آیا میدانید آلیاژ یا همجوشه چیست؟ معمولا برای ساخت قطعات مختلف در صنایع به ندرت از فلزات خالص استفاده میشود. چرا که در اکثر مواقع معمولا از فلزات آلیاژی استفاده میشود که ترکیبی از چند عنصر مختلف هستند. با استفاده از این روش میتوان خواص فلزات را به دلخواه تغییر داد. چرا که از انعطافپذیری گرفته تا سختی، رسانا بودن، استحکام بالا و… جزو ویژگیهایی هستند که میتوانیم با کم و زیاد کردن ترکیبات فلزات آلیاژی در آنها ایجاد کنیم.
همجوشه نیز نام فارسی آن میباشد. فلزات آلیاژی معمولا از مخلوط همگان دو یا چند فلز به دست میآیند. البته این مخلوط، هم میتواند شامل فلز و هم غیر فلز باشد.
از آنجایی که با تغییر ترکیبات آلیاژها میتوان به استحکام بیشتری در آنها دست پیدا کرد، این مصالح کاربردی، استفادههای زیادی در صنایع مختلف دارند. چرا که بسیاری از قطعات صنایع مختلف نیاز مبرم به استحکام و مقاومت بالا دارند. به همین دلیل از فلزات آلیاژی برای ساخت چنین قطعاتی استفاده میگردد. چرا که فقط چنین فلزات آلیاژی میتوانند از لحاظ کیفی قطعه را ضمانت کنند.
ما در این مقاله قصد داریم بیشتر راجع به آلیاژ و کاربردهایش صحبت کرده و سپس چند نمونه از آنها برایتان نام ببریم. پس با ما همراه باشید.
آشنایی با آلیاژ
در بالا گفتیم که همجوشه از ترکیب یک یا چند فلز و غیر فلز تشکیل میشود. چنین ترکیبی میتواند به عنوان یک محلول جامد از ترکیب یا مخلوط چند فلز یا غیر فلز دیگر باشد تا بتواند فلز آلیاژی مدنظرمان را تشکیل بدهد. اما ترکیبات و عناصر استفاده شده در فلزات آلیاژی کاملا دقیق بوده و باید از یک میزان یا درصد بالا یا پایینتر نباشد.
برای مثال، فولاد یک نوع همجوشه بسیار رایج و پرکاربرد است که از ترکیب آهن و کربن تشکیل میشود. کربن یک ترکیب غیر فلزی است که باید تا 2 درصد در آن وجود داشته باشد و آهن هم به عنوان یک عنصر فلزی به این آلیاژ اضافه میگردد. برنج آلیاژی هم نمونه دیگری است که از ترکیب 2 عنصر فلزی مس و روی تشکیل میشود.
آلیاژ چیست؟
امروزه علم شیمی به ما کمک کرده تا بتوانیم فلزات آلیاژی مطابق با نیازهایمان را تولید کنیم. چرا که توسط این علم به طور دقیق میتوان مشخص کرد که هر ترکیب فلزی یا غیر فلزی دقیقا چه ویژگیهای داشته و میتواند چه تغییراتی در محصول نهاییمان ایجاد کند.
برای مثال، تولیدکنندگان با توجه به ویژگیهایی که مد نظرشان است، شروع به تغییر در فلزات آلیاژی میکنند. یعنی آنها میدانند که نیاز به قطعات بسیار مستحکم، سخت، بادوام و یا انعطافپذیر دارند. سپس بر اساس این نیازها تصمیم میگیرند که دقیقا از چه نوع ترکیباتی در ساخت و یا تولید فلز آلیاژی استفاده کنند. به خاطر این که هر عنصر مشخصی ویژگی خاص خودش را به محصول نهایی داده و انتخاب نوع و مقدار آن در فلز آلیاژی، نقش بسیار مهمی ایفا میکند.
بیشتر بخوانید: انواع ورق آلیاژی
مراحل ساخت آلیاژها
همانطور که میدانید در علم شیمی مباحث بسیار گسترده و تخصصی در ترکیب مواد، مورد توجه قرار میگیرد. از مقدار اتمها گرفته تا فرمولهای شیمیایی و آرایش اتمی آنها، همگی نقش مهمی در ترکیب عناصر مختلف دارند.
در نتیجه، متخصصان این حوزه با توجه به موارد ذکر شده تصمیم میگیرند برای محصول نهایی مدنظرشان دقیقا از چه مقدار ترکیبات فلزی یا غیر فلزی استفاده کنند. چرا که این موضوع کاملا تخصصی بوده و حتی یک درصد بالا و پایینتر عناصر میتواند کلا ساختار مولکولی فلز آلیاژی را متحول کرده و تغییرات زیادی در ساختار آن به وجود بیاورد. آلیاژها معمولا با توجه به آرایش اتمی که دارند بر اساس جانشین فرعی یا بینابینی به موارد زیر دستهبندی میشوند:
آلیاژهای فرعی
برای تولید همجوشه فرعی، معمولا از مکانیسمهای تبادل اتمی استفاده میشود. به عبارت دیگر، از آنجایی که اجزای فلزی از قابلیتهای پیوند شیمیایی و شعاع اتمی مشابهی برخوردار هستند، امکان اشغال مکانهای مشابه در شبکههای فلزی اتمیشان وجود دارد. از این روی، میتوان به راحتی آلیاژهای فرعی را تولید کرد.
برای مثال، برنج و برنز دو نمونه از همجوشه های فرعی هستند که به همین شکل ساخته میشوند.
آشنایی با آلیاژ ها
آلیاژهای بینابینی
زمانی که اتمهای کوچکتر یک عنصر حفرههای شبکه فلزی را پر کند، همجوشه بینابینی به وجود میآید. اما توجه داشته باشید که اتمّها هر عنصر در آلیاژها مکانهای یکسانی را اشغال نمیکنند و ممکن است نقاط مختلفی را پر کنند.
یکی از نمونههای بارز آلیاژهای بینابینی فولاد است. در فولادها اتمهای کربن کوچکتر، فضاهای میان اتمهای آهن را پر کرده و در اثر این ترکیب، چنین فلز همجوشه مستحکمی به وجود میآید.
از آنجایی که در فلزات خالص، اتمها به راحتی میتوانند روی یکدیگر بلغزند، ساختار اتمیشان به گونهایست که محصول نهایی از استحکام لازم برخوردار نمیشود. به همین دلیلی است که برخی آلیاژها به دلیل ساختار اتمی که دارند، از استحکام بسیار بالایی برخوردار هستند. در ادامه به چند مورد از آلیاژها اشاره خواهیم کرد.
آلیاژ برنج
برنج یک نوع آلیاژ است که از ترکیب روی و مس تشکیل شده است. این نوع آلیاژ دارای نقطه ذوب بسیار پایینی بوده و از لحاظ دوام و کارآمد بودن در سطح قابل قبولی قرار دارد. در مورد کاربردهایی که معمولا به مقاومت در برابر خوردگی بالا و همچنین اصطکاک کمی نیاز است، از آلیاژ برنج استفاده میشود.
این موارد عبارتند از: ساخت بلبرینگ، قفل، قطعات لوازم خانگی، اجزای مختلف مهمات و…
الیاژ برنج
آلیاژ فسفر برنز
این نوع آلیاژ هم از ترکیب فسفر (0.01 درصد)، قلع و مس (0.5 تا 11 درصد) تشکیل میشود. این نوع آلیاژ استحکام بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد و مقامت خستگی آن هم بالا است. از آلیاژ فسفر برنز در مواردی نظیر ساخت فنر، میلههای جوش، بلبرینگ، ملخهای کشتی، تعویض قطعات و… استفاده میشود.
آلیاژ فولاد
همانطور که در بالا اشاره کردیم فولاد یک نوع محصولات آلیاژی است که از ترکیب آهن و کربن به وجود میآید. فولاد از استحکام کششی بسیار بالایی برخوردار بوده و هزینه مقرونبهصرفهای دارد. تغییر در اندازه و مقدار ترکیبات مختلف فولاد میتواند محصولات مختلفی نظیر فولاد فنری، فولاد زنگ نزن، فولاد نورد سرد و گرم و… تولید کند که هر کدام کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند.
از آلیاژ فولاد در ساخت لوازم خانگی، قطعات خودرو، لوازم خانگی، انواع زیرساختها و ساخت و سازهای مختلف استفاده میگردد.
بیشتر بدانید : فولاد چیست و انواع آن
آلیاژ مس بریلیم
مس بریلیم یک آلیاژیست که از ترکیب بریلیم (3 درصد) و مس (0.5) تشکیل شده است و آن را با نام آلیاژ 25 و یا BeCu هم میشناسند. یکی از ویژگیهایی که آلیاژ مس بریلیم دارد، شکلپذیری و جوشپذیری بالای آن است. مس بریلیم همچنین خاصیت غیر مغناطیسی و عدم جرقه دارد که میتواند در موارد بسیار زیادی مورد استفاده قرار بگیرد.
از دیگر مزایای این نوع آلیاژ میتوان به مقاومت بالای آن در برابر خوردگی، اسیدهای غیر اکسیدکننده و یا اکسیداسیون اشاره کرد. این همجوشه هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بلایی هم دارد و در مواردی نظیر ساخت اجزای کامپیوتر، صنایع هوافضا، ساخت آلات موسیقی و فلزکاری استفاده میشود.
معرفی برخی از عناصر آلیاژها
در بالا به برخی از عناصر مختلف آلیاژها اشاره کردیم که هر کدام نقش بسیار مهمی در ایجاد ویژگیهای مختلف آلیاژها دارند. به طور کلی تغییر در مقدار و نوع عناصر مختلف میتواند تغییرات زیادی در فلزات آلیاژی به وجود بیاورد. معمولا عناصر مختلفی که در آلیاژها وجود دارند به شرح ذیل هستند:
- منگنز
- کروم
- کربن
- نیکل
- سرب
- مس
- سیلیکون
- تنگستن
کلام آخر
ما در این مقاله فلزات آلیاژی را به طور کلی توضیح دادیم و عناصر مختلفشان را هم برایتان معرفی کردیم. در واقع پیشرفت در علم شیمی به بشر کمک کرده تا بتواند به ساخت آلیاژها بر حسب نیاز خود در زمینههای مختلف صنعتی دستیابی پیدا کند. امروزه از همجوشه ها در صنایع بسیار مختلف مورد استفاده قرار میگیرند که به چند نمونه از مهمترین آنها، در اینجا اشاره کردیم.