החיתוך הטובים ביותר שהיו קיימים בשוק באותה התקופה.

עדות לאיכות הגבוהה של כלי החיתוך האלה אפשר למצוא בסיפורים על כך שעובדים היו לוקחים את כלי החיתוך הביתה לאחר יום העבודה. הכלים הללו היו מאוד פופולריים והיה חשש שיילקחו ובלעדיהם היה בלתי אפשרי לעמוד במכסות הייצור.

השם Stellite
 אגב, נרשם כסימן מסחרי שפעיל עד היום ונמצא כיום בבעלות חברת Kennametal Stellite בקנדה. בין יתר המוצרים, החברה מייצרת סכינים ומכשירי חיתוך שעל פי אתר החברה, נשארים חדים  פי 4 יותר זמן מכלי חיתוך אחרים.

העניין בסגסוגת הזו גבר כאשר התגלה שהיא מתאימה לתעשיית הרפואה. בשלב הראשון, היא שימשה לייצור כלים רפואיים ובשנת 1960 יוצר שסתום הלב המלאכותי הראשון שגם הושתל אצל מטופל והיה בשימוש מעל 30 שנה, דבר שמדגים את החוזק והעמידות של הסגסוגת בפני שחיקה.
על מנת שחומר יהיה מתאים לשימוש במקום מפרקים של גוף האדם, הוא חייב להכיל את התכונות הבאות:
  • להיות בעל רמה גבוהה של תאימות ביולוגית*
  • חוזק מתאים ועמידות בפני שחיקה
  • לא להיות מושפע מנוזלי הגוף
  • להיות מסוגל לשכפל את התכונות הפיזיות והמכניות של המפרק אותו הוא מחליף
סגסוגות קובלט-כרום עומדות בכל ארבעת הסעיפים האלה מה שמסביר את הפופולריות שלהן. למרות שנעשה היום שימוש בקרמיקה ובסגסוגות טיטניום שיש להן משקל נמוך יותר, סגסוגות קובלט-כרום עדיין תופסות חלק נכבד בתחום.


* חומרים בעלי תאימות ביולוגית הם חומרים שלא יוצרים אינטראקציה או תגובה מזיקה עם מרקם ביולוגי חי.

שימושים אורתופדיים

סגסוגת קובלט כרום

כפי שניתן ללמוד מהמאמר, הדרישה לחומרים באיכות גבוהה קיימת כבר זמן רב. עם זאת, לא תמיד חומר שכזה זמין ועל כן יש לפתח אותו. אך משפותח, חומר שכזה יכול לשמש ביישומים רבים ולהביא לתועלת רבה בתחומים רבים. סגסוגת קובלט-כרום היא דוגמה מצוינת לחומר מהסוג הזה. חומר שפותח על מנת לייצר כלי סכו"ם נכנס לתחום של ייצור כלי חיתוך ונמצא יעיל מאוד לתחום הרפואה ובייצור שתלים אורתופדיים.
 
דבר זה מדגיש את החשיבות של תחום הנדסת החומרים וההשפעה שלו על חיינו.

סיכום

כפות – לקוח מתוך חשבון ה-Pinterest של Linda Diedrich
הלוגו של Haynes Stellite – לקוח מתוך האתר של Haynes International
הלוגו של Kennametal Stellite – לקוח מתוך אתר החברה

מתן ייחוס ליוצרים של התמונות שמופיעות במאמר:

Stellite הוא סימן מסחרי רשום של חברת Kennametal Stellite

הערה בנוגע לשימוש בסימני מסחר

 
ניתן לשלוח שרטוטי עיבוד שבבי לתמחור ישירות לדוא"ל: info@hitechm.co.il

היי-טק מכניקה, מפעל עיבוד שבבי. רחב חרשי הברזל 6, ירושלים. טל': 02-5455909 או 052-7507776 דוא"ל: info@hitechm.co.il
© 2018. כל הזכויות שמורות להיי-טק מכניקה בע"מ - מפעל עיבוד שבבי.