LOGO

دانشنامه مهندسی مواد
مواد.ریخته گری.متالورژی.جوشکاری
  • banner 240x80px
  • banner 240x80px
  • banner 240x80px

تولید آلومینیم به وسیلۀ فرآیند هال هرولت

تولید آلومینیم به وسیلۀ فرآیند هال هرولت


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

فرایند بایر در استحصال آلومینا

فرایند بایر در استحصال آلومینا


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

مس خالص و خواص آن

مس را می توان اولین فلز مورد استفاده بشر دانست این فلز با داشتن سختی کافی دارای خاصیت انعطاف پذیری عالی نیز می باشد.به طوری که میتوان آنرا به اشکال گوناگونی تبدیل کرددر طبیعت این فلز گاهی به صورت آزاد ولی اغلب به صورت کانی های مختلف یافت میشود.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

روی

روی

روي يكي از فلزات درشت گونه است كه خواص مكانيكي ضعيفي دارد داراي شبكه كريستالي H.C.C بوده و درجه حرارت ذوب آن 419.5 درجه سانتي گراد بوده و داراي دانسيته 7.13 را در درجه حرارت محيط دار و نقطه تبخيري آن 1060 مي باشد داراي فشار بخار زيادي مي باشد اكسيد روي تا 200 درجه مي تواند به عنوان لايه پوششي محافظ عمل كند كه اين دليل به جهت غير متخلخل بودن اين اكسيد تا درجه حرارت 200 مي باشد و در برابر اكسيژن و خوردگي در درجه حرارت محيط مقاومت بالايي را نشان مي دهد اما با افزايش درجه حرارت اين اكسيد متخلخل شده و ناپايدار شده و اكسيداسيون و خوردگي به شدت افزايش پيدا مي كند مهمترين عناصري كه با روي تشكيل آلياژ مي دهند شامل Al-Cu-Mn-Fe- سرب قلع و نيكل و منگنز مي باشد معروف ترين آلياژ روي –آلياژ روي مس آلومينيم مي باشد كه به زاماك موسوم مي باشد .زاماك داراي خواص مكانيكي بالا نسبت به ساير آلياژ هاي روي مي باشد نقطه ذوب پايين و سياليت زيادي دارد اين آلياژ عموما داراي 7%آلومينيم و 3و9% مس و مابقي روي مي باشد و روي داراي دو پارامتر شبكه H=2.6 و C=4.9 آنگستروم مي باشد .

عناصر آلياژي در آلياژ هاي روي

آلومينيم

 مقدار آن در آلياژ هاي روي 3.5 تا 4.3 مي باشد كه مقدار بيش از 4.3 باعث كاهش مقاومت آلياژ و افزايش شكنندگي آلياژ مي شود آلياژ داراي سياليت نسبتا بالايي است . اگر مقدار آلومينيم كمتر از 3.5 درصد شود به دليل كاهش درصد تركيب يوتكتيكي سياليت مذاب و قابليت ريخته گري كاهش پيدا خواهد كرد .

مس

مقدار مس مصرفي در آلياژ هاي روي عموما 1.25درصد مي باشد كه تا اين مقدار باعث افزايش خواص مكانيكي و استحكام آلياژ مي شود و افزايش درصد مس بيش ازاين مقدار خواص مكانيكي را تضعيف مي كند و آلياژ را نيز ترد و شكننده مي كند .

منيزيم

معمولا به عنوان اكسيژن زدا در ريخته گري روي استفاده مي شود تا حدود 0.03 % در مذاب وجود دارد بيشتر از اين موجب كاهش خواص مكانيكي و باعث افزايش مقاومت به خوردگي آلياژ مي شود .

آهن

اين عنصر تا حدود 0.02% باعث افزايش خواص مكانيكي مي شود كه اگر بيشتر از اين باشد با آلومينيم موجود در مذاب تشكيل فازFeAl3¬ را مي دهد مقاديري از اين فاز وارد سرباره مي شود و مقاديري نيز به صورت ذرات ريز در ضمينه اتمي مي ماند و باعث كاهش خواص مكانيكي مي شود عنوان ريز كننده هم مي تواندمحلي براي جوانه زني غير يكنواخت باشد را ما خواص آن كمتر از محدوديت هاي آن است .

قلع-سرب

اين دو عنصر باعث تشديد خورندگي آلياژ مي شود سياليت ونقطه ذوب آلياژ را كاهش مي دهد .

نيكل - منگنز - سيليسيم - كرم

به مقدار جزئي باعث افزايش خواص مكانيكي شده اما بيش از حد حلاليت باعث افزايش تلفات مذاب و كاهش قابليت ماشينكاري مي شود كه دليل اين امر ايجاد فاز هاي غير فلزي سخت در آلياژ مي باشد ميزان مصرف آن Maتا حدود 5% Si3% كرم و 2% نيكل مي شود .

ذوب و ريخته گري آلياژ هاي روي

ريخته گري آلياژ هاي روي در كوره هاي روربر كوره هاي زيمنس و كوره هاي الكتريكي انجام مي شود و بوته ي مورد استفاده عموما بوته چدني وفولادي مي باشد فلز روي مذاب در در درجه حرارت ذوب به سرعت اكسيد مي شود و باعث افزايش تلفات روي درسرباره مي شود با توجه به سياليت بالا و نقطه ذوب پايين عموما ريخته گري اين فلز نسبت به ساير آلياژ ها آسان تر مي باشد عموما از منيزيم و ليتيم جهت اكسيژن زدايي مذاب روي استفاده مي شود وجود آلومينيم در مذاب روي باعث تشكيل Al2O3 اكسيد آلومينيم مي شود كه اين اكسيد غير متخلخل بوده وبه علت سبك بودن در سطح مذاب قرار گرفته و به عنوان مايه ي پوششي مانع از اكسيداسيون روي مي شود . عمل ذوب معمولا تحت فلاكس هاي پوششي انجام مي شود و پس از تهيه مذاب عناصر آلياژي به صورت خالص يا آميژن به مذاب اضافه مي شوند عموما عمليات گاز زدايي و اكسيژن زدايي در روي از اهميت كمتري برخرودار است كه به علت وجود آلومينم و منيزيم به عنوان عناصر آلياژي مي باشد عموما براي كاهش تلفات روي ابتدا بوته را تا حدود 500 درجه پيش گرم كرده سپس عنصر روي را اضافه مي كنند تا سرعت ذوب را بيشتر و تلفات را كمتر كنند .

 روش تهيه آلياژ ZnAl

جهت تهيه آلياژ ZnAl ابتدا 30 درصد روي را ذوب كرده سپس درجه حرارت را تا 500 درجه افزايش داده و تكه هاي كوچك Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند پس از شارژ كامل Al مابقي روي به مذاب اضافه مي شود پس از تهيه مذاب اكسيژن زدايي توسط منيزيم انجام شده و سرباره گيري اعمال مي شود و عمل تزريق كه عموما توسط ماشين ها محفظه گرم انجام مي شود صورت مي گيرد .جهت تهيه آلياژ زاماك ( روي Cu-Al ) نيز نصف روي مورد نياز را ذوب كرده سپس از آميژن 19.2 مس 80 آلومينيم 1 منيزيم اين آميژن آلومينيم منيزيم روي را جهت اكسيژن زدايي را تامين مي كند سپس باقي مانده روي به مذاب اضافه مي شود و درجه حرارت ريخته گري روي در قالب هاي ماسه اي 475 و در قالب هاي فلزي 420 مي باشد آلياژ هاي روي عموما به علت دانه درشت بودن در قالب هاي آب گرد چدني و فولادي ريخته مي شوند تا با افزايش سرعت سرعت كردن خواص مكانيكي تا جاي ممكن افزايش پيدا كند يكي از مهمترين آلياژ هاي روي آلياژ 85% روي و 5% مس و 5%آلومينيم مي باشد كه با نام آلياژ ياتاقان خوانده مي شود كه كاربرد صنعتي دارد .

انواع قالب هاي ريخته گري آلياژ هاي روي

در آلياژ هاي روي به علت دانه درشت بودن سعي مي شود كه در قالب هاي فلزي ريخته گري شوند قالب هاي چدني و فولادي كه با سيستم هاي آبگرد انجماد جهت دار ايجاد مي شوند تا مك و حفره به تغذيه هدايت شوند . در قالب هاي موقت هم امكان پذير است كه به دو روش پوسته اي و ماسه اي تر و خشك مي شود به علت داشتن دامنه ي انجماد كوتاه تمايل به انجماد پوسته اي داشتند لذا ايجادانجماد جهت دار در اين گونه آلياژ ها به سهولت امكان پذير است در صورت استفاده از قالب هاي چدني و فولادي قبل از استفاده بايستي 210-180 درجه پيش گرم شود تا عمر قابل افزايش يابد همچنين در صورت استفاده از مواد پوششي جهت افزايش عمر و تسهيل خروج قطعه از قالب مي شود . به علت داشتن سياليت بالا در آلياژ هاي روي مقاطع نازك تري نسبت به ساير آلياژ هاي غير آهني قابل ريخته گري مي باشد .

روش هاي مورد استفاده براي خروج ناخالصي ها

 نگهداري مذاب در درجه حرارت بالا به صورت طولاني اين روش در صنعت به ندرت استفاده مي شود در اين روش ناخالصي ها فرصت رسيدن به سرباره را پيدا مي كنند كه اين روش باعث تشديد تلفات مذاب و اكسيداسيون مذاب مي شود .

تزريق گاز خنثي:

با تزريق گاز خنثي فشار داخل مذاب افزايش پيدا كرده افزايش فشار باعث خروج گاز هاي بيش از حد انحلال و نيز ناخالصي هاي معلق در مذاب و انتقال آن ها به سرباره مي شود اين روش باعث هيدروژن زدايي نيز مي شود كه در صنعت اين روش متداول تر مي باشد .

استفاده از فلاكس :

فلاكس ها با تشكيل فيلم نازكي در حد فاصل مذاب و ناخالصي ها به وجود مي آورند مانع از چسبندگي ناخالصي ها به مذاب مي شود و باعث انتقال ناخالصي ها به سرباره مي شود فلاكسهاي مورد استفاده در اين روش شامل كريوليت پراكس تركيبات سيليس و تركيبات كربني مي باشد كه در ريخته گري سنتي معمولا از شيشه خورد شده استفاده مي شود.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

برنج

برنج

 آلياژ مس – روي (برنج)

 فاز B و B' داراي سختي و مقاومت به سايش بالا مي باشد و باعث افزايش استحكام و سختي آلياژ مي شود افزايش بيشتر روي در آلياژ باعث تشكيل فاز گاما مي شود Cu5Zn8 اين فاز فوق العاده شكننده بوده و باعث ايجاد ترك و كاهش خواص مكانيكي در آلياژ مي شود وجود ناخالصي ها در برنج ها باعث تشكيل فاز هاي مياني Cu2ZnAl و Cu2ZnSn,Cu5ZnMg اين فاز ها به شكل ناخالصي و آخال باعث كاهش خواص آلياژ مي شود . نوع آلياژ رنگ و مشخصات مس Cu>98 رنگ و مشخصات مسبين 98 تا 90 طلايي تيره زرد تيره بين 85تا 80 رنگ سرخ مس بين 65 تا 70 رنگ زرد – زرد روشن كمتر از 60 رنگ زرد متمايل به سفيد .

آلياژ مس قلع( برنز)

وجود قلع در مس باعث افزايش استحكام و خواص مكانيكي مي شود حد حلاليت قلع در مس در فاز آلفا حدود 13.5 درصد است و در درجه محيط مقادير بسيار كوچك و صفر مي رسد . قلع در مس تشكيل فاز بين فلزي دلتا را مي دهد Cu3Sn8 اين فاز ، فاز سختي بوده و باعث افزايش سختي آلياژ مي شود عموما آلياژ هاي مس قلع زير 20 درصد قلع دارند و آلياژ هايي كه 5 تا 10 درصد قلع دارند داراي فاصله انجماد بسيار طولاني 200درجه و لذا انجماد خميري دارند يكي از آلياژ هاي برنز آلياژ زنگ مي باشد كه داراي 20 تا 23 درصد قلع مي باشد و سختي و شكنندگي زياد دارد وجود سرب باعث افزايش خاصيت ماشين كاري مي شود وجود آلومينيم در آلياژ هاي مس قلع باعث افزايش سختي و شكنندگي اين نوع آلياژ ها مي شود و همچنين وجود آهن در تركيب شيميايي اين نوع آلياژ ها به ريز شدن شبكه كريستالي كمك مي كند . آلياژ هاي برنز در ياتاقان ها و نقاطي كه ميزان خوردگي بالا مي باشد استفاده مي شود مانند اسكله ها و كشتي ها همچنين درجه حرارت ريخته گري برنز 1070 تا 1150 درجه مي باشد .

آلياژ مس-نيكل(ورشو)

ورشو آلياژي از مس و نيكل بوده اين آلياژ جلاي فلزي بالايي دارد و عموما در ساخت صنايع و اشياء هنري و صنايع غذايي استفاده مي شود همچنين اين آلياژ به نقره آلماني نيز معروف مي باشد .

آلياژ مس – قلع- روي

عموما 10 قلع و 20 درصد روي دارد اين نوع آلياژ مقاومت به خوردگي بالايي در آب دريا داشته لذا در صنايع دريايي از آن استفاده مي شود .

آلياژ مس- سرب

حلاليت سرب در مس پايين بوده كه حلاليت 0.002 درصد مي باشد وجود عناصر مانند قلع باعث افزايش حلاليت سرب در مس مي شود حلاليت را تا 0.005 افزايش پيدا مي كند سرب به دليل وزن مخصوص بالايي كه دارد تمايل به جدايي زيادي در آلياژ دارد لذا در حين ريخته گري پايين عمليات مخلوط كردن و هم زدن انجام شود سرب در اكثر برنج ها و برنز ها تا حدود 2 درصد وجود دارد كه بعلت افزايش قابليت ماشين كاري و روغن كاري مي شود اما د رآلياژ هاي ياتاقان ميزان سرب تا 50% افزايش پيدا مي كند معروف ترين آلياژ مس سرب آلياژ 85 % مس 5% روي 5% سرب 5% قلع كه آلياژ معمولا براي ساخت قطعات هيدروليكي استفاده مي شود فوق ذوب در آلياژ هاي مس سرب در حدود 150 درجه بوده كه براي جلوگيري از رسوب در فاز مذاب مي باشد


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

مس

مس

مشخصات فيزيكي مس

.مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب دارد مس داراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد

1-داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد

2-داراي سياليت كم

3- اكسيداسيون بالا

4- آلياژ مس داراي دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري مي باشد به خصوص در آلياژ هاي برنج كه اين دامنه انجماد خيلي طولاني مي شود مواد شارژي كه براي ساخت آلياژ هاي مس به كار مي رود شبيه آلياژ هاي آلومينيم مي باشد كه شامل :

1- شمش هاي اوليه

 2-شمش هاي ثانويه

 3-قراضه ها

 4- برگشتي ها

 5- هاردنر ها

 قابل توجه است كه مس قابليت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراين ساخت آلياژ هاي مس همراه عنصري نظير Ni,Si,Zn امكان پذير مي باشد .

شمش هاي اوليه

در مواد شارژ شمش هاي اوليه مي باشد كه شامل شمش مس قلع سيليسيم روي و سرب مي باشد .نكته : شمش مس به شكل ورق يا مفتول استفاده مي شود كه با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا داراي ناخالصي هاي نظير قلع نيكل آهن آنيتموان سرب بيسموت مي باشد كه معمولا بيشترين ناخالصي در اين آلياژ آهن و نيكل مي باشد .

 شمش قلع

اين شمش عموما براي ساخت برنز هاي قلع دار استفاده مي شود كه داراي نقطه ذوب 232 درجه سانتيگراد مي باشد كه وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد . اين عنصر داراي درجه خلوصي در حدود 99.5 تا 99.9 درصد مي باشد كه داراي ناخالصي هايي نظير مس آهن سرب آلومينيم بيسموت آنتيموان مي باشد و عموما به شكل شمش هاي 25 كيلويي و يا مفتول استفاده مي شود  .

شمش سيليسيم

كه عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده مي شود و به شكل آميژن و هاردنر به مذاب مس اضافه مي شود .

شمش روي

اين شمش عموما براي ساخت برنج ها استفاده مي شود كه داراي وزن مخصوص 7.1 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتي گراد مي باشد د: شمش سرب : اين شمش داراي نقطه ذوب 327 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص 11.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و در صنعت به عنوان سنگين ترين عنصر شناخته مي شود اين عنصر عموما در برنز هاي سرب دار و برنج هاي استفاده مي شود

شمش نيكل

نيكل از لحاظ خواص فيزيكي بسيار شبيه مس بوده و داراي نقطه ذوب 1453 درجه سانتيگراد و دانسيته 8.9 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد . نيكل عموما در برنج هاي مخصوص استفاده مي شود كه در اصطلاح به اين برنج ها ورشو مي گويند .

شمش هاي ثانويه

اين شمش ها از ذوب مجدد و تصويه آلياژ هاي مس به دست مي آيد كه از نظر كنترل تركيب شيميايي مناسبت تر و مرغوب تر مي باشد همچنين داراي عناصر آلياژي مي باشد معمولا شمش هاي ثانويه داراي 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سرب مي باشد .

 قراضه ها

كه معمولا ضايعات مس بوده كه قبل از استفاده بايد پيش گرم شده و عمليات اسيد شويي و چربي گيري بر روي آن ها انجام مي شود .

 آميژن ها

دليل استفاده از آميژن ها در آلياژ هاي مس به اين دليل مي باشد كه آلياژ سازي علاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخير عناصر آلياژي و تلفات مذاب جلوگيري مي كند .

انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس

آميژن مس – سيليسيم

جهت توليد اين آلياژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سيليسيم را به شكل ذرات ريز به مذاب اضافه مي شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن 7 تا 8 مرتبه مي باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پيدا مي كند تا از تلفات Si در Cu جلوگيري شود .

آميژن Al-Cu

روش تهيه اين نوع آميژن به اين صورت مي باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه مي كنند اما روش دوم ساخت آميژن به اين صورت مي باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند كه پس از هر بار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگيري شود

 آميژن سه گانه Cu,Al,Ni

براي تهيه اين هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هيچ گونه مشكلي ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ايجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند . پس از آماده سازي مواد شارژ و پيش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفيه عناصر آلياژي به مذاب اضافه مي شود . بهترين نوع كوره ها در ذوب Cu كوره هاي القايي مي باشد اما از كوره هاي و روبربرگ نيز استفاده مي شود . معمولا اين نوع آلياژ ها در صنايع الكترونيك و برق استفاده مي شود كه تا حدود 2 درصد شامل ناخالصي مي باشد و جود ناخالصي باعث كاهش هدايت الكتريكي آلياژ مي شود ناخالصي هاي موجود شامل روي آرسنيك كادميم سيليسيم كرم ونقره مي باشد به علت قابليت اكسيداسيون بالا و انجماد خميري و سياليت پايين ريخته گري اين آلياژ مشكل مي باشد .

مواد قالب گيري در ريخته گري مس

ريخته گري مس هم در داخل قالب هاي دائمي و هم قالب هاي موقت انجام مي شود ريخته گري قالب هاي موقت به روش هاي ماسه اي تر ماسه اي خشك پوسته اي CO2 انجام مي شود كه حسب مورد استفاده آن بنتونيت همراه مواد افزودني مي باشد كه آرد حبوبات به دليل افزايش استحكام، خاك اره به جهت افزايش نفوذ گاز مي باشد در آلياژ هاي مس بايد نفوذ گاز ماسه به دليل انجماد خميري بالا باشد همچنين گرد زغال باعث افزايش مقاومت به ماسه سوزي ماسه استفاده مي شود .

ريخته گري قالب هاي دائمي

به دو روش ريژه وتزريقي انجام مي شود كه عمر قالب هاي دائمي در آلياژ هاي مس در مقايسه با ساير آلياژ هاي غير آهني كوتاه تر مي باشد كه به دليل درجه حرارت ريخته گري بالاي مس ودانسيته بالاي مس مي باشد نكته : چگالي و دانسيته مس 8.4 مي باشد جهت افزايش عمر قالب:

استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگيري از شوك حرارتي به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن يا فولاد مي باشد كه در آلياژ هاي مس در داخل فولاد تمركز حرارتي شديدي وجود دارد كه به علت انتقال حرارتي كم فولاد مي باشد به دليل انتقال حرارتي شديد مذاب و انتقال حرارتي كم قالب تمركز حرارتي در قالب هاي فولادي به وجود مي آيد .

سيستم هاي راهگاهي

كه با توجه به سياليت پايين مذاب مس در مقايسه با آلياژ هاي غير آهني ديگر معمولا ابعاد سيستم راهگاهي در آلياژ هاي مس بزرگتر از آلياژ هاي ديگر مي باشد سيتسم راهگاهي در اين نوع قالب ها به دو دسته تقسيم مي شوند .

 قطعات كوچك با ابعاد يكنواخت :

در اين گونه قطعات سيستم راهگاهي به گونه اي طراحي مي شود كه كار تغذيه را سيستم راهگاهي انجام مي دهد و عملا نيازي به تغذيه گذاري نداريم نسبت به سيستم راهگاهي در اين حالت 1-9-3 و 1-8-2 مي باشد .

قطعات بزرگ و يكنواخت :

در اين روش نياز به تغذيه گذاري مي باشد كه نسبت سيستم راهگاهي در اين حالت 2-3-2 و 1-8-2 مي باشد تغذيه هاي به كار گرفته شده دراين سيستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد مي باشد .

تغذيه گذاري

تغذيه گذاري در آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد دارد انواع آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد عموما به سه دسته تقسيم مي شوند :

1-      آلياژ ها با دامنه انجماد كوتاه و انجماد پوسته اي مانند مس – آلومينيم در اين گونه قطعات ميزان مك و حفرات گازي پراكنده كمتر و بيشترين انقباض در قسمت وسط يا گرمترين نقطه انجماد در نظر گرفته مي شود داراي 4.5 تا 4% انقباض مي باشد

2-       آلياژ ها با دامنه و انجماد خميري مانند آلياژ هاي مس – روي ، برنز ها – مس –سرب اين نوع آلياژ ها داراي انجماد شديد خميري مي باشند ميزان مك و حفرات انقباضي پراكنده در اين گونه آلياژ ها زياد مي باشد لذا تعيين محل تغذيه مشكل مي باشد بنابراين بايد با استفاده از مبرد و يا مواد اگزوترم مواد گرما زا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوريم تا حداقل ميزان مك و حفرات انفباضي و گازي در قطعه توليد شوند كه معمولا در اين قطعات از تغذيه گرم استفاده مي شود  .

3-       آلياژ هايي با دامنه انجاد متوسط مي باشد اين نوع آلياژ ها در حدفاصل دو حالت بالا قرار مي گيرند معمولا در اين نوع قطعات هم انقباضات متمركز و هم غير متمركز ديده مي شود كه اين امر را مي توان با اگزوتر و مبرد برطرف كرد مانند مس – بريليم .

عمليات كيفي تهيه مذاب Cu

 كه شامل مرحل :

 1-اكسيژن زدايي

 2-هيدروژن زدايي

 3-كنترل تركيب شيميايي

4- تصفيه

اكسيژن زدايي

اكسيژن يكي از مهمترين عناصري كه ميل تركيبي زيادي با مس و آلياژ هاي مس دارد كه با افزايش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اكسيژن توليد اكسيد مس دو ظرفيتي مي كند . در 1050 تا 1100 درجه اكسيد 2 ظرفيتي مس تبديل به اكسيد يك ظرفيتي مي شود . اگر درجه حرارت از 1100 بيشتر شود مجددا اكسيد مس تجزيه مي شود به مس و اكسيژن محلول كه اين اكسيژن در داخل مذاب حل شده و توليد اكسيد مي كند واكنش ديگري را كه انجام مي دهد با هيدروژن مي باشد كه توليد رطوبت و اكسيد فلزات موجود در مذاب را مي كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسيد هاي موجود نيز به شكل ناخالصي در مذاب به وجود مي آيد براي حذف اكسيژن و اكسيد هاي فلزي در آلياژ هاي مس از سه روش استفاده مي شود :

 استفاده از فلاكس هاي پوششي:

اين مواد مانع از ورود اكسيژن و هيدوژن به داخل مذاب Cu مي شود . فلاكس هاي مورد استفاده معمولا تركيبات كربني – خورده شيشه – و براكس مي باشد( براكس كه تركيبات سديم و پتاسيم كريوليت مي باشد )و خورده شيشه نيز تركيبات سيليسي بوده كه علاوه بر مانع شدن ورود اكسيژن به مذاب باعث افزايش سياليت مذاب و سرباره گيري آسان مي شود .

 استفاده از مواد غير محلول در مذاب جهت حذف اكسيژن :

مواد غير محلول در سطح مذاب قرار داده كه اين مواد در روي سطح شروع به انجام واكنش شيميايي كرده و در ضمن احياء اكسيد هاي مذاب به عنوان مواد پوششي در سطح مذاب از اكسيد شدن مذاب جلوگيري مي كنند كه مهمترين آن ها عبارتند از كاربيد كلسيم CaO2، پرايد منيزيم Mg3O2 فلاكس هاي مايع نظير اسيد بوريك زغال چوب اين مواد ضمن خاصيت احيايي داراي وزن مخصوص پايين مي باشد و روي مذاب قرار مي گيرند بعضي از واكنش هايي كه اين مواد انجام مي دهند شامل

استفاده از اكسيزن زداهاي محلول در مذاب :

اين نوع اكسيژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واكنش مي دهند معمولا احياء كننده هاي قوي هستند كه عناصري مانند فسفر روي منگنز سيليسيم ليتيم آلومينيم و در بعضي از مواد سرب شامل اين دسته از اكسيژن زداها مي باشد اين عناصر قابليت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابليت احياء كنندگي قوي اكسيد مس را احياء مي كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و يا به صورت گاز از مذاب خارج مي شود واكنش هايي كه اين عناصر انجام مي دهند شامل عناصر Al- ليتيم –سيليسيم پس از پايان واكنش محصولات واكنش در آنها باقي مي ماند لذا كمتر استفاده مي شود و بهترين اكسيژن زداي محلول فسفر مي باشد كه پس از واكنش از مذاب خارج مي شود و با كاهش انحلال اكسيژن در مذاب از طرف ديگر انحلال هيدروژن افزايش پيدا مي كند لذا بعد از مرحله اكسيژن زدايي بايد عمليات ريخته گري بلافاصله انجام شود .

هيدروژن زدايي

 اين عنصر ماننداكسيژن از اتمسفر محيط و يا رطوبت موجود در مواد شارژ و محيط قالب وارد مواد شارژ مي شود اگر داخل مذاب ميزان اكسيژن بالا باشد باعث كاهش حلاليت هيدروژن مي شود . هيدروژن در مرحله انجماد تبديل به مولكول هيدروژن مولكولي در داخل حفرات انقباضي قرار گرفته و مانع از تغذيه حفرات انقباضي توسط مذاب مي شود در نتيجه حفرات انقباضي تشديد مي شوند .

نكته : حفرات گازي هستند كه در مقطع برشي آن حفرات به صورت گرد و منظم مي باشد اما حفرات انقباضي حفراتي مي باشند كه در مقطع شكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزني شكلي نيز در دور آن تشكيل شده است

بخار آب موجود به سه شكل در قطعات توليدي اثر مي گذ ارد :

1- مقدار بخار آب توليدي كمتر از حد بحراني باشد در اين شرايط اگر درجه حرارت ذوب و يا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نيز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محيط را پيدا مي كند

2- مقدار بخار آب توليدي حدود حد بحراني باشد در اين شرايط در اثر افزايش دما و كاهش چگالي بخار آب و افزايش حجم بخار و همچنين افزايش فشار بخار سرعت خروج بخار از محيط قالب برابر با سرعت توليد گاز توسط مذاب است در اين شرايط ميزان عيوب گازي به حداقل مي رسد .

3- ميزان بخار آب توليدي بيشتر از حد بحراني باشد تشكيل بخار و عدم خروج بخار از محيط باعث افزايش مك تحلخل حفرات گازي و انقباضي در قطعه مي شود .

روش هاي حذف هيدروژن

استفاده از فلاكس و سرباره هاي اكسيدي :

اين نوع سرباره ها با هيدروژن موجود در مذاب واكنش داده و تشكيل بخار آب مي دهد اين بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هيدروژن زدايي تشكيل مي شود اين روش در صنعت كمتر استفاده مي شود كه به دلايل زير مي با شد

1-      واكنش هاي ايجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره مي شود .

2-       باعث افزايش تلفات مذاب مي شود

3-       ممكن است بخار آب موجود در فصل مشترك مذاب و بخار دوباره تجزيه شود و هيدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود  .

 دمش گاز خنثي :

 با دمش گاز خنثي مثل نيتروژن و آرگون مي توان هيدروژن موجود در مذاب را به شكل فيزيكي و مكانيكي به سطح مذاب هدايت كرد علاوه بر گاز هاي هيدروژن و اكسيژن كه ممكن است در مذاب وجود داشته باشد دي اكسيد كربن CO2 و دي اكسيد گوگرد SO2 نيز در مذاب وجود دارد كه منشا اين عناصر محصولات حاصل از احتراق مي باشد CO2 مي تواند با مذاب واكنش داده و تشكيل سولفيد مس دهد : كه سولفيد مس مي تواند به صورت ناخالصي در حفرات باقي بماند .

كنترل تركيب شيميايي

مواد شارژ حين تهيه مذاب داراي تلفات مي باشد اين نوع تلفات باعث بر هم خوردن تركيب شيميايي مذاب مي شود

منشاء تلفات عناصر آلياژي در مذاب

تلفات مذاب و عناصر آلياژي در سرباره :

به علت قابليت چسبندگي مذاب و عناصر آلياژي با سرباره مقداري از مذاب و عناصر آلياژي همراه با سرباره خارج ميشود .

تمايل تركيب عناصر آلياژي با اكسيژن :

درجه حرارت بالاي مذاب كه باعث تصعيد و تبخير عناصر آلياژي مي شود .

 تلاطم مذاب :

باعث افزايش سطح تماس مذاب و سرباره مي شود كه اين امر باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .

روش ذوب :

اگر در روش ذوب تقدم و تاخر اضافه كردن عناصر آلياژي در نظر گرفته نشود باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

آلومینیم

آلومینیم

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب 660   درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000  درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم  و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی  و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ  دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد . در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .

کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :

1- سمی بودن کلر     2- تلفات آلومینیم

عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al  که تا 2%Mg  خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg  کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.

آلیاژهای Si-Al-Mg  

دو عنصر آلیاژی Si  و  Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند. این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم  Mg  تا حدود 3/0 %  و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد. افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند . به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود. از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.

وزن مخصوص كم:

 یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.

پوشش سخت دادن Hard Coating

 یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.

پوشش آلومینیومی دادن Alcladding

 بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

ریخته گری در قالبهای مختلف

ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی  افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد. در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد . افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.

روش های مختلف  قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :

آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری  موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.

نرمی آلومینیم در حالت سرد

اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار  سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت  ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

تیتانیوم

 
بسیاری از مهندسین و طراحان هنوز تیتانیوم را فلزی گران و ناشناخته قلمداد می کنند؛ اما پیشرفت های اخیری که در زمینه تولید این فلز صورت گرفته است، نشان می دهد که تیتانیوم ماده ای بسیار فوق العاده برای استفاده های مهندسی است و از بسیاری از مواد مشابه مورد استفاده در این صنعت ارزان تر است.
یکی از ویژگی های مهم تیتانیوم چگالی پایین آن (۵۵/۴ گرم بر سانتی متر مکعب) است. این ویژگی، همراه با استحکام و مقاومت بالا در برابر خراشیدگی، تیتانیوم را به فلزی بسیار ایده آل تبدیل کرده است. تیتانیوم عمدتاً در صنایع هوا – فضا و همینطور در کارخانه ها و تجهیزات صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. این فلز همچنین در ساخت عینک ها، مهندسی های ظریف، اندازه گیری، مهندسی کنترل و فن آوری پزشکی مخصوصاً مواردی که حد تحمل بیولوژیک از اهمیت زیادی برخوردار است، مورد استفاده قرار می گیرد.


مهم ترین مورد مصرف فلز تیتانیوم که در تلاقی با زندگی روزمره ما قرار می گیرد، بیشتر در اشیای قیمتی نظیر ساعت های مچی، عینک ها و جواهرات است. این کاربرد ها به این تصور هرچه بیشتر دامن زده اند که تیتانیوم فلزی گران است.
از طرف دیگر انتخاب فلز مورد استفاده در طراحی های مختلف از اولین مراحل ساخت اشیا به شمار می رود و در این مرحله بسیاری از فلزاتی که به نظر می آید باید گران قیمت باشند، بدون انجام تحلیل اقتصادی از میان گزینه های احتمالی حذف می گردند. در نگاه اولیه به درستی تیتانیوم در صدر لیست فلزات گران قیمت و دارای استفاده های خاص قرار دارد. اما این مسئله اشتباهی است که بسیاری از طراحان در همان مرحله اول طراحی مرتکب می شوند. آن ها در محاسبات مقدماتی، وزن فولاد مورد استفاده در طراحی خود را با وزن تیتانیوم مورد نیاز، بدون آن که به حجم آن توجه داشته باشند جایگزین می کنند و مسلم است که یک کیلوگرم تیتانیوم بسیار گران تر از یک کیلوگرم فولاد است. در حالیکه این مقدار تیتانیوم، چندین برابر همان مقدار فولاد کاربری دارد.
عده بسیار کمی از مردم به مقایسه وزن دو قطعه مشابه که یکی از فولاد و دیگری از تیتانیوم ساخته شده است توجه دارند. هنگامی که از لحاظ هندسی، این دو قطعه دارای حجم مشابه باشند، نسبت بهای قطعه تیتانیومی به بهای قطعه فولادی با آلیاژ درجه بالا به عدد ۵/۲ تا ۳ می رسد.
مواد تیتانیومی از قدرت تحمل بسیار بالایی برخوردارند و همچنین نقطه تسلیم آن ها در برابر نیروی کششی وارد شده بسیار بالا است. مقاومت بیشینه آلیاژ تیتانیوم ۳۳ که در آن از فلزات آلومینیوم، انادیوم و قلع استفاده شده، در برابر نیروی کششی، معادل یک هزار و ۲۰۰ نیوتون بر متر مربع است و این در حالیست که تیتانیوم خالص هم می تواند فشار ناشی از نیروی کششی را تا حد ۷۴۰ نیوتن بر متر مربع تحمل کند؛ با این وجود همچنان می توان این فلز را سخت تصور کرد. (با توجه به این که حد شکست در برابر کشیدگی آن حداقل ۸ درصد است)
در حال حاضر تعداد طراحانی که در زمینه ساخت اشیاء متحرک به استفاده از این فلز علاقه نشان داده اند رو به فزونی گذاشته است. یکی از کاربردهای جدید تیتانیوم، استفاده از آن در توربین های بخار است. تیتانیوم مهندسان را قادر می سازد تا طول پره های توربین را زیاد کرده و بدین ترتیب نسبت نیروی تولید شده را افزایش دهند.
از دیگر کاربردهای رو به افزایش تیتانیوم، استفاده از آن در موقعیت هایی است که نیاز به مقاومت بالا در برابر برش احساس شده و یا ترکیبی از دو نیروی برشی و کششی دیده می شود. در این حالت خاص از نوع ویژه ای از تیتانیوم استفاده می شود که بر روی آن پوششی از نیترید قرار دارد. این پوشش از حرارت دادن فلز در فضای نیتروژنی بدست می آید.
همینطور در صنایع خودرو سازی، کاربردهای جدید و جالبی برای تیتانیوم پیدا شده است. به عنوان مثال جایگزین کردن تیتانیوم با فولاد، در موتور مولد قطار، باعث کاهش ۶۰ درصدی وزن این وسیله شده است. از دیگر کاربردهای تیتانیوم در این صنعت، استفاده در میل لنگ، مفتول های اتصالی و سیستم اگزوز خودرو است. مهم ترین حوزه های رشد استفاده از تیتانیوم در حال حاضر صنایع هوا – فضا، نیروگاه ها و دستگاه های شیرین کننده آب هستند.
یکی دیگر از خواص مهم تیتانیوم، قابلیت قرارگیری آن به عنوان فلز واسط میان دو فلز دیگر است. به عنوان مثال از تیتانیوم در صفحات انتقال دهنده گرما در کارخانه های شیمیایی یا شیرین کننده آب استفاده می شود.
یکی از دلایل مقاومت بالای تیتانیوم در برابر خراشیدگی و عدم انفعال این عنصر در برابر دیگر مواد شیمیایی، پوسته ای است که بر روی فلز تشکیل می شود. هنگامی که تیتانیوم با اکسیژن تماس پیدا می کند، سطح آن به سرعت واکنش نشان داده و اکسیده می شود. در اثر این فعل و انفعال شیمیایی، پوسته ای بسیار مقاوم تشکیل می شود که جلوی هرگونه فعل و انفعال دیگری را می گیرد. اگر به این پوسته آسیبی برسد، در صورت حضور اکسیژن و یا حتی آب، تیتانیوم مجدداً اکسیده شده و در محل خراش، پوسته جدیدی تشکیل می شود. این مکانیزم بسیار به آلومینیوم شباهت دارد. با این تفاوت که پوسته تشکیل شده بر روی تیتانیوم، ضخیم تر و پایدار تر از پوسته آلومینیوم است. این لایه محافظ علاوه بر ایجاد مقاومت در برابر خراشیدگی، حد تحمل بیولوژیک فلز را افزایش می دهد. با این وجود بعضی از ترکیبات شیمیایی نظیر فلئورین می توانند این پوسته محافظ را تخریب کنند.
با توجه به کاربردهای فراوان تیتانیوم، این فلز در گروه فولادهای آلیاژی و یا آلیاژهای نیکل قرار می گیرد، اما به خاطر سختی و قدرت تحمل آن در برابر کشش و برش، نیروی بیشتری برای شکست این فلز نسبت به فلزات آهنی لازم است. یکی از دلایل این که هزینه تولید تیتانیوم بسیار بالا است، استفاده از فن آوری موجود جهت تولید محصولات با کیفیت بسیار بالاست که بتواند نیازهای صنایع حساسی مانند هوا – فضا را پاسخگو باشد. مقید بودن به تولید محصولات با کیفیت بسیار بالا، مسلماً موجب ایجاد هزینه های اضافی می گردد، اما اگر حوزه های جدیدی برای مصرف این فلز که نیاز به کیفیت بسیار بالا هم نداشته باشد، ایجاد گردد؛ این امکان وجود دارد که فن آوری های جایگزینی برای تولید ساخته شوند تا هزینه ها را کاهش دهند. صنایع ساختمانی و خودرو سازی، از جمله صنایعی هستند که اگر به صورت عمده وارد بازار مصرف شوند، به ساخت فن آوری ارزان قیمت تر کمک خواهند کرد.
تا زمانی که تیتانیوم به عنوان فلزی گران قیمت تلقی می شود، این چرخه ادامه دارد و آثار آن مثل تقاضای محدود و مصرف پایین باعث می شود تا تولیدکنندگان هیچ علاقه ای به توسعه فن آوری های ارزان تر و ساده تر نداشته باشند.
یکی از شرکت هایی که در زمینه تولید تیتانیوم فعال بوده و پیشرفت های مهمی هم داشته است، شرکت دویچه تیتان (Deutsche Titan) از زیر مجموعه های گروه تیسن کراپ (Thyssen Krupp) در آلمان است. این شرکت به همراه شرکت ایتالیایی تیتانیا، گروه تیتانیوم را تشکیل داده اند.
دویچه تیتان، تیتانیوم اسفنجی مورد نیاز خود را از کشورهای روسیه، قزاقستان، اوکراین، ژاپن و چین خریداری می کند و سالانه ظرفیت تولید ۴ هزار تن شمش را دارا می باشد. این شمش ها می توانند تا ۱۳ تن وزن داشته باشند. دویچه تیتان طیفی از محصولات نیمه تمام را با استفاده از تأسیسات خود شرکت، گروه تیسن کراپ و همینطور کوره های ذوب دیگر تولید می کند. محصولات این شرکت در غالب شمش، اسلب، ورق، کلاف، صفحه، لوله جوش کاری شده و مفتول عرضه می شوند.

دسته بندی : فلزات غیرآهنی

اکسید روی

 

فلز روی با وزن اتمی 38/65 و نقطه جوش 907 درجه سانتیگراد و با شماره 30 در جدول تناوبی عنصری به رنگ سفید مایل به آبی(تقریبا نقره ای) می باشد. روی یک فلز دوظرفیتی است که پنج ایزوتوپ دارد. روی در طبیعت به صورت کربنات می باشد که پس از عمل فلوتاسیون به اکسید روی ناخالص درمی آید. اکسید روی اغلب با سایر عناصر مخصوصاٌ سرب و کادمیم، آهن و مس همراه است.

کسید روی ماده ای است به رنگ سفید که بلور آن بصورت شش وجهی و وزن مخصوص آن 606/5 است و در 1800 درجه سانتیگراد شروع به تصعید می کند ولی نقطه جوش آن 1975 درجه سانتیگراد گزارش شده است. اکسید روی خالص در اثر گرما برنگ زردرنگ درمی آید ولی پس از سردشدن دوباره سفید می شود. اکسید روی عمده ترین ترکیب روی از نظر تجارت است و برای تهیه آن روشهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد.

بانک اطلاعات مواد

روشهای تهیه اکسید روی

اکسیدروی را از سنگ معدن به روشهای مختلفی می توان تهیه نمود که به شرح زیر می باشد:

1- روش تهیه مستقیم

2- روش تهیه غیرمستقیم

در روش غیرمستقیم کنستانتره روی را که از عمل فلوتاسیون کربنات روی بدست می آید و دارای 54 درصد روی می باشد را با ذغال کک مخلوط نموده و سپس با نوارهای نقاله مخصوص به کوره های ذوب انتقال می دهند. حرارت کوره های ذوب تا حدود 1200 درجه حرارت می باشد و روی به صورت بخار به کندانسورها هدایت می شود و در آنجا به صورت ذوب درمی آید و سپس به قالبهای شمش گیری هدایت می شود که فرمول آن بدین صورت می باشد:

Zno+ CO    ---------►   Zn   +   CO2 

پس از بدست آمدن شمش روی آنها را به قسمت دوم انتقال می دهند. قسمت دوم بیشتر به روش فرانسوی موسوم است. در این روش مجددا فلز روی را  1100 درجه حرارت می دهیم پس از ذوب روی شروع به بخار شدن می کند که پس از بخار توسط هواکشهای مخصوص به کانال اکسیداسیون هدایت و در آنجا به اکسیدروی تبدیل می شود. سپس در کانالهای خنک کننده حرارت خود را از دست می دهد و به فیلترهای و بونکرها جهت هدایت و بسته بندی منتقل می گردد.

اکسید روی عمدتاً در صنعت لاستیک سازی استفاده می شود و باید میزان ناخالصی های مس و منگنز و آهن موجود در آن به حداقل رسیده باشد.

اکسید روی در صنایع لاستیک، سرامیک و رنگینه های فلورسان مصرف می گردد. بعلاوه مصرف

اکسید روی در تهیه مواد شیمیایی دیگر چه معدنی و چه آلی در حال افزایش است.

مصارف زیاد اکسیدروی مربوط به عایق بودن آن در مقابل جریان الکتریسیته و هدایت ظرفیت

 حرارتی زیاد، خاصیت چسبندگی خوب، قدرت پوشش عالی، مقاومت کافی در مقابل اشعه مخصوصاً اشعه ماوراء بنفش و داشتن ثابت دی الکتریک متوسط آن است. اکسیدروی تهیه شده به روش غیرمستقیم معمولاً دارای خلوص بالاتر و دانه

بندی خوبی است که برای صنایع لاستیک دانه بندی ریز کروی  و برای رنگ غیرکروی مطلوب است. اکسیدروی تولید کارخانه پارس اکسید پرتو که با سیستم الکترولیز تهیه می شود دارای بالاترین درجه خلوص است.  

شرکت پارس اکسید پرتو با تولید بیش از 5000 تن از این محصول در سال تامین کننده اکسیدروی بسیاری از صنایع لاستیک سازی کشور است و حدود 60% از کارخانجات لاستیک سازی نیاز خود را توسط این شرکت تامین می کنند.

اکسیدروی در صنعت لاستیک سازی نقش شایانی داشته و یکی از معمول ترین فعال کننده ها است و سبب کاهش زمان پخت شده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. و در ضمن فعال کنندگی مقاومت حرارتی را نیز افزایش می دهد.

 اکسیدروی تولید این کارخانه در صنایع لعاب کاشی کشور نیز نقش قابل توجهی دارد و سبب گدازآوری، براقیت لعاب و پوشش دهندگی مواد می باشد.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

گرافیت یا مس

در دهه 1960 مس تقریبا 90 درصد مواد الكترودهای مصرفی اسپارك را تشكیل می داد و گرافیت تنها 10 درصد مصرف را شامل می شد.اما امروزه این درصد مصرف كاملا برعكس شده است.علت این تغییر در صنعت EDM (اسپارك)مزیت های گرافیت نسبت به مس است.
قابلیت ماشینكاری: قابلیت ماشینكاری تقریبا مهمترین عامل در تعیین جنس الكترود است.دربعضی از شرایط ماشینكاری مس بیش از 5 برابر ازماشینكاری گرافیت زمان می برد.چون مس تمایل به پوسته شدن ‌،ماسیدگی و پارگی دارد و نیازمند مقداری كار دست برای برداشتن پلیسه هامی باشد.از آنجاییكه مس تمایل به چسبندگی دارد،وقتیكه ماشینكاری ریب های باریك و قسمت های ظریف مدنظرباشد مس انتخاب خوبی نیست.همچنین مس مقاومت خوبی درمقابل نیروهای ماشینكاری و حرارت حاصل از اصطكاك نداشته و درحمل و نقل نیز ضربه پذیراست. اماگرافیت همانطوركه ذكرشد تا پنج برابر سریعترماشینكاری شده و نیازی به عملیات اضافی همچون پلیسه گیری ندارد.ضمن اینكه بخاطر داشتن جرم مخصوص بسیار پایین (1.8-1.6 ) سبك بوده و حمل و نقل آن راحت است.
نرخ براده برداری: MPR درعرف به سرعت براده برداری شناخته شده و منظوراز آن سرعت براده برداری از قالب یا جسمی كه بر روی آن ماشینكاری انجام می شود است.از آنجاییكه مس هدایت حرارتی بالایی دارد گرمای حاصل از فرآیند اسپارك به سرعت در الكترود پخش می شود.درنتیجه دمای الكترود بالا رفته و مقاومت الكتریكی آن افزایش می یابد بهمین علت انرژی بیشتری برای اسپارك لازم است.ازطرف دیگر انتقال حرارت گرافیت پایین تر از مس بوده و درمقابل تغییرات مقاومت الكتریكی پایدارتراست.درنتیجه انرژی لازم برای ایجاد جرقه اسپارك نسبت به مس كمتر است.این اختلاف در انتقال حرارت یك مزیت گرافیت به مس است خصوصا هنگامیكه نرخ برداشت مواد زیادی مدنظر باشد.
خوردگی الكترود: یكی از نگرانی های هراپراتور اسپارك خوردگی الكترود است ، زیرا خوردگی بیش از حد الكترود منجربه ساخت الكترود جایگزین میشود.باپارامترهای اسپارك مناسب میزان خوردگی گرافیت 1 درصد عمق براده برداری بوده درصورتیكه این درصد برای مس بیشتر است.نقطه ذوب این دو ماده بازگوكننده میزان خوردگی آنها درعملیات اسپارك است.نقطه ذوب مس ۱۰۰۰-1100 درجه می باشد كه در رده فلزات درجه پایینی محسوب میشود.برای رسیدن به حداكثرسرعت براده برداری نیاز به افزایش آمپربوده و الكترود مسی بسادگی نمی تواند گرمای تولید شده را تحمل كند.گرافیت گرچه نقطه ذوب ندارد اما در 3500 درجه تصعید میشود و با این نقطه مقاومت در برابر حرارت بالا میتوان با آمپر و سرعت بیشتری براده برداری نمود.
كیفیت سطح: اگرچه مس كیفیت سطح خوبی می دهد اما به تنهایی نمی تواند كاستی های عوامل تعیین كننده ای مانند زمان ماشینكاری راجبران كند.باگرافیت دانه ریز پرداخت سطح مشابه مس باسرعت بیشتر و خوردگی الكترود كمتر می توان بدست آورد.صافی سطح Ra۷ با الگوی اوربیتالی كه نیازی به پولیش دستی ندارد به راحتی قابل حصول است. علاوه بر مطالب ذكرشده از بحث مهم مالی نیز نمی توان بسادگی گذشت.گرافیت دارای جرم مخصوص 7/1-5/1 (بسته به میزان فشردگی ذرات آن)و مس دارای جرم مخصوص 9/8 می باشد.برای پی بردن به این مسئله كه كدامیك از این مواد جهت ساخت الكترود اسپارك بصرفه ترمی باشند این مطلب را با ذكریك مثال توضیح می دهیم:فرض را براین قرار می دهیم كه برای ساخت یك الكترود به یك بلوكه با ابعاد 100x۵۰x۵۰میلیمتر نیاز داریم:
وزن بلوكه مس 100x۵۰x۵۰x۸.۹/۱۰۰۰x۱۰۰۰=۲.۲۲۵ kg
وزن بلوكه گرافیت 100x۵۰x۵۰x۱.۶/۱۰۰۰x۱۰۰۰=۰.۴ kg
تا اینجای كار همه چیز به نفع گرافیت پیش می رود.یك بلوكه بسیار سبك و قابلیت حمل و نقل آسان.ولی وقتی قیمت هركیلو از این مواد را در اعداد بدست آمده ضرب كنیم داریم: (قیمت هركیلو از مواد بطور میانگین درنظرگرفته شده است)
مس 2.225x۶۰۰۰۰=۱۳۳۵۰۰ Rls گرافیت 0.4x۴۰۰۰۰۰= ۱۶۰۰۰۰ Rls
دراینجا به اختلافی جزئی خواهیم رسید كه ممكن است نظرها را نسبت به گرافیت كمی به گمراهی بكشاند اما وقتی هزینه های ماشینكاری را (درصورت استفاده از پیمانكار ارائه دهنده خدمات مثلا فرز CNC ) و یا حداقل زمان ماشینكاری (درصورت ساخت الكترود توسط خود شما)را در این معادله دخیل كنیم به اختلاف زمانی شاید تا 4 برابر در ماشینكاری بر روی مس برسیم.این مطلب را با ذكر یك مثال دیگر پی میگیریم. ساخت الكترود (فرضا با استفاده از فرز CNC وبامیانگین اجرت ساعتی ده هزارتومان) بر روی بلوكه های مثال قبل:
مس 12x۱۰۰۰۰۰=۱۲۰۰۰۰۰ Rls گرافیت 3x۱۰۰۰۰۰= ۳۰۰۰۰۰Rls
دراینجا می بینیم كه اختلاف بسیار زیادی بین این دو ایجاد شده و گرافیت با حداكثر امتیاز بر سكوی نخست می نشیند!! ضمن اینكه با توجه به ماندگاری و خوردگی كمتر الكترودهای گرافیتی نیاز به الكترود جدید حداقل به میزان 15-10 درصد كاهش می یابد كه بنوعی صرفه اقتصادی محسوب می شود. حال پس از پرداختن به مزیت های گرافیت بد نیست به ایرادات جزئی آن نیز اشاراتی داشته باشیم: تنوع گرافیت جامد بسیار زیاد بوده و هرنوعی از آن را نمی توان درجهت ساخت الكترود اسپارك استفاده نمود. امكان تشخیص گرافیت مناسب جهت ساخت الكترود بسیار مشكل بوده و دراغلب موارد فقط با ماشینكاری و اسپارك چند نمونه از آن می توان به كیفیت آن پی برد. ماشینكاری بر روی گرافیت با توجه به شكنندگی جزئی آن درابتدا كمی مشكل بوده،لیكن با رسیدن به سرعت دوران و پیشروی مناسب به سادگی كار باآن پی خواهید برد.(هرچند كه هرجنس جدیدی اعم از انواع فولاد،مس،آلومنیوم،برنج و .... نیز نیاز به تجربه و تعویض ابزار،پیشروی و سرعت دوران برای رسیدن به حالت ایده آل دارد. شركت بازرگانی و تجارت الكترونیك استوك ماشین با سابقه پنج ساله استفاده و فروش انواع گرافیت جامد، هم اكنون پس از آزمایشات بسیار و تستهای ماشینكاری و اسپارك با انواع دستگاههای EDM ایرانی و خارجی به نمونه ای از گرافیت، ساخت كشور آلمان، دست یافته كه حداكثر راحتی در ماشینكاری،كمترین خوردگی و بیشترین میزان پیشروی در اسپارك و حداكثر مقاومت در مقابل ضربه را دارا می باشد.این نوع گرافیت تاكنون مورد استفاده بیش از بیست شركت و كارگاه و برای ساخت الكترود حداقل پانصد قطعه خودروئی و غیرخودروئی قرارگرفته و میزان رضایت استفاده كنندگان آن طی نظرسنجی انجام شده طی یكسال گذشته بشرح ذیل می باشد:
راحتی درماشینكاری %98 - راحتی دراسپارك %91
كیفیت سطح ماشینكاری %100 - كیفیت سطح اسپارك %95
مقاومت درمقابل ضربه %92 - عدم خوردگی الكترود %98

خواهشمند است درصورت تمایل به استفاده از مشاوره رایگان و دریافت یك نمونه جهت تست به آدرس زیر مراجعه فرمایید:
http://stockmachine.blogfa.com/post-61.aspx

استفاده از گرافیت مایع در فرآیند تولید قطعات فورج
استفاده از روان كننده ها و باصطلاح (Lubrication) امروزه در اغلب صنایع مرسوم و ملزوم است.این نیاز در بعضی از صنایع مانند فورج بسیار فراگیرتر و غیر قابل چشم پوشی بنظرمی رسد.عملیات فورج در هر رده ای و برای تولید هرقطعه ای كه انجام پذیرد بدون استفاده از روان كننده ها تقریبا غیرممكن می نماید.بهتر است برای روشنتر شدن لزوم استفاده از روان كننده ها به فرآیند فورج نگاهی اجمالی داشته باشیم:
بیلت (مواد برش خورده جهت تولید قطعه) در كوره به دمایی درحدود ۱۰۰۰ درجه رسیده و پس از اكسیدزدائی بر روی قالب كه درحدود 200 درجه گرما دارد قرار میگیرد.پرس ،كه میزان تناژ آن به حجم و شكل قطعه بستگی دارد، بر روی بیلت ضربه وارد كرده و مواد گرم شده را به داخل حفره های قالب هدایت می كند. درهنگام ضرب زدن پرس كه بعضا ثانیه ای بیشتر بطول نمی انجامد اتفاقات زیادی بوقوع پیوسته است. قالب بر اثر جریان سریع مواد متحمل نیروی اصطكاك بسیار زیادی میشود. گرمای بیلت به همراه اصطكاك ایجاد شده و سرعت جریان مواد، قالب را دچارشوك حرارتی بسیار بالایی می نماید.پران نشدن به موقع قطعه و گیركردن آن درقالب زمان این شوك رابیشتر و اثرات مخرب بیشتری برجای میگذارد.این اثرات سو ء در صورت عدم استفاده از روانكار مناسب و تمهیدات پیشگیرانه بسادگی باعث شكستن قالب و ضررهای بسیار دیگر مانند قفل كردن پرس خواهد شد.
درپاره ای از شركت های كوچك و تولیدكنندگان قطعات غیرخودروئی دیده شده كه از روغن سوخته !! بجای گرافیت استفاده میشود كه البته نتیجه ای جز فرو بردن كارگاه در دودی غلیظ ندارد! گرافیت مایع كه برای استفاده می بایست آنرا به میزان اشاره شده توسط تولیدكننده آن با آب یا روغن مخلوط نمود، دارای مزایای بسیاری است كه به پاره ای ازآنها اشاره می كنیم:
1- جلوگیری از چسبیدگی قطعه به قالب
2- جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی درقالب و درنتیجه افزایش عمرقالب
3- بهبود كیفیت سطح قطعات
4- كم كردن اصطكاك و تسهیل جریان مواد درقالب
5- مقرون به صرفه بودن آن نسبت به سایرمواد با توجه به رقیق شدن آن با آب
6- مقاومت در برابر حرارت و عدم ایجاد دود موارد ذكر شده پاره ای از وظایف گرافیت مایع در فرآیند فورج بوده لیكن نوع و روش استفاده ازآن نیز پارامتری اساسی تلقی میشود.با توجه به تست نمونه های زیادی ازگرافیت های موجود در بازار ایران عواملی همچون وجود ناخالصی و نسبت رقیق شدن پایین (درحدود ده به یك ) بیشتر به چشم می آیند.
گرافیت مایع ارائه شده توسط شركت بازرگانی استوك ماشین ساخت كارخانه معتبر فوكس (FUCHS) آلمان و دارای كیفیت بسیار عالی می باشد. این محصول تاكنون توسط شركتهای معتبر تولید قطعات فورج همانند پارت سازان ،قطعات آهنگری خراسان ،مجتمع صنعتی هفتم تیر و ... مورد استفاده قرار گرفته و رضایت كامل از كیفیت آن اعلام شده است. بعنوان نمونه در تولید یك قطعه با نرم 5000 با استفاده از قالب پیش فرم ،با استفاده از این نوع گرافیت و با همان قالبها تعداد 12000 قطعه تولید شده و میزان تخریب قالب %50 دفعات گذشته تولید بوده است .ضمن اینكه گرافیت ارائه شده توسط شركت استوك ماشین به میزان بیست به یك با آب رقیق شده كه با توجه به سایر نمونه ها (ده به یك) ارزش ریالی آن دوبرابر سایر نمونه ها می باشد.هرچند كه قیمت هركیلو از آن با سایر نمونه ها تفاوت چندانی ندارد !!


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

خواص آلومینیوم

وزن مخصوص كم:

یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است (جدول 1-1). مزیت این كم بودن وزن چیست؟ می‌توان این مزیت را بصورت زیر خلاصه نمود:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفه‌جویی در وزن ساختمان‌های آلومینیومی بخوبی در پایه‌ها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده می‌شود. لوله‌های حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب می‌گردد امروزه از آلومینیوم ساخته می‌شود. وزن كم این لوله خود می‌تواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3- صرفه‌جویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادی‌تر ساختمان‌ها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر می‌گردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد می‌باشد. هر چه قطعه سنگین‌تر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشین‌كاری‌های سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بسته‌بندی و ماشین‌های چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5- تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را می‌توان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
 

 مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:

یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یكهزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحكام مكانیكی قویتر می‌باشد.
اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها كافی نباشد در آن صورت روشهایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومینیوم Alcladding»، «آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت كاتدی Cathodic Protection».
در زیر، هر یك از این روشها به طور مختصر شرح داده می‌شود كه در یكی از فصول بعدی نیز به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
 


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

طلا

اطلاعات طلا ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Au ( لاتین aurum ) و عدد اتمی 79 وجود دارد. طلا فلزی است نرم ، براق ، زرد رنگ ، چکش‌خوار ، قابل انعطاف ( سه ظرفینتی و یک ظرفیتی ) و فلز واسطه که با بیشتر عناصر شیمیایی واکنش ندارد و تنها بوسیله کلر و تیزاب سلطانی ( آمیزه ای از اسید نیتریک و اسید هیدروکلریک ) مورد حمله قرار می‌گیرد.

این فلز عمدتا" به شکل آزاد و بصورت تکه‌هایی در سنگها و رسوبهای آبرفتی وجود دارد و یکی از فلزات ضرب سکه می‌باشد. طلا در بسیاری از کشورها بعنوان معیار ارزش پول بکار می‌رود. همچنین در جواهرات ، دندانپزشکی و الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاریخچه

طلا ( از واژه سانسکریت Jval ؛ آنگلوساکسون gold ؛ لاتین aurum که همگی به معن طلا هستند ) را از دوران باستان شناخته و به ارزش بالای آن پی بردند. هیروگلیف مصری از 2600 قبل از میلاد این فلز را توصیف کرده و در کتاب عهد عتیق بارها به طلا اشاره شده است. زمان زیادی است که طلا یکی از گران‌قیمت‌ترین فلزات به حساب آمده و قیمت آن در تاریخ ، معیار بسیاری از پولهای رایج می‌باشد ( تحت عنوان پایه طلا شناخته می‌شود ).

از طلا بعنوان نمادی برای پاکی ، ارزش ، سلطنت و مخصوصا" نقشهایی که ترکیبی از این ویژگیها است استفاده می‌شود. نخستین هدف کیمیاگران ، تولید طلا از سایر مواد مانند
سرب بود، اگرچه کیمیاگران هرگز موفق به این کار نشدند. گیمیاگران نشانه طلا را دایره و نقطه‌ای در وسط می‌دانند و همچنین نشان ستاره شناسی هم هست.

در بسیاری از مسابقات به نفر اول مدال طلا ، به نفر دوم نقره و به نفر سوم برنز جایزه می‌دهند. بیشترین مقدار طلا در جهان در بانک مرکزی دولت فدرال آمریکا وجود دارد. در طی قرن نوزدهم هر جا ذخایر بزرگ طلا کشف می‌شد، هجوم طلا رخ می‌داد. از جمله هجوم طلای کالیفرنیا ، کلرادو ، اتاگو ، استرالیا ، Black Hills و کلوندایک.

پیدایش

طلا بخاطر سکون شیمیایی نسبی که دارد، بیشتر بصورت فلز محلی و ندرتا" به شکل تکه‌های بزرگ یافت می‌شود، اما معمولا" بصورت ذرات بسیار ریزی در برخی مواد معدنی ، رگه‌های کوارتز ، سنگ لوح ، صخره های دگردیسی و رسوبات آبرفتی که از این منابع سرچشمه گرفته‌اند، دیده می‌شود. طلا بطور گسترده ای پراکنده شده و بیشترهمراه کوارتز یا پیریت است و در کانی‌های پتزیت ، کالاوریت و سیلوانیت با تلوریم ترکیب شده است.

این عنصر با روشهای بهره برداری از رسوبات دارای طلا از رسوبات جدا می‌شود. آفریقای جنوبی منبع تقریبا" 2,3 ذخائر طلای جهان است ( منابع موجود در داکوتای جنوبی و نوادا دو سوم طلای مصرفی آمریکا را تامین می‌کنند ). طلا را با استفاده از
سیانور ، آمالگام و گداختن از کانی‌ها خارج می‌کنند.

پالایش این فلز اغلب بوسیله
الکترولیز تحقق می‌یابد. این فلز در آب دریا و بر حسب مکان نمونه برداری بین 0،1 تا 2 میلی‌گرم در تن یافت می‌شوند، لذا تا سال 1383 هیچ روش مفیدی برای بازیافت طلا از آب دریا ابداع نشده است. اگرچه طلا در صنعت و هنر بسیار مهم است، این عنصر وضعیت منحصر به فردی نسبت به تمامی کالاها دارد و آن ، حفظ ارزش خود در دراز مدت می‌باشد.

برآورد شده ست که با کل طلای پالایش شده جهان می‌توان یک مکعب یکپارچه هر ضلع 20 متر (60 فوت) درست کرد.

خصوصیات قابل توجه

طلا عنصر فلزی است که کلا" به رنگ زرد دیده می‌شود، اما اگر به‌دقـت جدا شود، می‌تواند سیاه ، قرمز سیر یا ارغوانی باشد. شاید بتوان گفت این فلز ، زیباترین عنصر و چکش‌خوارترین و قابل انعطاف‌ترین فلز شناخته شده است. در واقع یک اونس طلا را می‌توان با چکش کاری به یک ورقه 300 فوت مربع تبدیل نمود. طلا که فلزی نرم می‌باشد، برای استحکام بیشتر اغلب با فلزات دیگر آلیاژ می‌شود.

طلا یک رسانای خوب حرارتی و الکتریکی است که تحت تاثیر هوا و سایر معرفها قرار نمی‌گیرد. این فلز تا حد زیادی در برابر حرارت ، رطوبت و بیشتر عوامل فرساینده مقاوم است و بنابراین استفاده از آن در سکه و جواهرات بسیار مناسب است. رنگ طلای جامد و
محلولهای کلوئیدی تیره رنگی که ( اغلب ارغوانی ) می‌توان از آن تهیه کرد، به این علت است که فرکانس پلاسمون این عنصر در دامنه مرئی وجود دارد که موجب انعکاس نورهای زرد و قرمز و جذب نور آبی می‌شود.

طلای بومی معمولا"دارای 8 تا 10 درصد
نقره می‌باشد، اما اغلب این مقدار بیشتر است. هرچه مقدار نقره بیشتر شود، رنگ طلا سفیدتر و جرم مخصوص آن کمتر می‌شود. آلیاژ آن با مس به رنگ قرمز ، با آهن به رنگ سبز و با آلومینیوم به رنگ ارغوانی می‌باشد. جواهراتی که در شرق آمریکا با ترکیباتی از طلای رنگین به توریستها فروخته می‌شود، به نام طلای Black Hills داد و ستد می‌شود.

حالات اکسیداسیون معمولی طلا شامل 1+و3+ است.

مواد

کاربردها

  • طلای خالص برای استفاده‌های عادی بسیار نرم هستند، لذا برای استحکام آن ، با نقره و مس آلیاژ می‌سازند.

  • در بسیاری از کشورها از طلا و بسیاری از آلیاژهای آن در جواهرات و ضرب سکه و نیز بعنوان شاخصی برای مبادلات پولی استفاده می‌شود.

  • به‌علت هدایت الکتریکی خوب و مقاومت آن در برابر فرسایش و سایر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی این عنصر، از اواخر قرن بیستم طلا بعنوان فلز صنعتی مهمی به حساب آمده است.

  • طلا عملکرد مهمی در رایانه ، تجهیزات ارتباطی ، موتور هواپیمای جت و فضاپیماها و بسیاری محصولات دیگر دارد.

  • هدایت الکتریکی خوب طلا و مقاومت آن در برابر اکسیداسیون موجب کاربرد وسیع آن برای آبکاری سطح اتصال دهنده‌های الکتریکی شده است تا اتصالی خوب با مقاومت کم تضمین شود.

  • طلا همانند نقره می‌تواند با جیوه ، ملغمه محکمی را تشکیل دهد که گاهی از آن برای پر کردن دندان استفاده می‌شود.

  • اخیرا" طلای کلوئیدی ( ذرات یک بیلیونیم طلا ) که محلولی کاملا رنگی می‌باشد، برای مصارف بیولوژیکی و پزشکی در آزمایشگاههای زیادی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برای رنگ طلائی روی سرامیکها قبل از پختن در کوره استفاده می‌شود.

  • از اسید Chlorauric در عکاسی برای پررنگ کردن تصویر نقره‌ای استفاده می‌شود.

  • Disodium aurothiomalate برای درمان روماتیسم مفصلی بکار می‌رود؛ (درون عضله وارد می‌شود).

  • از ایزوتوپ Au-198 ( با نیمه عمر 2,7 روز ) برای درمان برخی سرطانها و بیماریهای دیگر استفاده می‌شود.

  • طلا بعنوان یک ماده بیولوژیکی که امکان پوشش بوجود می‌آورد، کاربرد دارد و باید آنرا بوسیله میکروسکوپ الکترونی ( scanning electron microscope ) مشاهده نمود.

  • طلا اغلب نماد بهترین و والاترین دستاوردها می‌باشد. یک مدال طلا مانند روبان آبی ، بهترین پاداش در بازیهای المپیک و بسیاری از رقابتهای دیگر است.

  • چون طلا منعکس کننده خوبی برای هر دو نور مادون قرمز و نور ساکن است، بعنوان لایه محافظ سطح بسیاری از ماهواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.


 

مواد


 

ارزش

طلا مانند فلزات پُر ارزش دیگر با سیستم توزین تروی سنجیده می‌شود و در صورت آلیاژ با سایر فلزات از اصطلاح carat برای مشخص کردن مقدار طلای موجود با عیار 24 ( که طلای خالص است ) استفاده می‌شود. ( در ایران بیشتر از مثقال برای معاملات بازار طلا استفاده می‌شود و برای آلیاژهای طلا از میزان عیار اسفاده می‌شود که عیار 24 طلای خالص می‌باشد).

در طول تاریخ از طلا برای پشتیبانی پول و در سیستمی تحت عنوان پایه طلا استفاده می‌شد که در این سیستم ، یک واحد از پول رایج معادل مقدار معینی طلا بود. مدت زیادی ارزش طلا توسط آمریکا برای هر اونس تروی 20,62 دلار تعیین شد، اما در سال 1934 ارزش طلا 35،00 دلار برای هر اونس تروی تثبیت شد.

به سبب بحران طلا در 17 مارس 1968 طرح نرخ‌گذاری دوگانه ایجاد شد که طبق آن برای تثبیت ارزش بین‌المللی ، طلا همچنان به قیمت سابق 35،00 دلار در هر اونس تروی باقی ماند، اما قیمت آن در بازار خصوصی اجازه نوسان یافت؛ این سیستم نرخ‌گذاری دوگانه در سال 1975 هنگامی‌که نرخ طلا اجازه نوسان یافت، متوقف شد. از سال 1968 نرخ طلا در بازار آزاد نوسان شدیدی یافت، بطوری‌که در ژانویه 1980 به 620 دلار در هر اونس تروی رسید، اما تا ژانویه 1990 قیمت آن به 410 دلار در هر اونس تروی کاهش یافت.

گاهی اوقات ، مالکیت طلا به خاطر نقشی که بعنوان پشتوانه پول دارد، محدود و یا ممنوع می‌شود. در آمریکا مالکیت خصوصی طلا جز بصورت جواهر و سکه بین سالهای 1933 و 1975 ممنوع شده بود. چون طلا مدت زمان بسیار طولانی ارزش خود را حفظ کرده است، بعنوان یک سرمایه‌گذاری مشهود اغلب به‌صورت بخشی از یک سهام نگهداری می‌شود.

چون طلا ارزش خود را حتی هنگامیکه پول بی‌پشتوانه بی‌ارزش می‌شود حفظ می‌کند، بنابراین مخصوصا" در زمان ناتوانی یا تورم دید مورد نیاز است.

قراردادهای آینده برمبنای داد و ستد جاری طلا در COMEX ( محل خرید و فروش کالا ) است که شعبه ای از بازار بورس نیویورک ( New York Mercantile Exchange ) می‌باشد و پیش‌بینی قیمت طلا و سایر کالاها در آینده در این مکان انجام می‌گیرد.

ترکیبات

  • کلرید دارای طلا (AuCl3) و اسید کلروئیک ( HAuCl4 ) رایج‌ترین ترکیبات طلا هستند. اگرچه طلا فلز بی‌اثر است، اما قادر است ترکیبات فراوانی بسازد.
  • در تیزاب سلطانی حل شده تولید یون -AuCl4 منفی می کند.
  • هالیدهای طلا ( F , Cl , Br , I )
  • کالکوژنیدهای طلا ( O , S , Se , Te )
  • ترکیبات خوشه‌ای طلا


 

مواد


 

ایزوتوپها

تنها یک ایزوتوپ پایدار و 18 رادیوایزوتوپ که فراوان‌ترین آنها Au-195 با نیمه عمر 186 روز است، برای طلا وجود دارد.

هشدارها

بدن انسان این فلز را جذب نمی‌کند و طبیعتا" ترکیبات طلا خیلی سمی نیستند. با این همه درمورد50% بیماران ورم مفاصل که با داروهای حاوی طلا درمان شده‌اند، آسیب کبد و کلیه گزارش شده است


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

سرب

اطلاعات اولیه

سرب ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Pb و عدد اتمی 82 وجود دارد. سرب ، عنصری سنگین ، سمی و چکش‌خوار است که دارای رنگ خاکستری کدری می‌باشد. هنگامیکه تازه تراشیده شده ، سفید مایل به آبی است، اما در معرض هوا به رنگ خاکستری تیره تبدیل می‌شود. از سرب در سازه‌های ساختمانی ، خازنهای اسید سرب ، ساچمه و گلوله استفاده شده و نیز بخشی از آلیاژهای لحیم ، پیوتر و آلیاژهای گدازپذیر می‌باشد. سرب سنگین‌ترین عنصر پایدار است.

تاریخچـــــــه

به‌علت فراوانی سرب ( هنوز هم اینگونه است ) ، تهیه آسان ، کار کردن آسان با آن ، انعطاف‌پذیری و چکش‌خواری بالا و پالایش راحت ، حداقل از 7000 سال پیش مورد استفاده بشر می‌باشد. در کتاب خروج ( بخشی از انجیل ) به این عنصر اشاره شده است. کیمیاگران می‌پنداشتند سرب قدیمی‌ترین فلز بوده و به سیاره زحل مربوط می‌شود. لوله‌های سربی که نشانه‌های امپراتوری روم را حمل می‌کردند، هنوز هم بکار می‌روند. نشان Pb برای سرب خلاصه نام لاتین آن plumbum است. در اواسط دهه 80 تغییر مهمی در الگوهای پایان استفاده از سرب بوجود آمده بود. بیشتر این تغییر ناشی از پیروی مصرف کنندگان سرب آمریکا از قوانین زیست محیطی بود که بطرز قابل ملاحظه ای استفاده از سرب را در محصولات بجز باطری از جمله گازوئیل ، رنگ ، اتصالات و سیستمهای آبی کاهش داده یا حتی حذف کرد.

خصوصیات قابل توجه

سرب فلزی است براق ، انعطاف پذیر ، بسیار نرم ، شدیدا" چکش خوار و به رنگ سفید مایل به آبی که از خاصیت هدایت الکتریکی پایینی برخوردار می‌باشد. این فلز حقیقی به‌شدت در برابر پوسیدگی مقاومت می‌کند و به همین علت از آن برای نگهداری مایعات فرسایشگر ( مثل اسید سولفوریک ) استفاده می‌شود. با افزودن مقادیر خیلی کمی آنتیموان یا فلزات دیگر به سرب می‌توان آنرا سخت نمود.

کاربردها

  • کاربردهای اولیه سرب عبارت بودند از: سازه های ساختمانی ، رنگدانه‌های مورد استفاده در لعاب سرامیک و لوله‌های انتقال آب. کاخها و کلیساهای بزرگ اروپا در وسایل تزئینی ، سقفها ، لوله‌ها و پنجره‌هایشان دارای مقادیر قابل توجهی سرب هستند. این فلز ( در حالت عنصری ) پس از آهن ، آلومینیوم ، مس و روی بیشترین کاربرد را دارد.

  • در باطری‌های اسید سرب ، در اجزای الکترونیکی ، روکش کابل ، مهمات ، در شیشه CTR ها ، سرامیک ، شیشه‌های سُرب‌دار ، لوله‌های سربی ( اگرچه استفاده از اتصالات سربی در لوله های آب آشامیدنی در دهه 90 در آمریکا قانونی شد ، امروزه کاربرد آنچنانی ندارند ) ، در رنگها ( از سال 1978 در آمریکا و به‌تدریج از دهه 60 تا دهه 80 در انگلستان ممنوع شد، اگرچه رنگ سطوح قدیمی می‌توانست تا 50% وزن از سرب باشد ) ، آلیاژها ، پیوتر ، اتصالات و مواد پر کننده دندان.

    همچنین در بامها بعنوان درزگیر برای محافظت اتصالات در برابر باران مورد استفاده قرار می‌گیرد. در
    گازوئیل ( بنزین) بعنوان تترا اتیل و تترا متیل سرب برای کاهش صدای موتور کاربرد دارد. ( pre-detonation ، pre-ignition و pinking هم نامیده می‌شود ). فروش بنزین سربدار در آمریکا از سال 1986 و در اتحادیه اروپا از سال 1999 ممنوع شد.

جداسازی

سرب محلی در طبیعت یافت می‌شود، اما کمیاب است. امروزه معمولا" سرب در کانی‌هایی همراه با روی ، نقره و ( بیشتر) مس یافت می‌شود و به همراه این مواد جدا می‌گردد. ماده معدنی اصلی سرب گالن (PbS) است که حاوی 86,6% سرب می‌باشد. سایرکانیهای مختلف و معمول آن سروسیت ( PbCO3 ) و انگلسیت ( PbSO4 ) می‌باشند. اما بیش از نیمی از سربی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، بازیافتی است.

سنگ معدن بوسیله مته یا انفجار جدا شده ، سپس آنرا خرد کرده و روی زمین قرار می‌دهند. بعد از آن ، سنگ معدن تحت تاثیر فرآیندی قرار می‌گیرد که در قرن نوزدهم در Broken Hill استرالیا بوجود آمد. یک فرآیند شناور سازی ، سرب و دیگر مواد معدنی را از پس‌مانده‌های سنگ جدا می‌کند تا با عبور سنگ معدن ، آب و
مواد شیمیایی خاص از تعدادی مخزن که درون آنها دوغاب همیشه مخلوط می‌شود، عصاره ای بوجود آید.

درون این مخزنها هوا جریان یافته و سولفید سرب به حبابها می‌چسبد و بصورت کف بالا آمده که می‌توان آنرا جدا نمود. این کف ( که تقریبا" دارای 50% سرب است ) خشک شده ، سپس قبل از پالایش به منظور تولید سرب 97% سینتر می‌شوند. بعد ازآن سرب را طی مراحل مختلف سرد کرده تا ناخالصیهای سبکتر بالا آمده و آنها را جدا می‌کنند. سرب مذاب با گداختن بیشتر بوسیله عبور هوا از روی آن وتشکیل لایه ای از تفاله فلز که حاوی تمامی ناخالصیهای باقی مانده می‌باشد، تصفیه شده و سرب خالص 99,9% بدست می‌آید.

ایزوتوپهــــــــــــا

سرب بطور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار است : Pb-204(1.4%)-Pb-206(24.1%)-Pb-207(22.1%)-Pb-208(52.4%). سرب 206 ، 207 و 208 همگی پرتوزا بوده ، محصولات پایانی زنجیره فروپاشی پیچیده ای هستند که به ترتیب در U-238 ، U-235 و Th-232 رخ می‌دهند.

هشدارهــــــــــا

سرب فلز سمی است که به پیوندهای عصبی آسیب رسانده ( بخصوص در بچه‌ها ) و موجب بیماریهای خونی و مغزی می‌شود. تماس طولانی با این فلز یا نمکهای آن ( مخصوصا" نمکهای محلول یا اکسید غلیظ آن PbO2 ) می‌تواند باعث بیماریهای کلیه و دردهای شکمی شود. به اعتقاد بعضی افراد استفاده تاریخی از سرب توسط امپراطوری روم برای لوله‌های آب ( و نمک آن ، استات سرب که بعنوان شیرین کننده شراب و به نام شکر سرب هم معروف است ) عامل دیوانگی بسیاری از امپراطوران بود. نگرانی درباره نقش سرب در عقب‌ماندگی ذهنی کودکان موجب کاهش استفاده از آن در سطح جهان گردید.

فروش رنگهای حاوی سرب در کشورهای صنعتی متوقف شده ، گرچه احتمالا" بسیاری از خانه‌های قدیمی هنوز دارای مواد سربی در رنگهایشان هستند. کلا" پیشنهاد می‌شود رنگهای قدیمی را با سمباده ازبین نبرند، چون این کار باعث ایجاد غباری قابل استنشاق می‌گردد. نمکهای سرب که در لعاب ظروف سفالی بکار می‌رود، گاهی اوقات ایجاد مسمومیت کرده‌اند، چون هنگامیکه در آنها اسید نوشیده می‌شود، مانند آبمیوه ها ، یونهای سرب از لعاب ظرف جدا می‌شوند. گفته می‌شود استفاده از سرب برای فشردن سیب جهت تهیه آب سیب ، عامل بیماری Devon colic می‌باشد.

گمان می‌رود سرب پیامدهای ناگواری برای دختران و خانمهای جوان داشته باشد به همین علت بسیاری از دانشگاهها در تجزیه و تحلیلهای دختران ، سرب را در اختیار آنها نمی‌گذارند. سرب در واقع برای ساخت مدادهای اولیه مورد استفاده قرار می‌گرفت، اگرچه در چند دهه اخیر مغز مدادها از
گرافیت که شکل طبیعی کربن می‌باشد، ساخته شده است.

مواد


 

ریشه‌های کلمــــــه

واژه لاتین plumbum باعث شکل گیری اصطلاحات زیادی در زبان انگلیسی شده است:


  • Plumbing ( لوله کشی) یا سیستمی از لوله کشی. چون در گذشته لوله‌ها از سرب ساخته می‌شدند، این واژه ریشه در آن دوران دارد.
  • Plumb bob یا plummet ( شاغول کوچک) جسم فلزی باریک و نوک تیز که از وزن آن برای کشیده نگه داشتن ریسمان بصورت افقی استفاده می‌شود، اشاره به این حقیقت دارد که این شاغولها در آغاز از سرب ساخته می‌شدند.
  • Plumb wall نام آن به این علت است که از شاغول ( Plumb bob ) برای یافتن خط عمود استفاده می‌شود.
  • Plumbing the depths ( ژرف یابی ) از کاربرد وزنه سربی برای انداختن ژرف‌یاب تا انتهای آبها اقتباس شده است ( یا در انتهای قلاب ماهیگیری اگر آب واقعا" عمق داشته باشد! )
  • Plumb crazy احتمالا" چون مسمومیت سرب می‌تواند منجر به دیوانگی شود، این واژه بدست آمده یا بنابر OED ، از یک مفهوم آمریکایی plum ( مشتق از واژه plumb ) به معنی " کاملا" برگرفته شده است.
  • Plumbism (مسمومیت سربی) اصطلاح پزشکی به معنی مسمومیت سربی می‌باشد.
  • Aplomb ( اعتماد به نفس ) از واژه فرانسوی plomb برگرفته شده که به معنی دقیقا" عمود و بنابراین مطمئن و خونسرد می‌باشد.

دسته بندی : فلزات غیرآهنی

روي

اطلاعات اولیه

روی ، یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن Zn و عدد اتمی آن 30 می‌باشد.

تاریخچه

آلیاژهای روی از قرنها پیش استفاده می‌شده است. کالاهای برنجی که به 1000-1400 سال پیش باز می‌گردند، در فلسطین پیدا شده‌اند و اشیاء رویی با 87% روی در Transylvania ما قبل تاریخ یافت شده‌اند. به خاطر نقطه جوش پایین و واکنش شیمیایی این فلز ( روی جدا شده دود شده و قابل دستیابی نبود ) خصوصیات واقعی این فلز در زمان باستان مشخص نشده بود.

ساخت برنج به رومی‌ها نسبت داده شده و مربوط به 30 سال پیش از میلاد می‌باشد. آنها Calamine و
مس را با یکدیگر در بوته آهنگری حرارت می‌دادند که در این عمل اکسید روی در Calamine کاهش می‌یافت و فلز روی آزاد توسط مس به دام انداخته می‌شد و به شکل آلیاژ در می‌آمد. برنج بدست آمده ، یا در قالب ریخته می‌شد یا با چکش به شکلهای مختلف در می‌آمد.

استخراج و تصفیه روی ناخالص در 1000 سال پیش از میلاد مسیح در هند و چین صورت می‌گرفته است. در غرب نیز کشف فلز روی به "Andreas Marggraf" آلمانی در سال 1746 بر می‌گردد. شرح تولید برنج در اروپای غربی در کتابهای Albertus Magnus در سال 1284 به چشم می‌خورد. این فلز در قرن 16 به میزان قابل توجه شناخته شد.

"Agricola" در سال 1546 اعلام کرد که وقتی که سنگ معدن روی گداخته می‌شود، فلز سفید می‌تواند منقبض شود و دیواره کوره را بتراشد. او در نوشته‌های خود به این مسئله نیز اشاره کرد که فلزی شبیه آن به نام Zincum در Silesia تولید می‌شده است. "پاراسلیوس" (متوفی به سال 1541) اولین کسی در غرب بود که گفت Zircum فلزی جدید است که در مقایسه با فلزات دیگر خواص شیمیایی جداگانه ای دارد. نتیجه آن است که فلز روی زمانی شناخته شده که "Margaraf" کشفیاتش را شروع کرد و در حقیقت فلز روی دو سال زودتر توسط شیمیدان دیگری به نام "Anton Von Swab"
تجزیه شده و بدست آمده بود. اما تحقیقات Margraaf جامع‌تر بود و بخاطر تحقیقاتش به‌عنوان کاشف روی شناخته شد.

قبل از کشف تکنیک غوطه‌وری سولفید روی ، Calamine تنها منبع معدنی فلز روی بوده است.

پیدایش

روی ، بیست و سومین عنصر در پوسته زمین از نظر فراوانی می‌باشد. بسیاری از سنگهای معدنی سنگین استخراج شده حاوی 10% آهن و 40-50% روی می‌باشند. معادنی که از آنها روی استخراج می‌شود، شامل Sphakrite , Zinc Blende , Smith sonite , Calamine , Franklinite می‌شوند.

خصوصیات قابل توجه

روی ، فلزی است که در Vielle Montagne و Zinkgruvan استخراج می‌شود و برای آبکاری فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. مانند فلزات دیگر به‌آرامی واکنش نشان می‌دهد. با اکسیژن و دیگر غیر فلزات ترکیب شده ، با اسید رقیق واکنش نشان داده ، گاز هیدروژن آزاد می‌کند. چهارمین فلز متداول و مورد استفاده بوده ، بعد از آهن ، آلومینیوم و مس ، بیشترین فلز تولیدی می‌باشد. حالت اکسیداسیون متداول این عنصر +2 است.

کاربردها

  • روی برای آبکاری فلزات استفاده می‌شود تا از زنگ زدگی آنها جلوگیری کند.

  • روی در آلیاژهایی نظیر برنج ، Nickel Silver ، فلز ماشین تحریر ، فرمولهای مختلف لحیم نقره آلمانی و .... بکار می‌رود.

  • برنج ، بخاطر استقامت و مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی کاربردهای وسیعی دارد.

  • روی بطور گسترده در صنعت خودرو سازی در Die Casting ها استفاده می‌شود.

  • روی لوله‌ای به‌عنوان قسمتی از محتوی باطری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • اکسید روی به‌عنوان رنگدانه‌های سفید در رنگهای آبی و همچنین به‌عنوان فعال کننده در صنعت Rubber استفاده می‌شود. به‌عنوان Over the counter ointment به‌صورت لایه نازکی بر روی پوست بی‌حفاظ صورت و بینی استفاده می‌شود تا از کم شدن آب پوست جلوگیری کرده ، در برابر آفتاب سوختگی در تابستان و باد زدگی در زمستان از پوست محافظت کند. استفاده از آن برای کودکان در هر مرحله از عوض کردن کهنه کودک توصیه می‌شود، زیرا از تحریکات پوستی جلوگیری می‌کند.

  • کلرید روی به‌عنوان بوگیر و همچنین محافظ چوب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • سولفید روی در رنگدانه‌های درخشان ، برای تولید عقربه‌های ساعت و موارد دیگری که در تاریکی می‌درخشد، استفاده می‌شود.

  • محلولهای ضدعفونی کننده ای که از Calamine ساخته شده و ترکیبی از Zn-Hydroxy-Carbonate و سیلیکات است، برای درمان جوشهای پوستی استفاده می‌شود.

  • فلز روی شامل ویتامینهای مورد مصرف روزانه و مواد معدنی نیز می‌باشد و با توجه به فلزات دیگر ، این فلز دارای خاصیت ضد اکسیداسیون است که از پیری زود رس پوست و مفصلهای بدن محافظت می‌کند.

  • با بررسی خواص روی به این نتیجه رسیده‌اند که این عنصر می‌تواند به بهبودی بعد از عمل جراحی سرعت بخشد.

  • Zinc Gluconate Glycine از قرصهای مکیدنی برای درمان سرما خوردگی و التهاب دهان و لوزه‌ها می‌باشد.

نقش بیو لوژیکی

روی از عناصر ضروری زندگی انسان است که برای بقا و زندگی انسان لازم است. کمبود روی در حیوانات موجب افزایش وزن می‌شود. روی در انسولین ، Zinc Finger Proteinsو آنزیم‌هایی مانند Super Oxide Dismutase وجود دارد. بر اساس بسیاری از منابع ، مصرف قرصهای حاوی روی می‌تواند در برابر سرماخوردگی و آنفولانزا ایمنی ایجاد کند. با این حال هنوز بر سر این مساله اختلاف نظر وجود دارد.

ترکیبات

اکسید روی معروفترین ترکیبی است که بطور گسترده در ترکیبات روی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌عنوان رنگدانه سفید در رنگها استفاده می‌شود. همچنین در صنعت Rubber کاربرد داشته و به‌عنوان Opaque Sunscreen فروخته می‌شود. دیگر ترکیبات روی به استفاده غیر صنعتی می‌رسند، مانند: کلرید روی در بو گیر ، سولفید روی در رنگهای شب‌تاب و متیل روی در آزمایشگاه شیمی آلی. تقریبا یک چهارم فراورده‌های روی به‌صورت ترکیبات روی مورد مصرف قرار می‌گیرند.

ایزوتوپها

روی طبیعی در 4 ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است: Zn-64 , Zn-66 , Zn-67, Zn-68 که در این میان ، Zn-64 فراوانترین آنها (48.6% فراوانی طبیعی) می‌باشد. برای این عنصر 22 رادیو ایزوتوپ اکتیو شناسایی شده است که در میان آنها ، Zn-65 با نیمه عمر 244.26 روز و Zn-72 با نیم عمر 46.5 ساعت پایدارترین و فراوانترین ایزوتوپ می‌باشند. دیگر ایزوتوپهای رادیو اکتیو این عنصر ، نیمه عمرهای کمتر از 14 ساعت و بیشتر آنها نیمه عمری کمتر از یک دقیقه دارند. این عنصر همچنین 4 حالت متا دارد.

هشدارها

فلز روی ، سمی نیست، اما حالتهایی به نام Zinc Shakes و یا Zinc Chills وجود دارند که با استنشاق اکسید روی تازه و خالص تحریک می‌شوند.

شناخت محیط رشد روی

روی در تولید و فعالیت آنزیم‌ها ، همچنین در ایجاد پروتئین موثر است. کمبود روی باعث کوچک ماندن برگهای گیاه و کوتاه شدن فاصله میان گره‌ها می‌شود. واکنش خاک ، بر قابل استفاده بودن روی برای گیاه ، موثر می‌باشد. معمولاً در خاکهای قلیایی و در حاکهای محتوی فسفر بیش از حد ، روی غیر قابل استفاده می‌گردد. در خاکهای شنی ، به‌راحتی شسته شده ، از زمین خارج می‌شود. برای رفع کمبود روی ، سولفات روی را به خاک اضافه می‌کنند. هر چند که شرایط خاکهای ایران سولفات روی شدیداً تثبیت می‌شود و بازده آن کم است و بصورت Zn EDTA بازده بیشتری دارد.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

نيكل

اطلاعات اولیه
نیکل ، عنصرشیمیایی جدول تناوبی است که نماد Ni داشته و عدد اتمی آن ، 28 است.

تاریخچه

استفاده از نیکل ، قدمت باستانی داشته ، به 3500 سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. برنزهایی که از سوریه امروزی یافت شده‌اند، حاوی حدودا 2% نیکل بوده و دست‌نوشته‌های چینی اشاره بر این دارند که مس سفید در 1400 تا 1700 سال قبل از میلاد مسیح در مشرق زمین استفاده می‌شد. اما از آنجا که معادن نیکل و مس در آن روزگار به‌راحتی مورد اشتباه قرار می‌گرفتند، تمام دانستنیهای دقیقتر به دوران معاصر باز می‌گردد.

کانی‌هایی که حاوی نیکل هستند، از جهت رنگ‌دهی به شیشه کاربرد داشتند و از ارزشی فراوان بر خوردار بودند. در سال 1751 شخصی به نام "Baron Axel Fredrik" تلاشهایی را برای استخراج مس از معدن نیکل انجام داد و که در نتیجه فلزی سفید بدست آورد که آن را نیکل نامید.

اولین سکه خالص نیکلی در سال 1881 ساخته شد.

پیدایش

اکثر نیکلهای بدست آمده از دو نوع معدن بدست آمده‌اند، اولی خاکهای آجری رنگ بوده که مهمترین معدن سنگ نیکل هستند و دومی سولفید موجود در ماگمای زمین می‌باشد. منطقه Sudbury در Ontario کانادا 30% نیکل جهان را تولید می‌کند. معادن دیگر در روسیه استرالیا کوبا و اندونزی می‌باشند. با این وجود این باور وجود دارد که بیشتر نیکل موجود در زمین در هسته این سیاره تمرکز یافته است.

خصوصیات قابل توجه

نیکل یک فلز سفید نقره‌ای است که به‌خوبی جلا می‌گیرد. از گروه آهن‌ها است که سخت و قابل انعطاف بوده ، هادی جریان الکتریسیته می‌باشد و به‌راحتی با گوگرد و آرسنیک ترکیب می‌شود.

با توجه به اینکه نیکل ، دوام زیادی در هوا داشته ، اکسیده نمی‌شود، برای تولید سکه‌های پول فلز کاری برنج و
آهن و همچنین برای ساخت ابزار آلات شیمیایی در آلیاژهای خاص مانند نقره آلمانی کاربرد دارد و معمولا با کبالت همراه هست که هر دوی آنها در آهن‌های شهاب سنگی یافت می‌شوند. نیکل برای آلیاژهایی که بوجود می‌آورد، بسیار با ارزش می‌باشد.

معمولترین حالت اکسیداسیون نیکل ، 2+ است و این در حالی است که نیکل 3+ و 1+ نیز به‌ندرت مشاهده می‌شوند.

کاربردها

تقریبا 65% نیکل مصرفی در دنیای غرب برای تولید لوازم فولاد ضد زنگ بکار می‌رود. 12% دیگر آن به مصرف آلیاژهای عالی می‌رسد. 23% باقی مانده نیز در مصارفی مانند تولید آلیاژ فلزات ، باطری‌های قابل شارژ ، کاتالیزورها ، سکه‌ها و ابزار ریخته‌گری و فلزکاری تقسیم می‌شود.

مصارف کلی نیکل به صورت زیر است:


  • فولاد ضد زنگ و دیگر آلیاژهای ضد زنگ.
  • فولاد نیکل برای تولید فلز سلاح‌ها و گاو صندوق‌ها کاربرد دارد.
  • آلیاژ آلنیکو برای تولید آهن‌ربا
  • فلز Mu که قابلیت نفوذ پذیری مغناطیسی بالایی داشته و برای صفحه نمایشهای مغناطیسی استفاده می‌شود.
  • آلیاژ کابلهای انتقال حافظه که در ساخت ربات‌ها کاربرد دارد.
  • باطری‌های قابل شارژ ، مانند باطریهای نیکل هیدروکسیدی و نیکل کادمیوم.
  • ضرب سکه. در ایالات متحده و کانادا ، نیکل برای سکه‌های 5 سنتی استفاده می‌شود که آنها نیز نیکل نامیده می‌شوند.
  • آبکاری الکتریکی
  • ظروف ضد حرارت برای استفاده در آزمایشگاه‌های شیمی
  • نیکل مشتق شده ، یک کاتالیزور است که برای هیدروژنه کردن روغن سبزیجات بکار می‌رود.

نقش بیولوژیکی

اکثر مواد هیدروژنی ، حاوی نیکل و مجموعه های گوگرد-آهنی هستند. هسته نیکل یک عنصر اصلی در تمام مواد هیدروژنی بوده که عملکرد آنها بیشتر اکسیداسیون است تا آزاد کردن هیدروژن. هسته نیکل به این دلیل وجود دارد که بتواند تغییرات ناشی از عمل اکسیداسیون را تحمل کند. همچنین شواهد چنان نشان می‌دهند که هسته نیکل قسمت فعال این آنزیمها هستند. همچنین منوکسید کربنهایی در عمل جدا سازی هیدروژن وجود دارند که حاوی نیکل هستند. درباره ساختار نیکل اطلاعات زیادی در دست نیست.

ایزوتوپها

نیکلی که در طبیعت به وجود می آید از 5 ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است که عبارتند از Ni-58 ، Ni-59 ، Ni-60 ، Ni-61 ، Ni-62 از بقیه فراوانتر می‌باشد و 59-Ni از بقیه پایدارتر بوده و نیمه عمر تجزیه آن حدودا 76000 سال می‌باشد. نیمه عمر تجزیه نیکل 63-Ni صد سال و نیکل Ni-56 ، در حدود 6.077 روز می‌باشد. تمامی ایزوتوپهای رادیواکتیوی ، نیمه عمر تجزیه‌ای کمتر از 60 ساعت دارند و عمر تجزیه بیشتر آنها کمتر از سی ثانیه می‌باشد. Ni-56 در مقیاس و حجمهای بزرگ در ستاره‌های بسیار بزرگ تولید شده و انحنای نور این ستاره‌های بزرگ با تجزیه نیکل و کبالت و بعد از به آهن مرتبط است.

نیکل -59 یک عنصر هسته با عمر طولانی و نیمه عمر 76000 سال است. نیکل کاربردهای زیادی در زمین شناسی ایزوتوپی دارد. نیکل -59 برای تعیین تاریخ دوره‌های زمین شناسی کاربرد داشته و میزان غبار ته‌نشین شده در یخهای فرا زمینی را تعیین می‌کند. نیکل -60 محصول منقرض شده Fe می‌باشد، چرا که Fe-60 منقرض شده عمر زیادی داشته و پایداری آن در مواد سیستم خورشیدی که تمرکز بالایی دارند، گوناگونی زیادی را در ترکیبات ایزوتوپی Ni- 60 ایجاد می کند. بنابراین میزان Ni-60 موجود در مواد فرا زمینی می‌تواند ما را به حقیقت اصلی سیستم خورشیدی و تاریخچه اولیه آن رهنمون سازد.

هشدارها

نیکل را نباید بیشتر از 0.05 mg/cm3 در مجاورت ترکیبات حلال قرار داد. همچنین به نظر می‌رسد که دود و سولفید نیکل ، سرطان زا باشد. نیکل کربنیک یک گاز بسیار سمی است. تماس نیکل با پوست افراد حساس ممکن است ایجاد آلرژی کند. مقداری مجاز نیکل مصرفی در محصولاتی که با دست انسان تماس دارد، مطابق اتحادیه اروپایی می‌باشد. بر اساس یک گزارش منتشر شده در مجله Nature در سال 2002 ، محققین دریافته‌اند که مقدار نیکل موجود در سکه‌های یک و دو Euro بیشتر از حد استاندارد است. به نظر می‌رسد که این عمل بدلیل واکنشهای گالوانیک رخ می‌دهد.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

منيزيم

اطلاعات کلی

منیزیم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Mg و عدد اتمی 12 می‌باشد. منیزیم ، هشتمین عنصر فراوان است و تقریبا" 2% پوسته زمین را تشکیل می‌دهد و سومین عنصر فراوان محلول در آب دریا به حساب می‌آید. کاربرد اصلی این فلز قلیایی خاکی ، بعنوان عامل آلیاژ ساز برای ساخت آلیاژ آلومینیم – منیزیم می‌باشد.

خصوصیات قابل توجه

منیزیم ، فلزی سبک ، سفید رنگ و نسبتا" محکم است ( یک‌سوم از آلومینیوم سبکتر ) که در معرض هوا به‌آرامی کدر می‌گردد. پودر این فلز ، هنگامیکه در معرض هوا قرار گیرد، گرم شده ، با شعله‌های سفید رنگی می‌سوزد. اگرچه به شکل نوارهای باریک به‌آسانی محترق می‌شود، سوختن مقادیر زیاد آن دشوار است.

کاربردهــــــا

ترکیبات منیزیم ، بخصوص اکسید منیزیم ، بیشتر بعنوان مواد دیرگداز در کوره‌های تولید آهن و فولاد ، فلزات غیرآهن ، شیشه و سیمان ، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکسید منیزیم و سایر ترکیبات هم در صنایع عمرانی ، شیمیایی و کشاورزی بکار می‌روند. عمده کاربرد منیزیم بصورت یک افزودنی آلیاژساز به آلومینیوم است که از این آلیاژ ، بیشتر در قوطی‌های مواد آشامیدنی استفاده می‌گردد.

همچنین آلیاژهای منیزیم ، اجزای ساختاری اتومبیل‌ها و ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهند. کاربرد دیگر این فلز ، کمک به جداسازی
گوگرد از آهن و فولاد است.

سایر کاربردها

  • منیزیم ، مانند آلومینیم ، محکم و سبک است، بنابراین اغلب در چرخهای مرغوب که mag wheels نامیده می‌شوند، بکار می‌رود.

  • آلیاژ این فلز در ساخت هواپیما و موشک ضروری است.

  • منیزیم در صورتیکه بعنوان عامل آلیاژ ساز بکار رود، خصوصیات تولیدی ، مکانیکی و جوش خوردن آلومینیم را ارتقا می‌دهد.

  • عامل افزودنی برای پیشرانهای معمولی و مورد استفاده در تولید گلوله‌های کوچک گرافیت در چدن.

  • عامل کاهنده برای ساخت اورانیوم خالص و فلزات دیگر از نمکهایشان.

  • هیدروکسید آن در شیر منیزی ، کلرید و سولفات آن در سولفات دومنیزی و سیتراتهای آن در پزشکی کاربرد دارند.

  • مگنزیت Dead-burned برای مقاصد دیر گداز از قبیل آجر و آسترهای محافظ در کوره‌ها مورد استفاده است.

مواد


 

  • منیزیم همچنین در دمای 4000 درجه فارینهایت قابل اشتعال و احتراق است.

  • دمای فوق‌العاده زیادی که برای سوزاندن منیزیم نیاز است، این عنصر را تبدیل به ابزاری راحت برای شروع آتشهای ناگهانی هنگام تفریحات سالم در فضای باز می‌کند.

  • پودر کربنات منیزیم ( MgCO3) توسط ورزشکاران رشته‌هایی چون ژیمناستیک و وزنه برداری ، برای افزایش میزان چسبیدن دست به وسایل ( دستگاهها و هالتر ) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • سایر کاربردها عبارتند از فلاش دوربین عکاسی ، منور بمبهای آتش‌زا.


 

شناخت محیط رشد:منیزیم

منیزیم در تولید کلروفیل به کار می رود و در نتیجه عمل فتوسنتز موثر می باشد. در بذرها، منیزیم به مقدار زیاد یافت می شود. علایم کمبود منیزیم در گیاه زردی بین رگبرگهاست. علایم کمبود ابتدا در برگهای پیر مشاهده می شود. و در صورت کمبود شدید، برگ ها شروع به ریزش می کنند. در خاک منیزیم نسبتاً سریع شسته شده و از دسترس گیاه خارج میگردد. برای رفع کمبود منیزیم از کربنات و سولفات منیزیم استفاده می شود.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

جيوه

اطلاعات اولیه
جیوه که آن را سیماب ( quicksilver ) هم می‌نامند عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Hg و عدد اتمی 80 می‌باشد. جیوه که فلزی سبک ، نقره‌ای ، سمی و جزء عناصر واسطه است، یکی از دو عنصری می‌باشد که در دماهای معمولی اتاق حالت مایع دارند ( فلز دیگر برم است ) و در دماسنجها ، فشارسنجها و سایر وسایل علمی کاربرد دارد. جیوه عمدتا" بوسیله کاهش از ماده معدنی cinnabar ( سولفور جیوه ) بدست می‌آید.

تاریخچــــــــه

جیوه را چینیان و هندیهای باستان شناخته بودند و در گورهای متعلق به 1500سال قبل از میلاد یافت شده‌اند. تا سال 500 قبل از میلاد ، از جیوه به همراه مواد دیگر برای ساخت آمالگامها استفاده می‌شد. یونانیان باستان از این فلز سمی در پمادها و رومیان از آن در لوازم آرایشی استفاده می‌کردند. کیمیاگران تصور می‌کردند تمامی مواد از این ماده ساخته شده‌اند. همچنین می‌پنداشتند در صورتی که جیوه سخت شود، به طلا تبدیل خواهد شد.

در قرن 18 و قرن 19 از نیترات جیوه برای کندن موی حیوانات جهت ساختن کلاههای نمدی استفاده می‌کردند. این مسئله موجب بروز آسیبهای مغزی در بین کلاهدوزان شد که گفته می‌شود عبارت: " دیوانه مثل یک کلاهدوز " و شهرت Mad hatter آلیس در سرزمین عجایب از آنجا آمده است.

کیمیاگران نام خدای رومیان Mercury را برای این عنصر در نظر گرفتند. نماد جیوه Hg ، از واژه hydrargyrum که لاتینی شده کلمه یونانی hydrargyros می‌باشد، برگرفته شده که ریشه‌های یونانی این واژه مرکب به معنی آب و نقره بود. جیوه یکی از معدود عناصری است که دارای یک نماد کیمیاگری است.

پیدایــــــــش

جیوه که عنصری کمیاب در پوسته زمین است، یا در کانی‌های محلی ( کمیاب ) و یا درcinnabar , corderoite , livingstonite و دیگر مواد معدنی یافت می‌شود که cannibar ) HgS ) فراوان‌ترین سنگ معدن جیوه می‌باشد. تقریبـا" 50% جیوه مورد نیاز جهان از اسپانیا و ایتالیا و بیشتر 50% بقیه از یوگوسلاوی ، روسیه و شمال آمریکا تامین می‌شود. این فلز را با روش گرم کردن cannibar در جریان هوا و تغلیظ بخار آن استخراج می‌کنند.

خصوصیات قابل توجه

جیوه ، فلزی سنگین ، نقره‌ای رنگ ، یک ظرفیتی یا دو ظرفیتی است که هادی ضعیفی برای گرما اما هادی مناسبی برای الکتریسیته می‌باشد و تنها فلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع است ( مایعی مات و درخشان ). جیوه براحتی و تقریبا" با تمامی فلزات معمولی از جمله طلا و نقره آلیاژ می‌سازد، ( بجز آهن ) که به هر کدام از این آلیاژها ملغمه ( amalgam ) می‌گویند.

نقطه انجماد جیوه 40- درجه سلسیوس معادل 40- درجه فارنهایت می‌باشد. این تنها دمایی است که در هر دو مقیاس برابراست. همچنین این عنصر دارای انبساط حرارتی حجمی ثابتی می‌باشد، واکنش پذیری آن نسبت به
روی و کادمیم کمتراست و جایگزین هیدروژن اسیدها نمی‌شود. حالتهای عادی اکسیداسیون این عنصر عبارتند از: mercurous یا 1+ و mercuric یا 2+. نمونه‌های بسیار نادری هم از ترکیبات جیوه 3+ وجود دارد.

کاربردهــــــا

  • بیشترین کاربرد جیوه در ساخت مواد شیمیایی صنعتی و کاربردهای برقی و الکترونیکی است. علاوه بر این‌ها از جیوه در دماسنجها بخصوص برای حرارتهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • چون به‌آسانی با طلا تولید آمالگام می‌کند، برای تهیه طلا از سنگ معدن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
  • از جیوه علاوه بر دماسنجها در فشارسنجها ، پمپهای انتشار و بسیاری وسایل آزمایشگاهی دیگراستفاده می‌گردد.
  • نقطه سه گانه جیوه – 8344/38- درجه سانتیگراد – نقطه ثابتی است که بعنوان معیار در مقیاسهای بین‌المللی حرارتی ( ITS-90 ) بکار رفته است.
  • از جیوه گازی در لامپهای بخار جیوه و تابلوهای تبلیغاتی استفاده می‌شود.
  • کاربردهای متنوع جیوه : سویچهای جیوه ای ، حشره کشها ، آمالگامها/ داروهای دندان ، باتریهای جیوه‌ای برای تولید هیدروکسید سدیم و کلر ، الکترود در برخی انواع الکترولیز ، باتریها ( پیلهای جیوه‌ای ) و کاتالیزورها.

ترکیبات

مهمترین نمکهای آن عبارتند از:


  • کلرید جیوه – که بسیار خورنده ، پالایش شده و به‌شدت سمی است.
  • کلرید mercurous – کالومل بوده و هنوز هم گاهی اوقات در پزشکی کاربرد دارد.
  • فولمینات جیوه – یک چاشنی که در مواد انفجاری کاربرد وسیعی دارد.
  • سولفید جیوه که از آن در ساخت شنگرف که رنگدانه مرغوبی برای رنگسازی است، استفاده می‌شود.

ترکیبات آلی جیوه نیز مهم هستند. مطالعات آزمایشگاهی ثابت کرده است که تخلیه الکتریکی موجب می‌شود تا گازهای نجیب نئون ، آرگون ، کریپتون و زنون با بخار جیوه ترکیب گردند. محصولات تولید شده از طریق این ترکیب توســط نیــــرویهـــــای van der waals در کنار هم قرار گرفته و نتیجه آن HgNe , HgKr , HgAr و HgXe است. Methyl mercury ترکیب خطرناکی است که به مقدار فراوان در آبها و جریانات آبی بعنوان عامل آلوده کننده دیده می‌شود.

ایزوتوپهــــــــا

برای جیوه ، هفت ایزوتوپ پایدار وجود دارد که فراوان‌ترین آنها Hg-202 است ( فراوانی طبیعی 86/26% ). پایدارترین ایزوتوپهای پرتوزاد آن Hg-194 با نیم عمر 444 سال و Hg-203 با نیمه عمر 46,612 روز هستند. بیشتر مابقی ایزوتوپهای پرتوزاد آن ، نیمه عمر کمتر از یک روز دارند.

هشدارهـــــــــا

جیوه در هر دو حالت گازی و مایع به‌شدت سمی است. اگر این فلز سنگین و سمی خورده شود، منجر به ضایعات مغزی و کبدی می‌شود. به همین علت ، امروزه در دماسنجهایی که فقط به منظور اندازه گیری درجه حرارت آب و هوا ساخته شده‌اند، از الکل رنگیزه دار استفاده می‌شود؛ نقطه جوش الکل از هر دمای طبیعی در زمین بیشتر است.

هنوز هم در بسیاری از دماسنجهای پزشکی به علت دقت بالای جیوه از این عنصر استفاده می‌گردد. هنگام استفاده از این دماسنجها باید توجه زیادی نمود تا گاز گرفته نشوند. واحد تجاری برای کار با جیوه flask است که وزن آن معادل Ib76 می‌باشد.

جیوه ماده سمی بسیار خطرناکی است که به‌آسانی از طریق بافتهای پوستی ، تنفسی و گوارشی جذب می‌شود. یکی از موارد مسمومیت با جیوه به حساب می‌آید. جیوه ، سیستم عصبی مرکزی را مورد تهاجم قرار داده و تاثیرات بسیار بدی روی دهان ، لثه و دندان می‌گذارد.

تماس با مقدار زیاد جیوه و در مدت طولانی باعث آسیبهای مغزی و در نهایت منجر به مرگ خواهد شد. هوایی که در دمای اتاق با بخار جیوه اشباع شده باشد، به رغم نقطه جوش بالا بسیار سمی است ( خطر در دماهای بالاتر افزایش می‌یابد )؛ بنابراین با این عنصر باید در نهایت دقت رفتار شود. لازم است ظروف جیوه بصورت مطمئن پوشیده شوند تا از سررفتن یا تبخیرآن جلوگیری شود. حرارت دادن جیوه یا ترکیبات آن همیشه باید بوسیله هواکشهای مناسب و قوی انجام شود؛ بعضی اکسیدهای آن می‌توانند به جیوه عنصری تجزیه شوند که سریعا" تبخیر شده و ممکن است دیده نشوند.


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

قلع

 
قلع عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Sn وعدد اتمی 50 وجود دارد.این فلز ضعیف چکش خوار و نقره ای که به آسانی در آزمایش‌های مربوط به هوا اکسیده نمی شود و در برابر فرسایش مقاوم است ، در بسیاری از آلیاژها وجود داشته و بعنوان پوشش مواد دیگر جهت جلوگیری از فرسایش آنها بکار می رود.قلع را عمدتا" از ماده معدنی کاسی تریت که در آن بصورت اکسید وجود دارد ، بدست می آورند.

خصوصیات قابل توجه


قلع فلزی است چکش خوار ، قابل انعطاف، شدیدا" بلورین وسفید نقره ای که ساختار بلوری آن هنگام خم شدن قطعه ای از قلع صدای خاصی ایجاد می کند( علت آن شکست بلورها است).این فلز دربرابر فرسایش ناشی از آب تقطیر شده دریا و آب لوله کشی مقاومت می کند اما بوسیله اسیدهای قوی و موادقلیایی و نمکهای اسیدی مورد حمله قرار می گیرد. هنگامیکه اکسیژن بصورت محلول است قلع بعنوان کاتالیزور عمل کرده و واکنشهای شیمیایی را تسریع می کند.
درصورتیکه آنرا درحضور
آزمایش‌های مربوط به هوا حرارت دهند Sn2 حاصل می شود. Sn2 اسید ضعیفی بوده و با اکسیدهای بازی تولید نمکهای قلع می کند.قلع را می توان به مقدار زیادی جلا داد و بعنوان پوشش سایر مواد جهت ممانعت از فرسودگی یا واکنشهای شیمیایی دیگرمورد استفاده قرار می گیرد.این فلز مستقیما" با کلر و اکسیژن ترکیب می شود و و جایگزین هیدروژن اسیدهای رقیق می گردد.قلع در دماهای معمولی انعطاف پذیر است اما در صورتیکه گرم شود شکننده می شود.

شکلهای مختلف


در فشار طبیعی قلع جامد دارای دو شکل مختلف است . در دماهای پایین به شکل خاکستری یا قلع آلفا وجود دارد که دارای ساختار بلوری مکعبی مانند سیلیکن و ژرمانیم است. وقتی دما بالاتر از 2/13 درجه سانتیگراد باشد به رنگ سفید یا قلع بتا تبدیل می شود که فلزی بوده و دارای ساختار چهار وجهی است. درصورتیکه سرد شود به آهستگی بصورت خاکستری برمی گردد که بیماری قلع نامیده می شود.بهر حال این تغییر شکل تحت تاثیر ناخالصیهایی از قبیل آلومینیم و روی قرار می گیرد که با افزودن آنتیموان یا بیسموت می توان از آن جلوگیری کرد.

کاربردهــــــا


قلع به آسانی به آهن متصل شده وبرای پوشش سرب روی و فولاد مورد استفاده قرار می گیرد تا از پوسیدگی آنها جلوگیری شود.قوطیهای فولادی با پوشش قلع برای نگهداری غذا کاربردی وسیع دارد و این کاربرد بخش وسیعی از بازار قلع فلزی را تشکیل می دهد.


سایر کاربردها :

زیر دمای k))72/3 قلع تبدیل به یک ((ابر رسانا می شود.در واقع قلع یکی از اولین ابررساناهایی بود که مورد بررسی قرار گرفت ؛Meissner effect که یکی از ویژگیهای ابررساناها می باشد اولین بار در بلورهای قلع ابررسانا کشف شد.آلیاژ نیوبیوم – قلع (Nb3Sn) بعلت دمای بحرانی بالا(k 18) و میدان مغناطیسی بحرانی( T 25) بصورت سیمهایی برای آهنرباهای ابررسانا کاربرد تجاری پیدا کرده است .یک آهنربای ابررسانا به وزن چند کیلوگرم قادر به تولید میدانهای مغناطیسی مشابه الکترومغناطیسهای چند تنی می باشد.

تاریخچـــــــه


قلع ( انگلوساکسون tin و لاتین stannum) یکی از قدیمی ترین فلزات شناخته شده است و از دوران باستان بعنوان بخشی از برنز مورد استفاده بوده است.چون موجب سخت شدن مس می گردد از 3500 سال قبل از میلاد در وسایل برنزی بکار رفته است.

 



رونق تجارت قلع در دوران باستان بین معادن Cornwall و تمدنهای مدیترانه وجود داشته است. با این وجود شکل خالص این فلز تا تقریبا" 600 قبل از میلاد کاربرد نداشته است.

پیدایــــــــــش

مواد


 

 

تقریبا" 35 کشور در جهان به استخراج قلع مشغولند. تقریبا" هر قاره ای یک کشور مهم تولید کنن


دسته بندی : فلزات غیرآهنی

پلاتین

پلاتين

اطلاعات اولیه

پلاتین ، یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که علامت آن Pt بوده و عدد اتمی آن 78 می‌باشد. پلاتین یک فلز انتقالی خاکستری مایل به سفید که هادی جریان الکتریسیته بوده ، قابل انعطاف ، سنگین و بسیار باارزش است بوده و در مقابل خورده شدن و اکسیداسیون مقاوم بوده و در برخی از معادن مس و نیکل یافت می‌شود. از پلاتین در جواهرات , تجهیزات آزمایشگاهی ، اتصالات الکتریکی ، دندانپزشکی و دستگاه ضد آلودگی در اتومبیل استفاده می‌شود.

تاریخچه

پلاتین از واژه اسپانیولی Platina که به معنی نقره کوچک می‌باشد، گرفته شده است. سالهای زیادی است که پلاتین طبیعی و پلاتین غنی شده آلیاژی شناخته شده است. این فلز توسط سرخپوستهای کلمبیایی استفاده می‌شده است و اولین مرجع اروپایی به پلاتین در سال 1557 در نوشته‌های انسان‌شناس ایتالیایی " Julius Caesar Scaliger" دیده می‌شود که از آن ، به‌عنوان یک فلز اسرار آمیز که از معادن آمریکای مرکزی بین Darién ( پاناما ) و مکزیک استخراج شده و نیز گفته شده است: "تا کنون حتی با هنرهای اسپانیایی ها هم غیر قابل ذوب است."

مواد

اسپانیائی‌ها این فلز را وقتی اولین بار وارد اسپانیا شدند Platina نامیدند. آنها به آن ، به چشم یک ناخالصی در نقره ای که استخراج می‌کردند نگاه می‌کردند و اغلب از آن صرف نظر می‌کردند.

پلاتین توسط "Antonio De Ulloa" ستاره شناس و "Don Jorge Juan y Santacilia" کشف شد. هر دوی آنها توسط پادشاه فیلیپ پنجم برای پیوستن به یک ماموریت جغرافیائی در پرو که از 1735 تا 1745 طول کشید، دعوت شدند. در میان چیزهای دیگر در کلمبیا اولوا ، Platina del pinto را مشاهده کرد که فلزی بی‌استفاده بود که به همراه
طلا در New Granada (کلمبیا) پیدا شده بود.

privateerهای انگلیسی کشتی اولوا را در سفر بازگشت توقیف کردند. اگر چه در انگلستان با او خوش رفتاری شد و حتی در انجمن سلطنتی عضو شد، تا سال 1748 از انتشار یافته‌هایش در مورد فلز ناشناخته منع شد. قبل از آن در سال 1741 ، "Charles Wood" مسقلا این عنصر را جدا کرده بود.

پلاتین در حال حاضر با ارزشتر و گرانتر از طلا می‌باشد و از این جهت جایزه‌های پلاتینی بهتر از جایزه‌های طلایی می‌باشند. قیمت پلاتین بسته به فراوانیش تغییر می‌کند، ولی معمولا 8 برابر طلا ارزش دارد. برای مدتهای طولانی تعریف استاندارد متر بر اساس فاصله بین دو علامت بر روی شمش پلاتین-ایریدیوم بود که در سور ( Sevres )نگهداری می‌شد، تعیین شده بود. از این فلز همچنین در تعریف "Standard Hydrogen Electrode" نیز استفاده می‌شود.

پیدایش

پلاتین معمولا به حالت خالص و یا در سنگ معدن اسپریلیت ( آرسنید پلاتین PtAs2 ) که بزرگترین منبع این فلز است، یافت می‌شود. آلیاژ طبیعی پلاتین و ایریدیوم Platiniridium بوده که در Cooprite معدنی ( سولفید پلاتین، Pt S ) یافت می‌شود.

مواد

این فلز معمولا با مقدار کمی از دیگر فلزات خانواده پلاتین که در مواد آبرفتی در کلمبیا ، اونتاریو و کوه‌های اورال و در برخی از ایالتهای غربی آمریکا یافت می‌شوند، همراه است.

پلاتین از نظر اقتصادی به‌عنوان محصول جانبی فراوری سنگ معدن
نیکل تولید می‌شود. حجم عظیم سنگ معدن فرآوری شده نیکل ، نشانگر این است که پلاتین تنها 2 در میلیون از این سنگ معدن می‌باشد.

خصوصیات قابل توجه

این فلز در هنگامی که خالص باشد، بسیار زیبا و به رنگ نقره‌ای مایل به سفید بوده ، هادی جریان الکتریسیته و نرم و قابل انعطاف می‌باشد. این فلز در برابر خوردگی مقام است. ویژگیهای کاتالیزوری فلزات گروه ششم از خانواده پلاتین بسیار برجسته و مهم می‌باشد. ( توجه داشته باشید که هیدروژن و اکسیژن در مجاورت پلاتین منفجر می‌شوند). دوام بالا و خاصیت ضد تیرگی پلاتین دلیل استفاده از این فلز در ساخت جواهرات ظریف و زیبا می‌باشد.

دیگر ویژگی‌های ممتاز این فلز ، پایداری در برابر
واکنشهای شیمیایی و دماهای بالا و خاصیت پایدار الکتریکی می‌باشد. از تمامی این ویژگی‌ها در صنعت استفاده می‌شود. پلاتین در مجوارت با هوا در هیچ درجه ای اکسید نمی‌شود، اما توسط سیانیدها ، هالوژنها ، گوگرد و بازهای قوی خورده می‌شود. این فلز در اسید هیدروکلریک و اسید نیتریک حل نمی‌شود، ولی به‌راحتی در محلول تیزاب سلطانی حل می‌شود ( اسید کلروپلاتینیک را به وجود می‌آورد ). حالتهای اکسیداسیون پلاتین +2،+3 و +4 می‌باشند.

کاربردها

،از پلاتین در جواهرات ، سیم ، ساخت ظروف با تحمل حرارتی بالا برای مصارف شمیایی و کوره‌های برقی حرارت بالا استفاده می‌شود.


  • از پلاتین خوب جدا شده به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شود. برای مثال در مبدلهای کاتالیزوری خودروها و فرایندهای صنعتی مختلف مانند ساخت اسید سولفوریک استفاده می‌شود.

  • این فلز می‌تواند مقدار زیادی از گاز هیدروژن را جذب کرده ، هنگامی که حرارت داده می‌شود، آن را آزاد کند. از این جهت به‌عنوان منبع ذخیره گاز در وسایل نقلیه و در سلول سوختی مطالعه می‌شود.

  • صنایع شمیایی از مقدار قابل توجهی پلاتین یا آلیاژ پلاتین- رادیوم به‌عنوان کاتالیزور و به شکل توری ریزبافت برای کاتالیز کردن اکیسیداسیون انتخابی آمونیاک برای تهیه اکسید نیتریک که ماده خام برای کودها و مواد منفجره می‌باشد و اسید نیتریک استفاده می‌کنند.

  • پلاتین‌های کاتالیزوری در تصفیه نفت خام و بهسازی فرایند تولید بنزین اکتان بالا و همچنین ترکیبات معطر در صنعت پتروشیمی کاربرد دارند.

  • ضریب انبساط این فلز برابر با شیشه‌های Soda-Lime-Silica بوده و در ساخت الکترودهای آب‌بندی شده در سیستمهای شیشه‌ای کاربرد دارد.

  • آلیاژ پلاتین و کبالت ، خاصیت مغناطیسی عالی دارد. آلیاژی که از 76% پلاتین و 23% کبالت تشکیل شده باشد، از نظر مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد.

  • آلیاژ 10/90 پلاتین/اوسمیوم برای ساخت ضربان ساز قلب ، دریچه‌های جایگزین و سایر کاشه‌های جراحی استفاده می‌شود.

  • این فلز در پوشش کلاهکهای دماغه موشکها و نازل سوخت موتور جت و دیگر وسایلی که می‌بایست با ضریب اطمینان بالایی در حرارتهای بالا و در تناوبهای زمان طولانی کار کنند، کاربرد دارد.

  • سیمهای پلاتینی ، وقتی در معرض متیل الکل قرار می‌گیرند، با رنگ قرمز تیره می‌درخشند، درست همانند کاتالیزوری که الکل را به فرمالدئید تبدیل می‌کند. این پدیده به‌صورت تجاری در ساخت فندک سیگار و دست‌گرم‌کنها استفاده می‌شود.

  • Cis-platin با فرمول PtCl2(NH3)2 ، دارویی است که در درمان انواع خاصی از سرطان‌ها که شامل سرطان خون (Lukemia) و سرطان بیضه می‌شود، کاربرد دارد.

دسته بندی : فلزات غیرآهنی