یکی از متریال‌های کاربردی در صنعت که در زندگی روزمره نیز نام آن را بسیار شنیده‌ایم و از آن استفاده کرده‌ایم، آلیاژها هستند. اما چه تعداد از ما اطلاع دقیقی از آن که آلیاژ چیست، چه کاربردی دارد و مواد تشکیل دهنده آلیاژ چیست، داریم؟ در حقیقت آلیاژ ماده‌ای نیست که مستقیما از طبیعت بدست آید؛ بلکه حاصل ترکیب مواد مختلف است. در ادامه مطلب ضمن معرفی آلیاژها و موارد استفاده آن، به بررسی آن‌که ویژگی‌های آلیاژ چیست و چه انواعی دارد خواهیم پرداخت. با ما همراه شوید.
آلیاژ چیست؟
در تعریف کلی آلیاژ (به انگلیسی Alloy) یا همجوشه ماده‌ای فلزی است که از ترکیب یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر که ممکن است فلز یا نافلز باشند، تشکیل می‌گردد. معمول‌ترین روش برای ترکیب فلزات و تشکیل یک آلیاژ، ذوب کردن آن‌ها و مخلوط کردن تمام مواد با هم و سپس صبر کردن برای جامد شدن و خنک شدن تا دمای اتاق است.
تاریخچه ساخت آلیاژ
شروع تمدن انسان‌ها به کشف آتش و فلز بازمی‌گردد. اولین فلزی که به دست انسان کشف شد، فلز مس بود که شروع پیدایش دیگر فلزات به حساب می‌آمد.
عصر برنز
دو هزار سال پیش از میلاد مسیح، برنز از ترکیب مس و آرسنیک موجود در زمین به دست آمد که در شروع پیدایش آن میان ایران و چین، اختلاف نظر وجود دارد.
عصر آهن
اولین بار، هیتی‌های آسیا به کشف فلز دست پیدا کردند و در قدم اول از این فلز برای ساخت زیورآلات استفاده کردند. رفته رفته دریافتند که آهن مقاومت زیادی دارد؛ بنابراین می‌توان از آن در ساخت ابزارهای جنگی استفاده کرد. پس از آن توانستند چدن را به کمک کوره‌های بلند تولید نمایند.
عصر انقلاب صنعتی
پایان عصر رنسانس در اروپا همزمان با آغاز انقلاب صنعتی بود. در آن زمان، فلزاتی مانند کبالت، آنتیموان و روی کشف شدند. در سال 1751 فلز نیکل کشف شد که زمینه‌ساز استفاده از آلیاژهای نیکل-مس در آمریکا شد.
اولین بار نیز در سال 1777 آبراهام داربی کوره بلند را برای ذوب و احیای سنگ‌های معدنی بکار گرفت. چیزی در حدود 100 سال بعد، ورق‌های فولاد نیکل در فرانسه نیز تولید شد. اولین سازمان‌های که از فولاد نیکلی برای ساخت کشتی استفاده کردند، نیروی دریایی کشورهای صنعتی بود. همچنین تا پایان جنگ جهانی اول برای ساخت ابزار جنگی نیز کاربرد داشتند.
رفته رفته در سال 1930 با پیشرفت در صنعت متالورژی ترکیب چند فلز با هم‌دیگر در کوره‌های ذوب امکان‌پذیر شد و سوپرآلیاژهایی همچون اینکونل، مونل و هستلوی تولید گشتند. تولید آلیاژهای غیرفلزی یا هم‌چوشه‌های سرامیکی نیز در قرن بیستم آغاز شد.
روش ساخت آلیاژ چیست؟
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد اکثر آلیاژها با مخلوط کردن فلزات در حالت مذاب تهیه می‌شوند. سپس مخلوط به دست آمده که به صورت مذاب است را در قالب‌های فلزی یا ماسه‌ای می‌ریزند تا به صورت جامد تبدیل شود. معمولا ماده اصلی و پایه، زودتر از مابقی ذوب می‌شود، پس از آن دیگر مواد اضافه می‌گردند. شرط اصلی و اولیه ساخت آلیاژ آن است که تمامی مواد کاملا ذوب و با یکدیگر به خوبی ترکیب شوند.
انواع آلیاژها کدامند؟
آلیاژها در 2 دسته‌بندی کلی فلزی و غیرفلزی تولید می‌گردند که هر کدام نیز دارای تقسیم بندی مخصوص به خود هستند که در ادامه به بررسی هر یک خواهیم پرداخت:
آلیاژ فلزی
آلیاژهای فلزی براساس فلز پایه آن‌ها در دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم‌بندی می‌شوند:
- آلیاژ آهنی
آلیاژهای آهنی به دسته‌ای از آلیاژها اطلاق می‌شود که پایه اصلی و اساسی آن‌ها آهن باشد. این آلیاژها در تولید انواع فولاد و چدن استفاده می‌شوند. عناصری که به طور معمول در ساخت آلیاژهای آهنی کاربرد دارند، شامل منگنز، آلومینیوم و سیلسیم هستند.
- آلیاژ غیرآهنی
آلیاژهای غیرآهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه آن‌ها برخلاف نوع قبل، آهن نیست و به جای آهن از فلزاتی همچون نیکل، کروم، مس و آلومینیوم استفاده می‌شود. این نوع از آلیاژها به علت مقاومت بالا در برابر حرارت و اکسایش در صنایع مختلفی مثل خودروسازی و هوافضا کاربرد بسیاری دارند. شناخته شده ترین آلیاژهای غیرآهنی برنج و برنز هستند که هزاران سال پیش کشف شدند.
آلیاژ غیرفلزی
به آن دسته از آلیاژهایی که عناصر غیرفلزی را در خود جای می‌دهند، آلیاژهای غیرفلزی گفته می‌شود و در صنایع مختلفی کاربرد دارد. به عنوان مثال سیلیکون یک جز مهم برای بسیاری از آلیاژهای غیرفلزی به حساب می‌آید.
سیلیکون معمولا به عنوان یک ترکیب ضدزنگ در آلیاژ استفاده می‌گردد. همچنین منجر به افزایش مقاومت فلزات می‌شود و دمای ذوب را نیز کاهش می‌دهد. از کربن نیز برای ساخت آلیاژها استفاده می‌کنند.
کاربرد آلیاژ چیست؟
از انواع مختلف آلیاژ در صنایع و لوازم زیر استفاده می‌گردد:
- ساخت تجهیزات حمل و نقل همچون هواپیما و کشتی
- جواهر سازی
- کاربرد در ساخت آلات موسیقی
آلیاژهای معروف کدامند؟
شناخته شده‌ترین آلیاژها شامل موارد زیر می‌شود:
- کروم– از فلز کروم برای بهبود مقاومت به خوردگی استفاده می‌شود. بسته به نوع ماده پایه، کروم هم چنین می‌تواند سختی و استحکام را افزایش دهد.
- نیکل– در بسیاری از موارد از نیکل برای افزایش تافنس یا چقرمگی استفاده می‌کنند. فولادهای ضدزنگ آستنیتی مقادیر زیادی از نیکل را دارا هستند که به‌عنوان یک بهبود دهنده آستنیت عمل می‌کند.
- مس– این فلز سبب آن می‌شود که موادی همچون آلومینیوم، قابلیت پیر سختی پیدا کنند. اضافه کردن مس به فولاد بر خلاف آلومینیوم که منجر به کاهش مقاومت به خوردگی می‌شود، مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد.
- منگنز– منگنز فلزی است که برای افزایش استحکام مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز به تنهایی برای کاربردهای دمای بالا مناسب است و نیازی به عملیات حرارتی ندارد.
- تنگستن– عنصر آلیاژی فلزی است که برای بهبود مقاومت پوششی به ویژه در دماهای بالا، چقرمه و مستحکم می‌شود.
- سرب– سرب یک عنصر آلیاژی فلزی است که برای بهبود خواص ماشین‌کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- سیلیسیوم– یک عنصر آلیاژی نافلز است و اغلب موارد به‌عنوان دی اکسیدایزر در فلزات استفاده می‌شود. سیلیسیوم می‌تواند دمای ذوب را نیز کاهش و استحکام را افزایش دهد.
- کربن– کربن نیز یک عنصر آلیاژی نافلز است که برای تولید فولاد ضروری می‌باشد. افزودنی‌های کربن اکثرا با هدف افزایش مقاومت و سختی در آلیاژهای فولاد و چدن مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جمع بندی
در این مطلب به بررسی آن‌که آلیاژ چیست و چه انواعی دارد، پرداختیم. آلیاژ ماده‌ای فلزی متشکل از فلز با عناصر فلزی یا غیرفلزی دیگر می‌باشد و در دو دسته بندی کلی فلزی و غیرفلزی دسته‌بندی می‌شوند. از انواع مختلف آلیاژ در خودروسازی، ساخت لوازم تزئینی و غیره استفاده می‌کنند.
منبع(Resource): What Is An Alloy
سوالات متداول
آلیاژ های معروف کدامند؟
متداول‌ترین آلیاژها شامل کروم، نیکل، منگنز، مس، سرب، کربن و غیره می‌شود.
انواع آلیاژ فلزی کدام است؟
آلیاژهای فلزی شامل دو نوع آلیاژ آهنی و غیرآهنی می‌شوند.
کاربرد آلیاژ چیست؟
از انواع آلیاژ در جواهر سازی، خودروسازی و غیره استفاده می‌گردد.
