Из чего сделан кремень для зажигалок? Объяснение ферроцерия

Зажигалка кремня это не натуральный камень, а искусственный сплав, называемый ферроцерий . Небольшие цилиндрические стержни внутри зажигалок, которые производят искры, состоят из точно составленной смеси редкоземельных металлов, в первую очередь церия и лантана, в сочетании с железом, магнием и незначительными количествами других элементов, таких как неодим и празеодим. Когда ты спрашиваешь из чего сделан кремень для зажигалки , ответ — пирофорный сплав, который при царапинах или истирании выделяет мельчайшие частицы, которые мгновенно окисляются на воздухе, выделяя тепло более 3000 градусов по Фаренгейту (1650 градусов по Цельсию). Это контролируемое и быстрое сгорание срезанных металлических частиц создает характерные яркие искры, которые воспламеняют бутановое топливо.

Точный состав более легкого кремня: сплав ферроцерия

Типичный кремень для зажигалок изготавливается из ферроцерия, сплава, содержащего примерно 50% церия, 25% лантана, 18% железа и меньшие доли неодима, празеодима и магния с небольшим добавлением кальция и кремния для измельчения зерна. Эта формулировка не случайна; Металлурги десятилетиями совершенствовали это соотношение, чтобы оптимизировать искрообразование, долговечность и стоимость. Согласно паспортам безопасности материалов, предоставленным крупными производителями зажигалок, точное процентное содержание может незначительно варьироваться, но присутствие церия в качестве доминирующего элемента является универсальным, поскольку церий является наиболее пирофорным из редкоземельных металлов. Исследование 2019 года, опубликованное в журнале Журнал сплавов и соединений Исследование ферроцериевых искровых сплавов подтвердило, что содержание церия ниже 45% значительно уменьшает размер и температуру искрового ливня, а повышение содержания церия выше 55% делает сплав слишком мягким и кремень слишком быстро изнашивается.

Содержание железа обеспечивает механическую твердость и структурную целостность, а магний, хотя и присутствует в небольших количествах, существенно снижает температуру воспламенения сплава и помогает искрам гореть дольше и ярче. Типичный легче кремень формула достигает твердости от 45 до 55 по шкале Роквелла B, которая тщательно подбирается, чтобы сбалансировать образование искр и скорость износа. Если бы кремень был тверже, ударное колесо с трудом сбривало бы частицы; если бы он был мягче, кремень был бы израсходован всего за несколько ударов.

Пирофорный механизм: как более легкий кремень создает искры

Искры от более легкого кремня вызываются не только теплом, выделяемым при трении, но и химической пирофорной реакцией, при которой крошечные частицы ферроцерия, только что обнаженные при соскабливании, мгновенно окисляются при контакте с воздухом. Когда зубчатое стальное ударное колесо вращается против кремня под давлением пружины, оно механически сбривает микроскопические фрагменты сплава размером от 10 до 100 микрон. Поскольку церий имеет чрезвычайно низкую температуру самовоспламенения, составляющую примерно От 150 до 180 градусов Цельсия (от 302 до 356 градусов по Фаренгейту) , и в результате разрушения хрупкого сплава высвобождается достаточно энергии, чтобы нагреть эти фрагменты сверх этого порога, частицы самопроизвольно воспламеняются в течение миллисекунд. Реакция окисления является сильно экзотермической, выделяя энергию, которая повышает температуру частиц до уровня между 1400 и 1700 градусов по Цельсию (от 2550 до 3090 градусов по Фаренгейту) , чего более чем достаточно для воспламенения газообразного бутана, температура самовоспламенения которого составляет около 405 градусов Цельсия.

Этот механизм принципиально отличается от настоящего кремневого и стального зажигания огня. Природный кремень — это твердая кварцевая порода, которая при ударе о высокоуглеродистую сталь сбривает частицы железа, которые окисляются. Сам кремень не горит. В современном зажигалка кремня Однако в качестве топлива для искр расходуется сам кремень — ферроцериевый стержень. Каждое соскабливание удаляет тонкий слой сплава, поэтому более легкие кремни постепенно укорачиваются и требуют замены. Типичный кремневый стержень диаметром 5 миллиметров и длиной 12 миллиметров может произвести примерно от 500 до 1000 надежных ударов, прежде чем он полностью израсходуется.

Ферроцериевый кремень для зажигалок по сравнению с настоящим кремнем и другими искрящими материалами

Хотя современный более легкий кремень из ферроцерия обычно называют кремнем, он химически и механически отличается от природного кремневого камня, магниевых блоков и комбинации кремня и стали старого образца. В таблице ниже поясняется, как эти искрящие материалы складываются с точки зрения температуры искры, долговечности и типичных сценариев использования.

Как производятся ферроцериевые кремни для зажигалок

Производство более легкого кремня включает плавку редкоземельных металлов и железа в индукционной печи в инертной атмосфере, отливку сплава в слитки, а затем экструдирование или прессование его в небольшие цилиндрические стержни, которые нарезаются по длине. Поскольку редкоземельные металлы обладают высокой реакционной способностью по отношению к кислороду при высоких температурах, весь процесс плавки и литья проводится в вакууме или в среде аргона, чтобы предотвратить окисление церия и лантана до того, как из них можно будет сформировать кремни. Как только сплав остывает и затвердевает, его измельчают и переплавляют или подвергают прямой горячей экструзии в стержни необходимого диаметра, обычно от 2,5 до 5 миллиметров для карманных зажигалок. Затем непрерывный стержень разрезается на отдельные кремневые цилиндры с помощью высокоскоростной алмазной пилы или абразивного отрезного круга, который режет с точностью до 0,1 миллиметра.

После огранки кремни могут подвергаться циклу термообработки при температуре около От 300 до 400 градусов Цельсия (от 572 до 752 градусов по Фаренгейту) в течение нескольких часов в контролируемой атмосфере для снятия внутренних напряжений и оптимизации размера зерна. Этот этап отжига увеличивает консистенцию искрового потока и снижает склонность кремня к разрушению вместо равномерного истирания. Наконец, кремни перемалывают для удаления заусенцев, проверяют на наличие трещин и упаковывают. Весь производственный процесс руководствуется необходимостью достижения точной твердости по Роквеллу и постоянной скорости образования искры, гарантируя, что каждый зажигалка кремня надежно работает от первого удара до последнего.

Почему легкие кремни изнашиваются и когда их заменять

Более легкий кремень изнашивается, потому что при каждом соскабливании физически удаляется тонкий слой ферроцериевого сплава, который затем сгорает в виде видимых искр. Это преднамеренный, расходуемый процесс. Скорость износа зависит от твердости сплава, остроты и давления бойка, а также количества ударов в день. Заядлый курильщик может изнашивать кремень менее чем за месяц, а кремень для зажигалки для барбекю, который используется время от времени, может служить годами. Среднее количество ударов, получаемых из стандартного кремня размером 5х12 мм, составляет от 700 до 1000 , при условии, что колесо чистое и не чрезмерно изношенное. Как только кремень изнашивается до толщины около 2 миллиметров, он больше не обеспечивает надежного контакта с бойком и его следует заменить. Ярким признаком того, что кремень необходимо заменить, является то, что зажигалке требуется несколько сильных щелчков, чтобы образовалась слабая или прерывистая искра.

Часто задаваемые вопросы о зажигалке Flint

Кремень для зажигалки сделан из настоящего кремня?

Нет. Несмотря на название, современный зажигалка кремня не содержит природного кремня или кварца. Термин «кремень» был сохранен по историческим причинам, поскольку в ранних устройствах для разжигания огня использовался кусок кремневой породы, ударявшийся о сталь. Сегодня материалом является исключительно ферроцериевый сплав.

Может ли кремень для зажигалки быть токсичным или вредным при проглатывании?

Ферроцериевые кремни, как правило, нетоксичны в твердом виде, но проглатывание небольших кусочков кремня может создать опасность удушья или вызвать механическое раздражение. В паспортах безопасности ферроцерия он классифицируется как вещество с низкой острой пероральной токсичностью. Однако мелкая пыль, образующаяся при производстве кремня, может быть вредной при вдыхании в течение длительного времени, поэтому заводские рабочие носят средства защиты органов дыхания.

Почему некоторые кремни дают ярко-красную искру, а другие — белую?

Цвет искры зависит от конкретных редкоземельных элементов, добавленных в сплав. Более высокое содержание церия приводит к образованию желто-оранжевых искр, а более высокое соотношение лантана и магния приближает цвет к ярко-белому. Некоторые производители намеренно добавляют красители, такие как соединения стронция, для создания видимых цветных искр, но стандартно зажигалка кремня искры естественным образом появляются в виде коротких ярких белых вспышек.

Как заменить изношенный кремень зажигалки?

Большинство многоразовых зажигалок имеют небольшой винт в нижней части кремневой трубки. После удаления старой заглушки кремня и пружины вставляют новый кремень, а пружину и винт вставляют обратно. Важно использовать кремень правильного диаметра для конкретной модели зажигалки — обычно 2,5 мм или 5 мм. После замены зажигалку следует несколько раз щелкнуть без топлива, чтобы придать шероховатость поверхности кремня и обеспечить равномерное искрение.

Повреждает ли влага или влага кремень для зажигалок?

Ферроцерий подвержен коррозии во влажной среде, особенно если на поверхности кремня неоднократно образуется конденсат. Со временем может образоваться слой белого оксида, что снижает эффективность искрения. Однако несколько сильных ударов обычно соскребают коррозию и обнажают свежий сплав под ней. Хранение зажигалок в сухом месте значительно продлевает срок службы кремня.

Понимание точно из чего сделан кремень для зажигалки обнаруживает замечательный пирофорный сплав, который заменил натуральный камень много веков назад. Ферроцериевый кремневый стержень превращает простое механическое соскабливание в надежный поток раскаленных добела искр, и все это благодаря точной смеси церия, лантана и железа, которая мгновенно воспламеняется на воздухе. Независимо от того, заменяете ли вы изношенный кремень в карманной зажигалке или просто интересуетесь наукой об огне, ответ кроется в тщательно разработанном химическом составе редкоземельных металлов, который продолжает зажигать миллиарды огней каждый день.