در قلمرو فریبنده آلیاژها فلزات متحد می‌شوند و به مواد خارق العاده تبدیل می‌شوند. آیا تا به حال از استحکام فولاد یا درخشش برنز شگفت زده شده اید؟ آماده شوید تا در دنیای آلیاژها قدم بردارید و اسرار این مواد قابل توجه را کشف کنید. آلیاژهایی که از ذوب فلزات مختلف به وجود آمده‌اند، جادویی خاص خود را دارند. آن‌ها دارای مجموعه‌ای از خواص قابل توجه هستند که سیر تمدن بشری را شکل داده است.

آلیاژ چیست؟

آلیاژها (به انگلیسی Alloy) موادی هستند که از ترکیبی از دو یا چند عنصر فلزی تشکیل شده‌اند که معمولاً در نسبت‌های مختلف با هم مخلوط می‌شوند. آلیاژها برخلاف فلزات خالص، خواص منحصر به فرد و بهبود یافته ای از خود نشان می‌دهند که آنها را برای طیف گسترده ای از کاربردها بسیار مطلوب می‌کند. ترکیب آلیاژها را می‌توان برای دستیابی به ویژگی‌های خاص مانند افزایش استحکام، بهبود مقاومت در برابر خوردگی، افزایش مقاومت حرارتی یا هدایت الکتریکی برتر تنظیم کرد. با ترکیب فلزات مختلف، طراحان آلیاژ می‌توانند از نقاط قوت عناصر منفرد استفاده کنند و در عین حال نقاط ضعف آنها را کاهش دهند و در نتیجه موادی با کارایی و تطبیق پذیری برتر تولید کنند.

مفهوم ترکیب فلزات برای ایجاد آلیاژ برای قرن‌ها انجام شده است. این ترکیبات می‌توانند در هر دو سطح اتمی و ماکروسکوپی رخ دهند. در سطح اتمی، اتم‌های فلزات مختلف با هم مخلوط می‌شوند و محلول جامد با ساختار کریستالی منحصر به فرد را تشکیل می‌دهند. از نظر ماکروسکوپی، آلیاژها معمولاً از ذوب فلزات تشکیل‌دهنده با هم تشکیل می‌شوند و به آنها اجازه می‌دهد با هم مخلوط و جامد شوند و یک ماده همگن را تشکیل دهند. این آرایش خاص اتم‌ها در آلیاژ است که خواص و ویژگی‌های متمایز آن را به این مواد می‌دهد.

نخستین آلیاژی که بشر ساخت

انسان‌ها در طول تاریخ به طور مداوم با ترکیب فلزات برای ایجاد مواد مفید آزمایش کرده‌اند. یکی از اولین آلیاژهای شناخته شده و ساخته شده توسط انسان، برنز یا مفرغ است که در حدود 3500 سال قبل از میلاد مسیح به وجود آمد. در ادامه مقاله درباره برنز بیشتر توضیح خواهیم داد. این پیشرفت قابل توجه تکنولوژیک نشان دهنده گذار از عصر حجر به عصر برنز بود و تمدن بشری را متحول کرد. برنز در مقایسه با فلزات تشکیل دهنده آن دارای خواص برتری بود. این ماده از مس خالص بادوام‌تر، سخت‌تر و در برابر خوردگی مقاوم‌تر بود. در نتیجه، برنز به طور گسترده برای کاربردهای مختلف از جمله ابزار، سلاح و اشیاء تزئینی مورد استفاده قرار گرفت.

اختراع برنز تأثیر عمیقی بر تمدن بشری گذاشت و باعث پیشرفت در کشاورزی، تجارت و جنگ شد. ابزار و سلاح‌های برنزی از نظر قدرت و دوام برتر بودند و با بهبود کارایی و بهره وری به توسعه کشاورزی کمک می‌کردند. استفاده از سلاح‌های برنزی نیز استراتژی‌های جنگی را متحول کرد و امکان گسترش و دفاع از تمدن‌ها را فراهم کرد. علاوه بر این، افزایش تقاضا برای قلع برای تولید برنز باعث تقویت شبکه‌های تجاری و مبادلات فرهنگی شد که منجر به پیشرفت‌های فناوری و تعاملات بین فرهنگی شد.

مفرغ آلیاژ چه فلزاتی است؟

مفرغ یا برنز آلیاژی باستانی است که قرن‌ها به دلیل خواص استثنایی آن مورد استفاده قرار گرفته است. این ماده عمدتاً از مس (Cu) و قلع (Sn) تشکیل شده است، اگرچه عناصر دیگری مانند آلومینیوم، روی، سرب و نیکل نیز ممکن است در مقادیر کمتری وجود داشته باشند. نسبت مس و قلع در مفرغ می‌تواند متفاوت باشد که منجر به انواع مختلفی از آلیاژهای برنز با ویژگی‌های متفاوت می‌شود. به طور کلی، مفرغ حاوی حدود 88-95٪ مس و 5-12٪ قلع است.

کاربرد آلیاژها در زندگی

آلیاژها کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و بخش‌های مختلف پیدا می‌کنند. یکی از شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین کاربردهای آلیاژ در زمینه مهندسی و ساخت است. آلیاژهایی مانند فولاد (ترکیبی از آهن و کربن) و فولاد ضد زنگ (فولاد ترکیب شده با کروم و گاهی اوقات عناصر دیگر) استحکام، دوام و مقاومت قابل توجهی در برابر خوردگی دارند. این آلیاژها در ساخت و ساز، خودروسازی، هوافضا، توسعه زیرساخت‌ها و موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آلیاژها در زمینه الکترونیک و مهندسی برق نیز بسیار مهم هستند. به عنوان مثال آلیاژهای حاوی مس، روی و نیکل معمولاً به دلیل رسانایی عالی و مقاومت در برابر گرما برای سیم کشی و اتصالات برق استفاده می‌شوند. آلیاژهای تیتانیوم در بخش پزشکی به دلیل زیست سازگاری و استحکام آنها مورد توجه قرار می‌گیرند و آنها را برای ایمپلنت‌های دندانی، تعویض مفصل و ابزار جراحی مناسب می‌کند. علاوه بر این، آلیاژهایی مانند آلیاژهای آلومینیوم به دلیل ماهیت سبک وزن و نسبت استحکام به وزن بالا به طور گسترده در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اهمیت آلیاژها در صنایع مختلف غیر قابل انکار است. آنها نقشی اساسی در پیشرفت فناوری، افزایش عملکرد محصول و بهبود کارایی دارند. مهندسان با تنظیم ترکیب آلیاژها می‌توانند موادی با خواص خاص برای برآورده کردن نیازهای منحصر به فرد کاربردهای مختلف ایجاد کنند. چه حمل و نقل، ساخت و ساز، تولید انرژی یا مراقبت‌های بهداشتی را بررسی کنیم آلیاژها همچنان مرزهای نوآوری را در پیش می‌گیرند و باعث پیشرفت در بخش‌های متعددی می‌شوند.

فولاد، پرکاربردترین آلیاژ دنیا

فولاد را به عنوان پرمصرف‌ترین آلیاژ دنیا می‌شناسند. اما چرا؟ فولاد در ساخت سازه‌های ساختمانی، وسایل نقلیه، تجهیزات صنعتی، و محصولات مصرفی استفاده می‌شود. فولاد همچنین در کاربردهای خاص مانند ساخت سلاح، تجهیزات پزشکی، و صنایع هوافضا نیز استفاده می‌شود.

بیایید فقط انواع لوله و پروفیل و میزان مصرف آن‌ها را در حوزه‌های مختلف بررسی کنیم. انواع ورق‌ها مانند ورق سیاه، ورق روغنی، ورق گالوانیزه، ورق اسیدشویی، انواع لوله‌ها مانند لوله مبلی، لوله استیل، لوله داربست، انواع پروفیل مانند پروفیل آهن، پروفیل سبک و پروفیل در و پنجره، همه و همه از آلیاژ فولاد ساخته می‌شوند.

کاربردهای فولاد روز به روز در حال گسترش است و انتظار می‌رود که این روند در سال‌های آینده ادامه یابد. فولاد یک آلیاژ با ارزش است که در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود.

قیمت قوطی آهن

روندهای آتی در توسعه و کاربردهای آلیاژ

تحقیقات و پیشرفت‌های فعلی در فناوری آلیاژ راه را برای پیشرفت‌ها و کاربردهای آتی هموار می‌کند. دانشمندان و مهندسان به طور مستمر در حال بررسی ترکیبات آلیاژی جدید و تکنیک‌های پردازش برای کشف خواص و عملکرد بهبود یافته هستند. یکی از حوزه‌های تمرکز، توسعه آلیاژهای با آنتروپی بالا (HEAها) است که از عناصر متعدد در نسبت‌های تقریباً مساوی تشکیل شده‌اند. HEA‌ها خواص استثنایی مکانیکی، مغناطیسی و مقاوم در برابر خوردگی را نشان می‌دهند و امکاناتی را برای کاربرد در هوا فضا، انرژی و حمل و نقل ارائه می‌دهند. اکتشاف این آلیاژها نویدبخش ایجاد مواد پیشرفته با عملکرد عالی و خواص مناسب است.

یکی دیگر از روندهای نوظهور در توسعه آلیاژ، فناوری نانو است. ساختارهای آلیاژی در مقیاس نانو خواص و رفتارهای منحصر به فردی از خود نشان می‌دهند که استحکام، سختی و فعالیت کاتالیزوری بهبود یافته را نشان می‌دهند. به عنوان مثال، آلیاژهای فولادی نانوساختار پتانسیل افزایش نسبت مقاومت به وزن مواد ساختاری را دارند و آنها را برای کاربردهای سبک وزن ایده آل می‌کند.

انواع آلیاژها

آلیاژ پلاتین ایریدیوم

آلیاژ پلاتین ایریدیوم (platinum iridium alloy)، یک آلیاژ دوتایی مبتنی بر پلاتین حاوی ایریدیوم است. افزودن ایریدیوم به پلاتین می‌تواند به طور قابل توجهی مقاومت شیمیایی پلاتین در برابر خوردگی را بهبود بخشد. همچنین، آلیاژ پلاتین ایریدیوم دارای استحکام، سختی و نقطه ذوب بالاتری نسبت به پلاتین خالص است. آلیاژ پلاتین ایریدیوم معمولاً با نسبت 90٪ پلاتین و 10٪ ایریدیوم ساخته می‌شود. این نسبت ترکیبی از خواص مطلوب پلاتین و ایریدیوم را ارائه می‌دهد. با این حال، نسبت‌های دیگری از پلاتین و ایریدیوم نیز ممکن است استفاده شوند، بسته به کاربرد خاص مورد نظر. آلیاژ پلاتین ایریدیوم یک آلیاژ گران قیمت است، اما به دلیل خواص عالی آن، در بسیاری از کاربردها، ارزش قیمت آن را دارد.

آلیاژ مس و آلومینیوم

آلیاژ مس و آلومینیوم، آلیاژی است که از ترکیب مس و آلومینیوم ساخته می‌شود. این آلیاژ دارای خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوبی است و در صنایع مختلف کاربرد دارد. ترکیب آلیاژ مس و آلومینیوم معمولاً در محدوده 5 تا 90 درصد آلومینیوم است. آلیاژهای با درصد آلومینیوم کمتر، خواص مکانیکی بهتری دارند و آلیاژهای با درصد آلومینیوم بیشتر، خواص شیمیایی بهتری دارند.

آلیاژ مس و نیکل

آلیاژ مس و نیکل، آلیاژهای فلزی هستند که از ترکیب دو فلز مس و نیکل به صورت ترکیبی خاص ساخته می‌شوند. در این آلیاژ، نسبت مس به نیکل به طور متوسط در محدوده 60 تا 90 درصد مس و 10 تا 40 درصد نیکل متغیر است. آلیاژهای مس و نیکل دارای طیف گسترده‌ای از خواص و کاربردها هستند. این آلیاژها اغلب ترکیبی از خواص مطلوب از هر دو فلز را نشان می‌دهند که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌کند.

آلیاژ برنج و برنز

آلیاژ برنج و برنز هر دو آلیاژهای مهمی هستند که کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف دارند. این آلیاژها به دلیل خواص منحصر به فرد خود، جایگزین مناسبی برای مواد سنتی، مانند فولاد، هستند. برنج از ترکیب مس و روی (زینک) تشکیل می شود. برنج معمولاً به رنگ زرد دیده می شود و دارای خواصی مانند انعطاف پذیری، رسانایی الکتریکی و رسانایی حرارتی خوب است. برنز از ترکیب مس و قلع تشکیل می شود. برنز معمولاً به رنگ قهوه ای مایل به قرمز دیده می شود و دارای خواصی مانند استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، و دوام خوب است.

جمع‌بندی

آلیاژها تمام جنبه‌های زندگی ما را تحت تأثیر خود قرار داده‌اند. از مهندسی هوافضا گرفته تا محصولات روزمره، طبیعت همه کاره و خواص استثنایی آن‌ها ما را به جلو سوق داده است. دفعه بعد که با یک آلیاژ درخشان روبرو شدید، شگفتی‌ها و پتانسیل پنهانی را که هنگام ترکیب فلزات آشکار می‌شود به خاطر بسپارید.

فولاد و آلیاژ, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 4 آذر 1402