koboltlegeringer

Vitallium er en legering som først og fremst brukes i dentale proteser (broer, kroner, delgebiss), men også i enkelte implantater (leddproteser, stenter) på grunn av sin styrke, slitasjemotstand og biovennlighet. Legeringen består av 60-65 prosent kobolt og inneholder omtrent 30 prosent krom og 3-5 prosent molybden som viktigste legeringselementer. Varianter kan inneholde små mengder karbon (for økt styrke) og enkelte andre elementer.

Elgiloy er en legering som brukes i strenger for tannregulering. Hovedforskjellen fra vitallium er at noe av innholdet av kobolt og krom er erstattet med nikkel (15 vektprosent) og jern (11-20 vektprosent), og legeringen er derfor mer duktil og formbar enn vitallium.

Hardlegeringer (stellittlegeringer) er en stor gruppe av kobolt-krom-legeringer med kjemiske sammensetninger som er skreddersydde for ulike anvendelser. Karboninnholdet i hardlegeringene er gjennomgående høyere enn i stål, rundt 1-3 vektprosent, og de får mye av sin hardhet fra karbidpartikler som ligger i en metallisk grunnmasse av kobolt, krom og andre elementer. Karbidpartiklene dannes i metallsmelten.

Kobolt er basiselementet i hardlegeringene, og krominnholdet er 20-35 prosent. De fleste legeringene inneholder wolfram i mengder på 5-23 prosent som danner wolframkarbider. Wolfram er i noen legeringer erstattet av opptil 10 prosent molybden som danner komplekse karbider sammen med krom og kobolt. Noen legeringer inneholder også nikkel eller jern i betydelige mengder, over 30 prosent.

Hardlegeringene utmerker seg ved høy varmefasthet og stor motstand mot slitasje, oksidasjon og korrosjon. De har vært brukt i verktøy som brukes til skjærende bearbeiding (dreiing, boring, fresing) ved så store hastigheter at varmeutviklingen fører til sterk temperaturstigning. For slike formål er de bedre egnet enn hurtigstål fordi de er mer slitesterke. Imidlertid har sintrede hardmetaller overtatt mye av denne bruken.

Andre anvendelser er transportsnekker, kollerganger, trekkeringer for tråd og verktøy for varmpressing. I tillegg blir stellitt-legeringer påleggssveist på slitasjeutsatte deler av bløtere metaller for å danne et hardt slitesjikt, for eksempel på stanser, ventiler og ventilseter for forbrenningsmotorer.

Koboltbaserte superlegeringer er høytemperaturlegeringer som inneholder 35-70 prosent kobolt, typisk 20 prosent krom og noe wolfram, nikkel og jern. Krom og wolfram er karbiddannere, og legeringene er tilsatt 0,1-1 prosent karbon for å oppnå en økning av styrke og slitasjemotstand gjennom utfelling av karbidpartikler under varmebehandling ved høy temperatur. Legeringene brukes i komponenter som skal tåle en kombinasjon av høy mekanisk belastning, høy temperatur og røffe korrosive forhold innen bruksområder som luft- og romfart og energiproduksjon (for eksempel i turbinskovler og forbrenningskamre i gassturbiner).

Tribaloy er legeringer av Co-Cr-Mo-Si, og de er kjent for sin høye motstand mot adhesiv slitasje mellom glidende overflater der smøring er vanskelig. De inneholder betydelig mindre karbon enn stellittlegeringene, men på grunn av høye innhold av molybden og krom inneholder de harde intermetalliske forbindelser, såkalte Laves-faser, som gjør legeringene harde. Laves-fasene gjør legeringene også sprø, men tilfredsstillende seighet oppnås ved nikkeltilsetninger som reduserer mengden Laves-fase. Tribaloy anvendes der det kreves en god kombinasjon av korrosjons- og slitasjemotstand, for eksempel i komponenter i ventiler, pumper og flyturbiner, i ventilseter, stempelringer, lagre i turboladere og i borkroner for oljeindustrien.

Hardmetaller er utelukkende verktøymaterialer, og i likhet med hardlegeringene inneholder de karbidpartikler av for eksempel wolfram eller titan i en metallisk grunnmasse (bindemiddel) som vanligvis er basert på kobolt. Fordi partikkelinnholdet er større enn i hardlegeringene er de hardere enn hardlegeringene, og de benyttes i skjæreverktøy for dreiing, fresing og annen maskinering av metaller. Hardmetaller produseres ved å sintre sammen et pulver av for eksempel wolframkarbid tilsatt 10 prosent koboltpulver ved høy temperatur og høyt trykk.

CrCoNi er en legering som inneholder like mengder krom, kobolt og nikkel. Legeringer som består av flere elementer i tilnærmet like mengder, kalles høyentropi-legeringer (engelsk high entropy alloys). De ble utviklet på 2000-tallet og har flere svært gode egenskaper. CrCoNi er på grunn av en ekstremt høy bruddseighet omtalt som et av de «sterkeste» metallene i verden. Den høye bruddseigheten, som øker med minkende temperatur, forklares med at legeringens atomstruktur endrer seg i sekvenser under belastning.

Hurtigstål benyttes til hurtig bearbeiding av metaller, og stålene tåler den lokale oppvarmingen slike verktøy blir utsatt for uten å miste hardhet. Denne egenskapen skyldes utfelling av temperaturstabile karbidpartikler. Enkelte hurtigstål blir tilsatt opptil 12 prosent kobolt for å øke stålets hardhet og temperaturbestandighet, og dette øker stålets skjæreevne ved høye temperaturer.

Mareldingsstål er nikkelrike, høyfaste stål som blant annet brukes i understell på fly. Stålene inneholder 3-5 prosent molybden og opptil 13 prosent kobolt, og styrken til stålene er basert på utfelling av finfordelte intermetalliske molybden-partikler. Kobolt senker løseligheten av molybden i stålet slik at det felles ut flere av disse partiklene, noe som gir økt styrke.

Nikkelbaserte superlegeringer kan inneholde opptil 20 prosent kobolt. Disse superlegeringene har meget høy styrke og korrosjonsmotstand ved høye temperaturer og brukes blant annet innen luft- og romfart, for eksempel i gassturbiner. Kobolt er fast løst i nikkelgitteret, og i tillegg til at dette i seg selv bidrar til styrke og hardhet, reduserer det bevegelsesfriheten til dislokasjoner under høytemperatur siging som gassturbinbladene utsettes for under drift (på grunn av sentrifugalkrefter). Dette reduserer faren for brudd i bladene.

Etter andre verdenskrig har kobolt fått stadig større betydning for framstilling av legeringer med særlig verdifulle magnetiske egenskaper. Mange magnetlegeringer er intermetalliske forbindelser med sine egne unike krystallstrukturer.

Som tilsetning til jern blir kobolt brukt både for å lage såkalt magnetisk myke legeringer med størst mulig permeabilitet, og til legeringer med permanente magnetiske egenskaper. De magnetisk myke legeringene inneholder opptil rundt 50 % kobolt og 50 % jern eller også rundt 25 % kobolt, 45 % nikkel og 20–30 % jern, samt mindre mengder av andre metaller som krom, molybden, vanadium og andre.

Den store permeabiliteten gjør at legeringene blir sterkt magnetiske selv i meget svake magnetfelt. Uten magnetfeltet blir legeringene igjen fullstendig umagnetiske. Slike magneter er viktige i for eksempel polskoene for elektromagneter, i tynne skiver for telefonmembraner og for andre telekommunikasjonsformål.

Alnico-legeringene er koboltholdige permanentmagneter. De ble utviklet i 1935 og inneholder 6–12 % aluminium, 14–30 % nikkel og 5–35 % kobolt, eventuelt også kobber og titan. Resten er jern. Dette er industrielle magneter og er blant de mest hardføre typene magneter. De kan tåle temperaturer opp til 525°C. De brukes hovedsakelig for fremstilling av spesialdeler, verktøy og maskiner.

Legeringer med 30–62 % kobolt, 6–16 % vanadium og resten jern blir brukt til å lage meget små magneter som bare veier brøkdeler av et gram, for eksempel i form av meget tynne tråder.

En rekke lantanoidmetall-kobolt-legeringer har blitt utviklet for magnetiske formål. Som permanentmagneter har disse bedre egenskaper enn de konvensjonelle alnico-legeringene. Et eksempel på dette er samarium-kobolt-magneter som brukes i kvartsur og i kameralukkere. Disse magnetene er av samme styrke som neodymmagnetene som regnes som de sterkeste kommersielt tilgjengelige magnetene.