آلیاژ

آلیاژ (به انگلیسی: Alloy)‏ مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن‌را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی و یا غیرفلزی است. آلیاژ معمولا خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، آلیاژ می‌تواند تکفاز یا چند فازی باشد. هدف از آلیاژسازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیره‌ست. خواص فیزیکی آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود.
معمولا آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و غیره می‌نامند. برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می‌رود. مثلا، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد قابل‌تغییر است.
به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی و به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.

تولید آلیاژها سابقه‌ای طولانی دارد و شاید به زمانی برسد که انسان فلز را شناخت. اولین آلیاژها از فلزاتی ساخته شدند که در دسترس انسان و فراوان بودند. مس، قلع، سرب و روی از اولین فلزاتی بودند که انسان از آن‌ها آلیاژ ساخت.
ویژگی‌های آلیاژها
در برخی از آلیاژها پس از آمیخته شدن عناصر تشکیل دهنده آلیاژ، خواص تمام عناصر تشکیل‌دهنده در آلیاژ تشکیل شده مشاهده می‌شود. درست مانند حل شدن نمک در آب، یکی از عناصر در دیگری فقط حل می‌شود. اما در برخی از آلیاژها، فلزها چنان در هم می‌آمیزند که آرایش ذرات آن‌ها دگرگون شده و یک ترکیب شیمیایی به دست می‌آید. آلیاژها از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند. برخی از این ذرات به هم می‌پیوندند و مجموعه‌هایی پدید می‌آورند که به آن‌ها دانه گفته می‌شود. اندازه این دانه‌ها در خواص بعدی آلیاژها بسیار تاثیرگذارند. همچنین اندازه دانه‌ها به عواملی همچون میزان حرارت داده شده به مواد تشکیل‌دهنده و سرعت سرد کردن آن‌ها بستگی دارد؛ در حقیقت هرچه مواد را سریع‌تر سرد کنیم، اندازه دانه‌ها ریزتر می‌شود. به این ترتیب، ریزی و درشتی دانه‌ها، در خواص بعدی آلیاژها تاثیرگذار است و از راه تنظیم میزان حرارت داده شده و سرعت سرد کردن می‌توان خواص مورد نظر را در آلیاژ ایجاد کرد. بیشتر آلیاژها از فلزات تشکیل‌دهنده‌شان سخت‌ترند. به همین دلیل از شکل‌پذیری کمتری برخوردارند. همین‌طور بیشتر آلیاژها در دمایی کمتر از دمای ذوب فلزات تشکیل‌دهنده ذوب می‌شوند و رسانایی الکتریکی ضعیف‌تری دارند.
* انواع آلیاژها
آلیاژها را با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته‌ی آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌کنند. آلیاژهای آهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آن‌ها آهن است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به فولاد اشاره کرد. در مقابل، تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آن‌ها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیرآهنی خوانده می‌شود.
الف) آلیاژهای آهنی
1) فولاد
وجود کمتر از ۲ درصد تا ۰.۰۲ کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.
فولاد ضد زنگ (به انگلیسی: (Stainless Steel‏ به فولادهای با مقدار عناصر آلیاژی بالا گفته می‌شود که توانایی مقاومت به خوردگی در اتمسفرهای خورنده و دماهای بالا را داشته باشند. فولادهای ضد زنگ معمولی حاوی حداقل ۱2 درصد کروم هستند که عامل اصلی مقاومت به خوردگی آنهاست.
فولاد گالوانیزه (به انگلیسیGalvanized Steel ) : به فولاد گالوانیزه شده توسط روی گفته می‌شود. این فولاد بطور معمول از لایه‌های مختلف با فازهای زیر تشکیل می‌شود:
فاز    فرمول شیمیایی    ساختار بلوری    درصد آهن    سختی ویکرز
اتا    ‎Zn(Fe)‎    هگزاگونال فشرده    ‎0.3 %wt‎    41-52
زتا    FeZn13    مونوکلینیک    ‎5-6 %wt‎    118-208
دلتا    FeZn10    هگزاگونال    ‎7-11.5 %wt‎    273-358
گاما۱    Fe11Zn40    مکعب تمام‌وجوه پر    ‎19-25 %at‎    --
گاما    Fe3Zn10    مکعب مرکزپر    ‎27.5-31.5 %at‎    --
آلفا    Fe    مکعب تمام‌وجوه پر    100    --

با دور شدن از سطح فلز، درصد آهن موجود در لایه‌های مختلف کمتر می‌شود. لایه خارجی فولاد گالوانیزه از بلورهای روی تشکیل شده‌است. این لایه چکش‌خوار بوده و بین ۴۰ تا ۹۰ درصد از ضخامت کل پوشش گالوانیزه را تشکیل می‌دهد. پوشش گالوانیزه توسط حفاظت از تماس فولاد با محیط خورنده و نیز حفاظت کاتدی در موقع تماس فولاد با محیط خورنده، از خوردگی فولاد جلوگیری می‌کند. پوشش گالوانيزه در آهن آلات هم بکار می‌رود و طرز توليد آهن گالوانيزه يا آهن سفيد دقيقاً مشابه فولاد گالوانيزه است.
2) چدن : وجود بیش از ۲ تا ۶ درصد کربن در آهن، تشکیل چدن می‌دهد.
ب) آلیاژهای غیرآهنی
فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند. امروزه بیشتر چیزهای فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند. کمتر اتفاق می‌افتد که از فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند. افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد، بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند. طلا و نقره معمولا با مس ترکیب شده و تشکیل آلیاژ می‌دهند. عیار طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را ۲۴ فرض می‌کنند. بنابراین طلای ۱۸ عیار، طلایی است که از ۲۴ قسمت، ۱۸ قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیرآهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت‌اش به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود.
1) ملغمه نقره
آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است. ملغمه از 54-43 درصد جیوه، 35-20 درصد نقره و مقداری قلع یا مس (تقریباً 10 درصد) و روی (تقریباً 2 درصد) تشکیل شده. این آلیاژ نقره ای رنگ وقتی تازه تهیه شده باشه نرم و شکل پذیره ولی بعد از مدت کوتاهی کاملاً سفت میشه.
2) الکتروم
آلیاژی از طلا و نقره است که هم به طور طبیعی وجود دارد و هم توسط انسان قابل تولید است. رنگ الکتروم با توجه به مقدار طلا و نقره موجود در آن از زرد روشن تا زرد کم‌رنگ متغیر است.
شهرت این آلیاژ فلزی بیشتر بخاطر ضرب یکی از قدیمی‌ترین سکه‌های تاریخ با استفاده از آن است. سکه‌های الکتروم در پادشاهی لیدیه واقع در آسیای صغیر در هزاره اول پیش از میلاد ضرب شدند. درصد طلای موجود در معادن کنونی الکتروم آناتولی غربی حدود ۷۰ تا ۹۰ درصد است اما سکه‌هایی که از دوران لیدیه بر جای مانده حدود ۴۵ تا ۵۵ درصد طلا دارند. این می‌رساند که لیدی‌ها موفق به استحصال نقره خالص شده و آن را به الکتروم می‌افزودند و یکی از دلایل ضرب سکه توسط آن‌ها استفاده از تفاوت ارزش طلا و نقره با افزایش درصد نقره در سکه‌ها نسبت به فلز معمولی الکتروم بوده‌است. الکتروم با توجه به استحکام بیشتر مناسب‌تر از طلا برای سکه‌زنی بود. در این آلیاژ علاوه بر طلا و نقره مقادیری از فلزات دیگر مثل مس و پلاتین نیز دیده می‌شود.
3) نقره استرلینگ
آلیاژی از نقره است که ۹۲۵ در هزار از نقره و ۷۵ واحد از فلزی دیگر (معمولاً مس) تشکیل می‌شود. نقره استرلینگ نقره استاندارد جواهرسازی است و بیشتر زیورآلات نقره با این آلیاژ تولید می‌شوند.
نقره خالص بسیار نرم است و برای ساخت زیورآلات و ظروف مناسب نیست از این رو با افزودن مس هم مقاومت آن افزایش یافته و هم چکش‌خوری آن بیشتر می‌شود. البته از هر فلزی می‌توان برای این منظور استفاده کرد اما تجربه قرن‌ها تجربه نقره‌سازی نشان داده که بهترین فلز همراه نقره مس است که علاوه بر افزایش سختی و ماندگاری آن، رنگ نقره را تغییر نمی‌دهد. همچنین برای ایجاد خصوصیاتی خاص در نقره ممکن است به جای مس از فلزات دیگری برای افزودن به نقره استفاده شود و بخشی از مس یا تمام آن با فلزاتی چون پلاتین، ژرمانیوم، روی جایگزین شود.
نقره استرلینگ در جواهرسازی برای افزایش درخشندگی معمولاً با لایه نازکی از نقره ۹۹۹ عیار روکش می‌شود، گاهی هم از روکش رودیم یا طلا استفاده می‌شود. واژه استرلینگ در واحد پول بریتانیا یعنی پوند استرلینگ هم برگرفته از نام نقره استرلینگ است چرا که در اصل یک پوند استرلینگ معادل یک پوند )۴۵۳ گرم) نقره استرلینگ ارزش داشته‌است.
4) طلای سفید – طلای ارغوانی - طلای آبی
به آلیاژی از طلا همراه با دست‌کم یک فلز سفیدرنگ گفته می‌شود. آلیاژ طلا برای ساخت طلای سفید معمولا نیکل، منگنز، و پالادیم و در مواردی نقره، روی، پلاتین، و مس است. البته رنگ طلای سفید مرسوم در جواهرسازی رنگ واقعی این آلیاژ نیست بلکه با روکش کردن طلا از فلز رودیم به دست می‌آید.
از آن‌جا که طلا در حالت خالص بسیار نرم است، در جواهرسازی با افزودن فلز دیگری آن را مقاوم‌تر می‌سازند. برای ساخت طلای زرد معمولاً از مس استفاده می‌شود اما برای طلای سفید از فلزی سفید یا نقره‌ای رنگ استفاده می‌شود. ویژگی‌های طلای سفید بسته به نوع و مقدار فلزی است که به طلا اضافه می‌شود. نیکل فلزی محکم و سخت است و در نتیجه آلیاژ طلا و نیکل برای ساخت حلقه، سنجاق و گیره مناسب است. آلیاژ طلا و پالادیم نرم‌تر و انعطاف‌‌پذیرتر است و برای سرویس‌های جواهرات و سنگ‌های قیمتی کاربرد دارد. گاهی فلزات دیگری مثل مس، نقره و پلاتین هم برای افزودن مقاومت و افزایش وزن طلای سفید هم به این آلیاژ اضافه می‌شوند.
آلیاژ طلا، نیکل، مس، روی (طلا: ۷۵۰ قسمت، نیکل: ۱۳۵، مس: ۸۵ و روی: ۳۰ قسمت) که در آن نیکل برای افزایش استحکام، مس برای افزایش چکش‌خوری و روی برای استحکام، جلوگیری از زنگ‌زدن مس به طلا اضافه شده و همچنین آلیاژ طلا، پالادیم، نقره (طلا: ۷۵۰، پالادیم: ۲۰۰، نقره: ۵۰) از انواع متداول دیگر طلای سفید است. همچنین آلیاژ طلا و آلومینیم (۷۸٫۴۹٪ طلا و بقیه آلومینیم) برای تولید طلای ارغوانی و آلیاژ طلا و ایندیم (۴۶٫۱۷٪ طلا و ۵۳٫۸۳٪ ایندیم) برای تولید طلای آبی استفاده می‌شوند
آلیاژ طلا و نیکل ارزان‌تر از طلا و پالادیم است اما برخی افراد به نیکل حساسیت دارند و استفاده طولانی از طلاهای حاوی نیکل در آن‌ها موجب بروز جوش‌های پوستی می‌شود. در طلای سفید هم مثل طلای زرد میزان طلای خالص عیار نامیده می‌شود. عیار ۱۸ از ۲۴ به معنای ۱۸ قسمت طلا و ۶ قسمت فلز یا فلزات دیگر است.
5) مفرغ (برنز)
مفرغ نخستین آلیاژی است که بشر ساخته است؛ از ترکیب اتفاقی مس و قلع به صورت مذاب و سرد کردن مخلوط‌شان. این آلیاژ چون سخت‌تر از هردو فلز مس و قلع بود، برای ساختن چاقو و نیزه و مانند آن به کار رفت. پس از آن هم انواع مختلفی از آلیاژها به دست بشر ساخته شد و با توجه به نیاز و ویژگی‌های‌شان مورد استفاده قرار گرفت. یکی از پرکاربردترین آن‌ها، آلیاژ برنج است که ترکیبی است از مس و روی. این آلیاژ به سبب سختی زیاد از دیرباز مورد استفاده بوده است.
در معادن مس معمولاً فلز مس به طور طبیعی با قلع به صورت یک آلیاژ طبیعی وجود دارد به همین دلیل معمولاً نخستین ابزارهای مصنوعی فلزی که در قدیم توسط بشر ساخته شده غالباً از مفرغ است.
عصر مفرغ دومین قسمت از عصر فلزات است که پس از دوره مس قرار می‌گیرد. این تقسیم بندی به این جهت است که مصنوعات فلزی این دوره از زندگی بشر بیشتر ترکیبی از مس و قلع است بطوری که کاوشهای دیرین‌شناسی نشان داده ساکنان ایران از پنج هزار سال قبل از میلاد مسیح نیز آلیاژ مفرغ را می‌شناخته‌اند و از آن برای ساختن مصنوعات فلزی خود استفاده می‌کرده‌اند و مصنوعات مفرغی نیز که در سایر نقاط دنیا ضمن حفاری‌ها به دست آمده قدیمی تر از این تاریخ نیست. بنابراین می‌توانیم شروع دوره مفرغ را از پنج هزار سال قبل از میلاد مسیح که شروع دوره آهن است بدانیم. همان طور که گفته شد مفرغ ترکیبی است از مس و قلع به رنگ‌های مختلف سرخ، سرخ کم رنگ و نارنجی، که زودتر از مس ذوب می‌شود و در مجسمه سازی و ساختن ادوات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
6) مسوار - پیوتر
آلیاژی است از قلع و مس. بطور سنتی حدود ۸۵ تا ۹۹ درصد پیوتر را قلع و بقیه را مس تشکیل می‌دهد. مس در این آلیاژ نقش سخت‌کننده را دارد. پیوتر را نباید با مسوار اشتباه گرفت؛ مسوار می تواند تا 72 درصد حاوی مس باشد و رنگ آن بین زرد و قرمز(شبیه مس) است.
7) برنج
برنج آلیاژی از مس و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌دو در آلیاژ تعیین کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است. برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد. برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می کرد. برنج معمولاً قابلیت چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.
مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروب‌کشی به آن می‌دهد. به‌همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان‌ها استفاده می‌کنند. امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند.
انواع برنج
⦁    برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع
⦁    برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد.
⦁    برنج بتا: شامل ۴۵٪ تا ۵۰٪ روی که سختی و مقاومت بیشتری نسبت به گرما و فشار و ضربه دارد.
⦁    برنج آلفاـبتا: شامل ۳۵٪ تا ۴۵٪ روی مناسب برای گرما
⦁    برنج آلومینیومی: که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه های اروپایی استفاده می کنند .
⦁    برنج آرسنیکی: شامل آرسنیک. آلومینیوم است که در ساخت دیگ‌های بخار کاربرد دارد .
⦁    برنج فشنگی: شامل ۳۰٪ روی برنج معمولی: شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما (سرد)
⦁    برنج عالی: شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.
⦁    برنج سربی: همان برنج آلفاـبتا همراه با مقداری سرب است.
⦁    برنج پست: شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا
⦁    برنج دریایی: شبیه به برنج دربا سالار با ۴۰٪ روی و ۱٪ قلع
⦁    برنج سفید: شامل بیش از ۵۰٪ روی ، بسیار شکننده
⦁    برنج طلایی: که نرم ترین فلز برنج است با ۹۵٪ مس و ۵٪ روی که در ساخت مهمات جنگی کاربرد دارد.

آلیاژ

مطالب مشابه :

مهمانی رنگ‌ها و طرح‌ها

عکس: مهناز افشار در کنار برادر کوچکترش!

ایرانیان مقیم آمریکا

سالانه ۸۲ تن طلا در کشور قاچاق می شود

کاربردها و موارد استفاده از فلز طلا - Uses of Gold Metal

آلیاژ

با امضای تفاهم‌نامه‌ای بین میراث فرهنگی و آموزش و پرورش

زیور آلات زنان و دختران ترکمن

برخی خاصیت ها و کاربردهای فلزات واسطه