مواد (فلزات غیرآهنی-فلزات دیرگداز)

دانش پژوهان عزیز، یکی از مهارت های پرکاربرد که در بسیاری از پروژه ها مورد استفاده قرار می گیرد، مهارت استفاده از فلزات آهنی و فلزات دیرگداز  است که در زیر توضیحاتی در مورد آن ارائه می شود.

فلزات غیر آهنی:

منظور از فلزات غیرآهنی همه فلزات به جز آهن است.

مس:

این فلز هم خود و هم آلیاژهای فراوانش مانند برنج و برنز بسیار سودمندند. مس به رنگ قرمز متمایل به قهوه‏ای است و فلزی نرم و چکشخوار، بسیار مقاوم و یکی از بهترین رساناهای گرما و الکتریسیته است.

مس خالص در 1082 و مس تجارتی در 1060 درجه سانتیگراد گداخته می‏شوند. مقاومت مس با افزایش دما از 200 درجه سانتیگراد به بعد به سرعت کاهش می‏یابد و در دمای حدود 500- 400 به نصف می‏رسد. خاصیت رسانایی گرمایی مس از همه فلزات به جز نقره بیشتر است و رسانایی الکتریکی آن به نقره نزدیک است.

روی:

این فلز در دمای معمولی شکننده و در دمای 150- 100 درجه سانتیگراد نرم و چکشخوار است و در دمای 210 درجه باز شکننده می‏شود.

هرگاه روی برای پوشش‏کاری مخازن آب یا لوله‏های آهنی انتقال آب و نیز ورقهای ساخت مخازن آب به کار رود اگر آب سبک و دارای اندکی اسید باشد به تدریج خورده و از روی جداره زدوده می‏شود. این فلز اگر در معرض هوای مرطوب قرار گیرد از جلا می‏افتد و در تماس با غبار و دوده و رطوبت دچار خوردگی می‏شود. روی برای ساخت شیروانی ها و ناودانی ها به کار می‏رود. ورق نورد شده  نازک روی به دلیل سبک بودن و آسانی جابه‏جایی برای پوشش سقف مناسب است.

قلع:

نقطه ذوب قلع 232 درجه سانتیگراد است. این فلز نرم و چکشخوار است و در دمای 100 درجه (نقطه جوش آب) به آسانی کشش می‏یابد و به مفتول تبدیل می‏شود. مقاومت آن اندک است ولی به دلیل نرمش و چکشخواری بسیار آن به آسانی نورد می‏شود و به صورت ورق بسیار نازک درمی‏آید. قلع به دلیل مقاومت بسیار در برابر خورندگی هوا و رطوبت به عنوان پوشش محافظ بر روی قطعات آهنی و مسی و نیز برای پوشش‏کاری لوله‏های سربی انتقال آب آشامیدنی به کار می‏رود.

آنتیموان:

این فلز مانند قلع سخت شکننده است. به آسانی با فلزات دیگر درمی‏آمیزد و‏ آلیاژهایی تشکیل می‏دهد که بسیار پرکاربردند.

سرب:

در صنعت لوله‏کشی فلزات دیگر جای سرب را سخت گرفته‏اند. سرب سنگینترین فلز معمولی است و در 327 درجه سانتیگراد گداخته می‏شود. سرب به اندازه‏ای نرم است که می‏توان آن را با چاقو برید؛ نرم و چکشخوار است ولی در مقایسه با دیگر فلزات رسانای گرمایی یا الکتریکی خوبی نیست. مقاومت کششی آن اندک است و همراه با دیگر فلزات برای ساخت آلیاژ یاتاقان ها و نیز آلیاژ لحیم فراوان به کار می‏رود.

بیسموت:

این فلز به دلیل برخورداری از دو خاصیت سرشناس است: 1- وزن مخصوص آن در زیر فشار کاهش می‏یابد 2- با کاهش دما انبساط می‏یابد. نقطه ذوب بیسموت حدود 270 درجه سانتیگراد است. این فلز اغلب همراه با آنتیموان برای ساخت حروف چاپ و تحریر به کار می‏رود زیرا بیسموت در هنگام انجماد مذاب قالب حروف را یکسره پر می‏کند.

آلومینیوم:

این فلز سبکترین فلز معمول است. آلومینیوم در طبیعت به شکل هیدرات ها و سیلیکات های آلومینیوم موجود است ولی تولید تجارتی آن به روش الکتریکی از سنگ های معدنی کریولیت و بوکسیت صورت می‏گیرد.

این فلز بر اثر عوامل جوی یا تماس با آب تازه خورده نمی‏شود و در برابر اسید نیتریک هم مقاوم است ولی نمکهای آب دریا و اسید سولفوریک رقیق آن را حل می‏کنند. آلومینیوم نرم و چکشخوار است و رسانای گرمایی و الکتریکی خوبی هم هست. انبساط گرمایی آلومینیوم اندکی بیش از دو برابر فولاد و چدن است.

فلزات دیرگداز:

به دلیل نقاط ذوب بالا و خاصیت واکنش‏پذیری آن ها در دماهای بسیار بالا این فلزات به جای روش ذوب و گداخت (استخراج فلز از سنگ معدن به یاری حرارت) به شیوه متالورژی پودر تولید می‏شوند. پودر فلزی با پرس هیدرولیک متراکم و تبدیل به شمش هایی با اندازه و شکل مناسب برای فرایندهای بعدی می‏شود. شمش های برداشته شده از زیر پرس مانند گچ ترد و شکننده هستند. ولی در فرایند پخت خشک تبدیل به فلزی مقاوم می‏شوند. عمل پخت خشک، حرارت دادن شمش ها در درون کوره‏های خالی از هواست. این عمل موجب می‏شود که ذرات پودر به هم جوش بخورند بدون آن‏که ذوب شوند و در پی آن رشد بلورین منظم فلزی در شمش آغاز می‏شود.

پیشرفت عملیات شکلدهی، ساخت و شیوه‏های جوشکاری موجب افزایش کاربرد این فلزات شده است. ساخت مصالح لوله‏ای شکل بدون درز و به فراخور در آوردن فرایند جوش قوس الکتریکی گاز خنثی با جوشکاری تانتالم و مولیبدن برای آسان کردن آن نمونه‏هایی از این موفقیت هستند.

تنگستن و مولیبدن:

تنگستن و مولیبدن پرکاربردترین فلزات از میان ده فلز دیرگداز هستند. تنگستن دارای بالاترین نقطه ذوب در میان همه فلزات است. بیشتر کاربردهای این دو فلز ناشی از نقاط ذوب بالا و توانایی استحکام‏پذیری و سفت شدن آن ها در دماهای بالا است.

در لامپهای الکترونیکی از تنگستن برای سیم منور، سیم‏پیچ حرارتی، آنُد (الکترودوست) و آب‏بندان شیشه استفاده می‏شود. از مولیبدن نیز در ساخت شبکه‏ها و توریها، آنُدها و قطعات تکیه‏گاهی استفاده می‏شود. تنگستن و مولیبدن در ساخت اتصالات الکتریکی شمع خودرو، لرزانه‏ها، رله‏های تلگراف و دیگر وسایلی که در آن ها از قطعات اتصالی به‏طور مداوم استفاده می‏شود به کار می‏روند. در ساخت اتصالات ممکن است از فلزات خالص استفاده شود ولی این فلزات را می‏توان همراه با نقره و مس نیز به کار برد تا آلیاز آن ها از کیفیت بالای مقاومت در برابر قوس الکتریکی هم برخوردار باشد.

تنگستن عنصر اصلی فلز Fansteel 77 است. این فلز ماده سنگینی است که از نظر چگالی نزدیک به تنگستن ولی به راحتی قابل ماشینکاری است. از فلز Fansteel 77 در ساخت روتورها، چرخ های طیار، وزنه‏های تعادل و دیگر قطعات کنترلی دوار در جاهایی که وزن یا اینرسی (ماند) بیشتر همراه با استحکام بالا برای نصب محدود مورد نیاز باشد استفاده می‏شود.

تنگستن و مولیبدن هر دو به عنوان عناصر گرم‏کننده در کوره‏های الکتریکی با دمای کار 1600 تا 2000 درجه سانتیگراد به کار می‏روند. دامنه تغییرات دمای کار این فلزات نسبت به آلیاژهای کروم- نیکل بالاتر است. پیشرفت استفاده از پوشش سیلیسیی برای عناصر گرم‏کننده مولیبدنی امکان کاربرد مولیبدن را در دماهای بالای 1650 درجه سانتیگراد فراهم ساخته است.

از الکترودهای تنگستنی برای نگاهداری قوس در جوشکاری گاز بی‏اثر هیدروژن اتمی استفاده می‏شود. میزان مصرف الکترودهای تنگستنی به دلیل بالا بودن نقطل ذوب و پایین بودن فشار بخار فلزی آن ها در هنگام کاربرد در فضای هیدروژنی، آرگونی یا هلیومی بسیار اندک است.

از عناصر گرم‏کننده تنگستنی و مولیبدنی در تجهیزات خلاء برای رسوب دادن پوششهای فلزی یا غیرفلزی نازک روی اشیاء به روش تبخیر هم استفاده می‏شود. فرآورده‏هایی که به این روش روکش کاری می‏شوند عبارتند از: آینه‏ها، لامپ های تلویزیون، کاسه چراغ های جلو خودروها، عدسی های عکاسی و بسیاری اقلام مشابه دیگر.

تنگستن و مولیبدن به صورت شمش های چهارپَر، ورق و تختال، میلگرد، مفتول و پودر فلزی تولید می‏شوند. لوله‏های بدون درز مولیبدنی در قطرها و ضخامتهای گوناگون و تنگستن کار باید هم به شکل پودر به بازار عرضه می‏شوند.

تانتالوم:

تانتالوم عنصری است که دارای بیشترین مقاومت در برابر خوردگی و آسیب شیمیایی است. کمتر اسیدی است که کوچکترین اثری روی تانتالوم داشته باشد.

تانتالوم در دماهای بالا توانایی جمع‏آوری گازهای باقیمانده در لامپ های الکترونیکی را دارد. از دیگر خواص مطلوب تانتالوم برای این کاربرد نقطه ذوب بالا، فشار بخار پایین، انبساط حرارتی و آسانی ساخت آن است.

سومین خاصیت مهم تانتالوم توانایی آن در شکل دادن فیلمهای آندی بسیار پایدار است. این خاصیت همراه با مصونیت آن در برابر خوردگی ناشی از الکترولیت ها اساس کار یکسوسازها، بازدارنده‏ها و خازن های الکترولیتی تانتالومی است.

کُلُمبیوم:

فلزی مقاوم در برابر خوردگی است که در سنگ معدن همراه تانتالوم یافت می‏شود. خواص عمومی کلمبیوم شبیه به تانتالوم ولی یک درجه خفیف تر از آن است.

بیشتر فلزات برخوردار از نقطه ذوب بالا شکننده هستند و شکل دهی و ساخت آن ها دشوار است. تانتالوم و کلمبیوم استثناء هستند. این دو فلز به اندازه فولاد نرم، چکشخوار و شکل پذیر هستند و همه عملیات کششی، نوردکاری و شکلدهی در حالت سرد روی آن ها انجام می‏شود.

به دلیل کارپذیری ساده تانتالوم و مصونیت آن در برابر خوردگی از این فلز برای جاگذاری در بدن انسان در طی عملیات جراحی بسیار استفاده می‏شود. شکاف ها در بدن با سیم تک رشته‏ای یا بافته شده تانتالومی بخیه می‏شوند. اعصاب منفصل با سیم و ورقه نازک تانتالومی ترمیم می‏شوند. از صفحه تانتالومی در ترمیم آسیب های جمجمه سر و از گاز پانسمان بافته شده از تانتالوم در عمل جراحی فتق استفاده می‏شود.

خازن های تانتالومی دیرگاهی است که در خدمت تلفن هستند و روند تازه گرایش به ساخت سازهای مینیاتوری همراه با ظهور تلویزیون و دیگر کاربردهای الکترونیکی کاربرد خازن های تانتالومی را بسیار افزایش داده است. این خازن ها از ورق یا لایه‏های نازک فلز تانتالوم ساخته می‏شوند.

تانتالوم و کلمبیوم به صورت شمش های چهارپر، میلگرد، ورق و تختال، مفتول، پودر و کارباید (ترکیب کربن با فلز) در دسترس هستند. لوله‏های تانتالومی در قطرهای مختلف به صورت بدون درز، جوش لب‏به‏لب یا درز جوش موجود هستند.

توصیه می‏شود برای عملیاتی که با کلر یا ترکیبات آن از جمله اسید هیدروکلریک سروکار داشته باشند از تجهیزات تانتالومی استفاده شود. تانتالوم واکنشی با عناصر بُرُم، یُد، یا دیگر ترکیبات آنها انجام نمی‏دهد. تانتالوم همراه با اسید نیتریک یا اسید سولفوریک، پراکسید هیدروژن و تعداد زیادی اسیدهای دیگر، و نیز با ترکیبات آلی و غیرآلی و نمک ها در شرایطی که هر فلز دیگر ممکن است به سرعت خورده شود یا خلوص ماده آزمایش شده از میان برود فراوان به کار می‏رود.

دانش نامه ماشین کاری 1 - ریس میلر

گروه مدرسه اینترنتی سایت تبیان- تنظیم: سمیرا بادامستانی