آهن مهم‌ترین فلز شناخته‌شده توسط بشر است به‌طوری‌که توانسته عصر برنز را به‌کلی از یادها خارج کند. اهمیت این فلز آنجایی دوچندان می‌شود که با آلیاژ شدن با کربن، فولاد را می‌سازد. آلیاژها به‌طورکلی به دو دسته اصلی شامل آلیاژهای آهنی و آلیاژهای غیرآهنی تقسیم می‌شوند که مبنای این تقسیم‌بندی نیز، حضور همین آهن است.

درواقع، آلیاژهایی که در ترکیب شیمیایی خود اثری از آهن ندارند، در دسته آلیاژهای غیر آهنی قرار می‌گیرند. مهم‌ترین این آلیاژها که همواره با آن‌ها سروکار داریم، آلومینیوم، مس، نیکل، روی، طلا، نقره، تیتانیم و سرب هستند. در این مقاله با خواص و کاربرد انواع آلیاژهای غیر آهنی بیشتر آشنا می‌شویم. به منظور اطلاع از قیمت شمش روی به این صفحه مراجعه نمایید.

 

آلیاژهای غیرآهنی به چه آلیاژهایی گفته می ‌شود ؟

فلزات غیر آهنی، آلیاژها یا فلزاتی هستند که آهن یا در آن‌ها اصلاً وجود ندارد یا به مقدار بسیار اندک وجود دارد که این مقدار قابل صرف‌نظر کردن است و یا اینکه از سایر عناصر آلیاژی، مقدار آن کمتر است. همه فلزات خالص عناصر غیرآهنی هستند، به‌جز آهن (Fe) که نام آن از واژه لاتین «Ferrum» به معنای «آهن» گرفته شده است.

فلزات غیرآهنی نسبت به فلزات آهنی گران‌تر هستند اما به دلیل خواص مطلوب خود ازجمله وزن سبک (آلومینیوم)، رسانایی بالا (مس)، خواص غیر مغناطیسی یا مقاومت در برابر خوردگی (روی) بسیار استفاده می‌شوند.

برخی از مواد غیرآهنی در صنایع آهن و فولاد نیز استفاده می‌شوند، مانند بوکسیت که برای شار در کوره بلند استفاده می‌شود. سایر مواد غیرآهنی ازجمله کرومیت، پیرولوزیت و ولفرامیت نیز برای ساخت آلیاژهای آهنی استفاده می‌شوند. بااین‌حال، بسیاری از فلزات غیرآهنی دارای نقطه ذوب پایینی هستند که آن‌ها را برای کاربرد در دماهای بالا نامناسب می‌کند.

تعداد زیادی از مواد غیرآهنی وجود دارند که هر فلز و آلیاژی که آهن ندارد را شامل می‌شوند. فلزات غیرآهنی مهم عبارت‌اند از آلومینیوم، مس، سرب، نیکل، قلع، تیتانیوم و روی و آلیاژهایی مانند برنج و برنز. این فلزات به دلیل تنوع رنگی که دارند، به فلزات رنگین نیز معروف‌اند.

فلزات گران‌بها مانند طلا، نقره و پلاتین و فلزات کمیاب مانند کبالت، جیوه، تنگستن، بریلیم، بیسموت، سریم، کادمیوم، نیوبیم، ایندیم، گالیم، ژرمانیوم، لیتیوم، سلنیوم، تانتالیم، تلوریم، وانادیم و زیرکونیوم نیز غیرآهنی هستند. آن‌ها معمولاً از طریق مواد معدنی مانند سولفیدها، کربنات‌ها و سیلیکات‌ها به دست می‌آیند. فلزات غیرآهنی معمولاً از طریق الکترولیز تصفیه می‌شوند. 

 

تاریخچه فلزات غیر آهنی

فلزات غیر آهنی اولین فلزاتی بودند که توسط انسان برای متالورژی استفاده شدند. طلا، نقره و مس به شکل کریستالی و درعین‌حال فلزی خود وجود داشتند. این فلزات، اگرچه کمیاب هستند، اما در مقادیر کافی برای جلب‌توجه انسان یافت می‌شوند. به دلیل کمیاب بودن، از محصولات ساخته‌شده از طلا، نقره و مس به‌عنوان اقلام لوکس یاد می‌شد و با دقت زیادی از آن‌ها استفاده می‌شد.

مس اولین فلزی بود که آهنگری شد. این فلز آن‌قدر نرم است که با شکل‌دهی سرد به اشیاء مختلف تبدیل شود و در بوته ذوب شود. طلا، نقره و مس به دلیل توانایی آن‌ها در شکل دادن به اشکال مختلف، برای مصارف مختلف جایگزین برخی از مواد دیگر مانند چوب و سنگ شدند.

فلزات و آلیاژهای غیر آهنی از آغاز تمدن مورداستفاده قرار گرفته‌اند. کشف مس در ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد پایان عصر حجر و آغاز عصر مس بود. اختراع بعدی برنز، آلیاژی از مس و قلع، عصر برنز را آغاز کرد. استفاده از فلزات آهنی در حدود ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد آغاز شد، زمانی که تولید آهن شروع به رایج شدن کرد. این امر آغازگر عصر آهن بود.

 

خواص و کاربرد آلیاژهای غیرآهنی

آلیاژهای غیر آهنی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای تجاری، صنعتی و مسکونی استفاده می‌شوند. این امر ممکن است نیاز به انتخاب دقیق مواد با توجه به خواص مکانیکی آن‌ها داشته باشد. ازجمله اینکه فلز چقدر راحت می‌تواند شکل بگیرد و اینکه آیا این خواص در این فرآیند تغییر می‌کنند یا خیر.

بسیاری از خواص آلیاژهای آهنی را می‌توان در فلزات و آلیاژهای غیر آهنی نیز یافت. به‌عنوان‌مثال، آلیاژهای آلومینیوم یا تیتانیوم می‌توانند در برخی موارد جایگزین فولاد شوند و خواص مغناطیسی آهن نیز می‌تواند از طریق عناصر کبالت، نیکل، یا عناصر خاکی کمیاب به دست آید.

بااین‌حال، باوجوداینکه آلیاژهای غیر آهنی اغلب گران‌ هستند، اما به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارند، می‌توانند جایگزین مناسبی برای فولاد باشند. این ویژگی‌ها شامل وزن سبک‌تر، رسانایی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص غیر مغناطیسی است. آلیاژهای غیر آهنی نسبت به فلزات آهنی نرم‌تر و چکش‌خوارتر هستند؛ به این معنی که می‌توانند مانند طلا و نقره کاربردهای زیبایی نیز داشته باشند.

 

مهم‌ترین خواص آلیاژهای غیر آهنی عبارت‌اند از:

• ساخت آسان (ازجمله قابلیت ماشین‌کاری، ریخته‌گری و جوشکاری)
• مقاومت در برابر خوردگی بالا
• هدایت حرارتی و الکتریکی خوب
• چگالی کم
• غیر مغناطیسی
• تنوع در رنگ

 

بازیافت و کنترل آلودگی

ضایعات آلیاژهای غیرآهنی به دلیل استفاده زیاد، معمولاً بازیافت می‌شوند. مواد ثانویه موجود در قراضه برای صنعت متالورژی حیاتی هستند، زیرا در تولید فلزات جدید اغلب به آن‌ها نیاز است. برخی از تاسیسات، قراضه‌های مواد غیرآهنی را دوباره ذوب و ریخته می‌کنند. سرباره‌های این فرآیند در محل جمع‌آوری و ذخیره می‌شوند و بخارات ناشی از این فرآوری نیز فیلتر می‌شوند. ضایعات غیرآهنی از مواد ضایعات صنعتی، انتشار ذرات و ضایعات فناوری منسوخ (مثلاً کابل‌های مسی) به دست می‌آیند.

 

انواع آلیاژهای غیرآهنی

آلیاژهای مس

مس که برای هزاران سال توسط انسان‌ها استفاده شده است، هنوز هم به‌طور گسترده توسط صنعت استفاده می‌شود. افزودن آلیاژهای مس، برنج (مس و روی) و برنز (مس و قلع) کاربردهای این فلز غیرآهنی را بیشتر گسترش داده است. از خواص مس و آلیاژهای آن می‌توان به هدایت حرارتی بالا، هدایت الکتریکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی خوب و شکل‌پذیری بالا اشاره کرد.

این ویژگی‌ها باعث شده است که مس و آلیاژهای آن برای مبدل‌های حرارتی و ظروف گرمایشی، به‌عنوان رسانای الکتریکی در سیم‌کشی یا موتورها، به‌عنوان یک ماده سقفی، برای اتصالات لوله‌کشی، و همچنین برای قابلمه‌ها و مجسمه‌ها استفاده شوند. مس به رنگ سبز اکسید می‌شود.

 

آلیاژهای آلومینیوم

آلومینیوم فلز مهمی است که به دلیل استحکام خوب، وزن کم و سهولت در ماشین‌کاری در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود. باوجود اینکه آلومینیوم یک ماده نسبتاً گران است، فلز پایه بسیاری از آلیاژها نیز هست.

آلومینیوم به دلیل مقاوم بودن در برابر خوردگی و رسانای خوب گرما و الکتریسیته (البته کمتر از مس) و همچنین داشتن شکل‌پذیری و چکش‌خواری خوب کاربردهای بسیاری دارد. اما ممکن است به بازپخت شدن نیاز داشته باشد زیرا پس از کار سرد، سخت می‌شود.

وزن سبک آلومینیوم آن را برای کاربردهای هوافضا و خودرو و همچنین برای استفاده دریایی در قایق‌های تفریحی مناسب می‌کند. آلومینیوم همچنین در قاب دوچرخه، قابلمه و قوطی نوشیدنی یافت می‌شود. با مشخصات فلز آلومینیوم در این لینک آشنا شوید.

 

آلیاژهای سرب

سرب در طول قرن‌ها برای طیف وسیعی از کاربردها، ازجمله برای گلوله، در سوخت و حتی در رنگ استفاده شده است. بااین‌حال، مشخص شد که وقتی در جو منتشر می‌شود، خطرناک است. سرب سنگین‌ترین فلز غیرآهنی رایج است و در برابر خوردگی مقاوم است. همچنین با بسیاری از مواد شیمیایی واکنش نشان نمی‌دهد و نرم و چکش‌خوار است.

اگرچه بسیاری از استفاده‌های قبلی آن دیگر مجاز نیستند، اما سرب هنوز به‌طور گسترده برای باتری‌ها، کابل‌های برق و مخازن اسید استفاده می‌شود.

 

آلیاژهای روی

روی برای قرن‌ها به‌عنوان یک عنصر آلیاژی، به‌ویژه برای آلیاژ کردن فولاد برای طیف وسیعی از اهداف و همچنین آلیاژ مس برای ایجاد برنج استفاده شده است.

فرآیند گالوانیزه کردن با اعمال پوششی از جنس روی بر سطح فلزات ، مقاومت بیشتری در برابر زنگ‌زدگی ایجاد می‌کند و از آن برای نرده‌های زنجیره‌ای، نرده‌های محافظ، پل‌های معلق، تیر چراغ‌ها، سقف‌های فلزی، مبدل‌های حرارتی و بدنه خودرو استفاده می‌شود.

روی همچنین به‌عنوان یک آند فدا شونده در حفاظت کاتدی (CP) و به‌عنوان ماده آند برای باتری‌ها استفاده می‌شود. اکسید روی همچنین به‌عنوان یک رنگ‌دانه سفید در رنگ‌ها و برای پخش گرما در طول ساخت لاستیک استفاده می‌شود.

 

آلیاژهای نقره

نقره برای قرن‌ها به‌عنوان یک فلز گران‌بها مورداستفاده قرار گرفته است. نقره با بالاترین رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی و انعکاس نسبت به هر فلزی، هنگام گرم شدن نیز نرم و چکش‌خوار است و در برابر خوردگی بسیار مقاوم است.

نقره‌ای که برای جواهرسازی و ارز استفاده می‌شود را می‌توان در پنل های خورشیدی، تصفیه آب، در کنتاکت ها و رساناهای الکتریکی و همچنین برای شیشه‌های رنگی استفاده کرد.

 

آلیاژهای طلا

طلا و آلیاژهای آن یکی دیگر از آلیاژهای غیر آهنی گران‌بها هستند که برای جواهرسازی و ضرب سکه مورداستفاده قرار می‌گیرند. طلا چکش‌خوارترین فلزات است و همچنین انعطاف‌پذیر و مقاومت در برابر خوردگی و بسیاری از واکنش‌های شیمیایی دیگر است.

رسانایی الکتریکی آن باعث شده است که طلا در دستگاه‌های کامپیوتری و همچنین برای محافظت در برابر مادون قرمز، برای تولید شیشه‌های رنگی، ورق طلا و همچنین برای ترمیم دندان استفاده شود.

 

آلیاژهای تیتانیوم

تیتانیوم برای اولین بار در سال ۱۷۹۱ کشف شد و مقاومت خوبی در برابر خوردگی و بالاترین نسبت استحکام به چگالی را در بین هر عنصر فلزی ارائه می‌دهد. تیتانیم بدون آلیاژسازی، به‌اندازه برخی فولادها قوی است و درعین‌حال چگالی کمتری دارد.

می‌توان آن را با فلزات ازجمله آهن و آلومینیوم آلیاژ کرد تا آلیاژهای قوی و درعین‌حال سبک‌وزن آن برای مصارف هوافضا، خودروسازی، کشاورزی، نظامی، پزشکی و ورزشی و همچنین برای جواهرات و تلفن‌های همراه استفاده شوند.

 

تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی چیست ؟

پاسخ ساده این است که آلیاژهای آهنی حاوی آهن هستند و آلیاژهای غیر آهنی حاوی آهن نیستند. اما پاسخ عمیق‌تر این است که آلیاژهای آهنی و آلیاژهای غیر آهنی هرکدام ویژگی‌های متمایز خود را دارند. این ویژگی‌ها، کاربردهایی را که برای آن‌ها مناسب‌تر هستند تعیین می‌کند.

دیگر تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی در این است که آلیاژهای آهنی حاوی آهن هستند و مقاومت کمتری در برابر خوردگی نسبت به آلیاژهای غیر آهنی دارند. البته این امر در مورد فولاد ضد زنگ که باوجود کروم از خوردگی آن محافظت می‌شود، صادق نیست.

 

جمع بندی

آلیاژهای آهنی به سبب خواص ویژه‌ای که دارند، اغلب گران‌تر از آلیاژهای آهنی هستند. این خواص مطلوب شامل قابلیت ساخت آسان، مقاومت در برابر خوردگی بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی خوب، چگالی کم، غیر مغناطیسی و تنوع در رنگ می‌شوند. ضمن اینکه، این آلیاژها در برخی موارد استحکام فوق‌العاده‌ای را نیز ارائه می‌دهند. مهم‌ترین فلزات و آلیاژهای غیر آهنی که در بازار موجود هستند شامل آلومینیوم، مس، برنج، برنز، نیکل، روی، سرب، تیتانیم، طلا و نقره می‌شوند.