آلیاژها: دنیای شگفتانگیز محلولهای جامد
آلیاژ چیست و چرا آن را میسازیم؟
به زبان بسیار ساده، آلیاژ مخلوطی همگن و یکنواخت از یک فلز اصلی (که به آن فلز پایه میگویند) با یک یا چند عنصر دیگر است . این عنصر اضافی میتواند یک فلز دیگر یا حتی یک نافلز مانند کربن باشد. مثلاً فولاد، آلیاژ آهن با کربن است . اما چرا فلزات خالص را به تنهایی استفاده نمیکنیم و سراغ ساخت آلیاژ میرویم؟ زیرا فلزات خالص اغلب خواص ایدهآلی برای کاربردهای مختلف ندارند.
برای درک بهتر، طلای خالص را در نظر بگیرید. اگر انگشتری از طلای ۲۴ عیار (خیلی خالص) داشته باشید، به راحتی خراش برمیدارد و تغییر شکل میدهد، چون نرم است. به همین دلیل، برای ساخت زیورآلات، طلا را با فلزاتی مانند مس یا نقره آلیاژ میکنند. این کار استحکام و دوام آن را بالا میبرد. به این ترتیب، طلای ۱۸ عیار، از ۱۸ قسمت طلا و ۶ قسمت فلز دیگر (مثل مس) تشکیل شده است .
انواع اصلی آلیاژها و طبقهبندی آنها
آلیاژها را میتوان به روشهای مختلفی دستهبندی کرد. سادهترین روش، طبقهبندی بر اساس فلز پایه است. همچنین، بر اساس اینکه اتمهای عناصر تشکیلدهنده چگونه در کنار هم قرار میگیرند، به انواع مختلفی تقسیم میشوند.
| دستهبندی بر پایه فلز اصلی | توضیح | مثالهای آشنا |
|---|---|---|
| آلیاژهای آهنی | فلز پایه در این آلیاژها آهن است. مهمترین و پرکاربردترین آلیاژهای جهان در این دسته قرار دارند . |
• فولاد: آهن + کمتر از ۲٪ کربن . • چدن: آهن + ۲ تا ۶٪ کربن . |
| آلیاژهای غیرآهنی | فلز پایه، فلزی غیر از آهن است. مانند مس، آلومینیوم، روی یا طلا . |
• برنج: مس + روی . • برنز: مس + قلع . • طلای ۱۸ عیار: طلا + مس یا نقره . |
از نگاه میکروسکوپی، وقتی دو فلز را ذوب و ترکیب میکنیم، اتمهای آنها پس از سرد شدن میتوانند به دو روش اصلی در شبکه کریستالی[2] یکدیگر قرار گیرند و یک محلول جامد[3] واقعی تشکیل دهند :
- محلول جامد جانشینی: در این روش، اتمهای عنصر حلشونده، جای برخی از اتمهای فلز پایه (حلال) را در شبکه کریستالی میگیرند. مانند جایگزینی برخی اتمهای مس با اتمهای روی در آلیاژ برنج .
- محلول جامد بین نشینی: در این روش، اتمهای عنصر حلشونده (که معمولاً کوچکاند، مانند کربن) در فضاهای خالی بین اتمهای فلز پایه قرار میگیرند. مانند قرارگیری اتمهای کربن در میان اتمهای آهن در فولاد .
از مفرغ تا فولاد: آلیاژها در زندگی روزمره ما
آلیاژها آنقدر در زندگی ما تنیده شدهاند که شاید متوجه حضور همهجانبه آنها نباشیم. بیایید نگاهی به چند نمونه بیندازیم:
وسایل آشپزخانه: قابلمه و تابههای «فولاد ضدزنگ» شما یک آلیاژ پیچیده هستند. این آلیاژ اساساً از آهن، کروم (برای مقاومت در برابر زنگزدگی) و نیکل ساخته میشود . همین ترکیب است که باعث میشود این وسایل در برابر رطوبت و حرارت مقاوم باشند.
سکهها: سکههای امروزی معمولاً از آلیاژهایی مثل «برنز آلومینیوم» (مس و آلومینیوم) یا «میلپک» (فولاد با روکش نیکل) ساخته میشوند. این آلیاژها باعث میشوند سکهها بادوام، محکم و در عین حال اقتصادی باشند.
بدنه خودروها و دوچرخهها: بسیاری از قطعات بدنه از فولاد یا آلیاژهای سبکوزن آلومینیوم ساخته میشوند. آلیاژهای آلومینیوم استحکام خوبی دارند و در عین حال وزن کلی وسیله را کاهش میدهند.
پرکننده دندان (آمالگام دندانی): نمونه جالبی از یک آلیاژ است که در آن فلز پایه، جیوه (مایع) است! این جیوه با پودری از آلیاژ نقره، قلع و مس مخلوط میشود تا خمیری شود که در حفره دندان قرار گرفته و سفت میشود . البته امروزه به دلایل سلامتی کمتر استفاده میشود.
یکی از کهنترین آلیاژهای شناخته شده، مفرغ (یا برنز) است که از ترکیب مس و قلع به دست میآید. انسانهای عصر باستان کشف کردند که این آلیاژ از هر دو فلز تشکیلدهندهاش سختتر و محکمتر است و از آن برای ساخت ابزار، سلاح و زیورآلات استفاده کردند .
پرسشهای متداول درباره آلیاژها
پاورقی
[1]همجوشه: معادل فارسی واژه «آلیاژ» (Alloy).
[2]شبکه کریستالی (Crystal Lattice): الگوی منظم و تکرارشوندهای که اتمهای یک ماده جامد در فضای سهبعدی تشکیل میدهند.
[3]محلول جامد (Solid Solution): جامدی همگن که در آن اتمهای دو یا چند عنصر، در یک شبکه کریستالی واحد با هم مخلوط شدهاند .
