انواع فلزات + کاربرد و وِیژگی 16 فلز

انواع فلزات و کاربرد آنها؛ اهمیت فلزات با پیشرفت در فرآیندهای تولید، منجر به انقلاب صنعتی بوده است. این انقلاب به رشد فزاینده تمدن بشری کمک کرده و ما را به جایگاه امروزی رسانده است. امروزه انواع مختلفی از فلزات را در محیط اطراف خود می یابیم. از نوک قلم شما گرفته تا پل های فولادی بزرگ، همه چیز بزرگ یا کوچک از فلزات تشکیل شده است. در کمال تعجب ما امروزه بیش از هشتاد نوع فلز مختلف در جهان یافت می شود.

تعریف فلزات؛ فلز چیست؟

فلزات به مواد معدنی یا موادی گفته می شود که به طور طبیعی در زیر سطح زمین یافت می شوند. اکثر فلزات براق یا درخشان هستند. فلزات مواد معدنی هستند، که به این معنی است که آنها محصول موادی هستند که هرگز وجود نداشته اند. فلز فوق العاده محکم است و به همین دلیل برای شکل دادن چندین چیز به کار می رود. اینها برای ساخت وسایل نقلیه، وسایل کامپیوتری استفاده می شوند. ماهواره ها، ظروف آماده سازی، و غیره. اکثر فلزات شکننده هستند، اما برخی از آنها اینطور نیستند. سدیم و پتاسیم آن دسته از فلزاتی هستند که ممکن است با چاقو بریده شوند در حالی که جیوه می تواند در دما اتاق یک فلز مایع باشد. از طرف دیگر فلزاتی مانند آهن، مس، فولاد و غیره در حالت جامد یافت می شوند.

طبقه بندی فلزات

الف) طبقه بندی بر اساس محتوای آهن

رایج ترین روش طبقه بندی فلزات بر اساس میزان آهن آنها است. فلز حاوی آهن را فلز آهنی می نامند. آهن مسئول خواص مغناطیسی فلز است و همچنین آنها را در برابر خوردگی مستعد می کند. فلزات فاقد آهن را فلزات غیر آهنی می نامند. این فلزات هیچ خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهند. به عنوان مثال آلومینیوم، سرب، برنج، مس و روی.

ب) طبقه بندی بر اساس ساختار اتمی

فلزات را نیز می توان بسته به ساختار اتمی آنها بر اساس جدول تناوبی طبقه بندی کرد. با توجه به جدول تناوبی، یک فلز ممکن است به عنوان قلیایی، قلیایی خاکی یا فلز واسطه طبقه بندی شود. فلزاتی که در یک گروه قرار می گیرند در واکنش با عناصر دیگر یکسان رفتار می کنند. از این رو این فلزات خواص شیمیایی مشابهی از خود نشان می دهند.

ج) طبقه بندی بر اساس فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی

روش دیگر برای تشخیص فلزات، مطالعه رفتار یا تعامل آنها با آهنرباها است. تجزیه و تحلیل رفتار آنها نسبت به آهنرباها به طبقه بندی آنها به عنوان مغناطیسی یا غیر مغناطیسی کمک می کند.

فلزات فرومغناطیسی به شدت به سمت آهنربا جذب می شوند. فلزات پارامغناطیس فعل و انفعالات ضعیفی را نشان می دهند. از طرف دیگر، فلزات دیامغناطیس، دافعه ضعیفی نسبت به آهنربا نشان می دهند.

فلزات بر اساس محتوای آهن به دو نوع اصلی وجود دارند: فلزات آهنی آنهایی هستند که حاوی آهن هستند و فلزات غیرآهنی که فاقد آهن هستند.

الف) انواع فلزات آهنی

خود کلمه آهن از لاتین می آید که در آن کلمه ferrum است و به معنای ترکیب آهن حاوی فلز است. فلزاتی که مقادیر قابل توجهی آهن در ترکیب خود دارند جزو فلزات آهنی طبقه بندی نمی شوند. آهن موجود در فلزات آهنی تمایل به القای برخی خواص در آنها دارد که از جمله آنها می‌توان به مغناطیسی، استحکام و سختی بالا اشاره کرد. با این حال، با توجه به طیف وسیعی از قطعات آلیاژی که از آن ساخته شده‌اند، ویژگی‌های آن‌ها تا حد زیادی با هم اختلاف دارند. فلزات عنصر فلزی پس از قرار گرفتن در شرایط مرطوب در معرض زنگ زدگی هستند زیرا به محتوای کربن بالایی نیاز دارند.

برخی از فلزات رایج آهنی شامل فولاد، آهن آهنگری و آهن هستند. این فلزات به دلیل استقامت و استحکام آنها ارزشمند هستند. فولاد – که علاوه بر آن فولاد ساختاری نامیده می شود، می تواند یکی از اجزای اصلی صنعت باشد و در بلندترین آسمان خراش ها و طولانی ترین پل ها استفاده می شود. فلزات آهنی همچنین در کانتینرهای حمل و نقل، لوله کشی صنعتی، وسایل نقلیه، خطوط راه آهن و بسیاری از ابزارهای تجاری و خانگی استفاده می شود. فلزات آهنی دارای محتوای کربن بالایی هستند که معمولاً آنها را در معرض خطر زنگ زدگی قرار می دهد. 2 استثنا در قاعده فعلی وجود دارد: آهن به دلیل خلوص در برابر زنگ زدگی مقاوم است و فولاد ضد زنگ با وجود آنکه فلز آهنی است در برابر زنگ زدگی محافظت می شود.

بیشتر فلزاتی که در طبیعت آهنی هستند بسیار مغناطیسی هستند بنابراین آنها را به مواد بسیار مفیدی برای ساخت موتورها و کاربردهای الکتریکی و غیره تبدیل می کند. استفاده از فلزات آهنی در درب یخچال به شما این امکان را می دهد که لیست جستجوی خود را با آهنربا به آن پین کنید.

1. فولاد(انواع فلزات آهنی)

فولاد با افزودن آهن به کربن ایجاد می شود که آهن را سخت می کند. با معرفی قطعات مختلف مانند فلزات آهنی و نیکل، فولاد حتی بادوام تر می شود. فولاد با حرارت دادن و ذوب سنگ معدن در کوره ها ایجاد می شود. فولاد از کوره ها جدا می شود و برای ایجاد میلگرد فولادی در قالب ها ریخته می شود. انواع فولاد به طور گسترده ای در صنایع توسعه و تولید استفاده می شود.

الف) استنلس استیل

فولاد ضد زنگ استیل از محتوای کروم بالا تشکیل شده است. این باعث می شود که 200 برابر بیشتر از فولاد کم کربن در برابر خوردگی مقاوم باشد. به وفور برای ساخت ظروف آشپزخانه، لوله کشی، تجهیزات جراحی و دندانپزشکی استفاده می شود.

ب) فولاد ابزار

فولاد ابزار، نوع خاصی از فولاد است که برای آهنگری، ابزارهای برش و حفاری استفاده می شود. مهمترین ویژگی سختی بالای آنها است که آنها را به گزینه ای ایده آل برای ساخت ابزار تبدیل می کند. فولاد ابزار از مولیبدن، وانادیوم، کبالت و تنگستن به عنوان مواد اصلی تشکیل شده است.

2. فولاد کربنی: (انواع فلزات آهنی)

فولاد کربنی دارای محتوای کربن بالاتری در مقایسه با انواع مختلف فولاد است که در نهایت آن را بسیار سخت می کند. معمولاً در تولید ماشین ابزار، مته، تیغه، شیرآلات استفاده می شود. این قابلیت برش لبه بسیار تیز را دارد.

الف) فولاد کم کربن

درصد کربن در فولاد کم کربن تا 0.25 درصد است. فولاد کم کربن نیز فولاد ملایم نامیده می شود. این نوع فولادی بیشتر برای لوله کشی در کاربردهای فشار متوسط استفاده می شود. میلگردهای آرماتوربندی تقویت کننده و تیرآهن I در ساختمان معمولاً فقط از فولاد نرم ساخته می شوند. کاربردهایی که شامل مقدار زیادی فولاد بدون شکل‌دهی یا خمش زیاد است، از فولاد ملایم استفاده می‌کنند. به عنوان مثال – بدنه کشتی.

ب) فولاد کربن متوسط

درصد کربن 0.25…0.6٪ است. فولاد کربن متوسط در مکان هایی استفاده می شود که به استحکام کششی و شکل پذیری بالا نیاز دارند. معمولاً در چرخ دنده‌ها و شفت‌ها، چرخ‌ها و ریل‌های راه‌آهن، تیرهای فولادی در ساختمان‌ها و پل‌ها، مخازن تحت فشار (گازهای سرد نباید ذخیره شوند زیرا در دماهای پایین ترک می‌خورند).

ج) فولاد با کربن بالا

اگر 0.6 درصد کربن وجود داشته باشد به آن فولاد پرکربن گفته می شود. این فولاد از همه سخت تر و شکننده تر است. در ساخت اسکنه و ابزار برش استفاده می شود. این دارای سختی کافی و مقاومت خوبی در برابر سایش مواد است. از دیگر کاربردهای آن می توان به استفاده در پرس ها و ساخت مته ها اشاره کرد.

3. فولاد آلیاژی

فولادهای آلیاژی از قطعاتی مانند عنصر فلزی نیکل و Ti استفاده می کنند تا استحکام بیشتری ایجاد کنند و وزن را افزایش ندهند. فولاد ضد زنگ فولاد بسیار مهمی است که با کمک کروم ایجاد شده است. فولادهای آلیاژی در ساخت و ساز، ماشین ابزار و عناصر الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند.

4. چدن

چدن آلیاژی است که از آهن، کربن و غیره ساخته شده است. آهن آهنگری شکننده و ضربه گیر است و در برابر سایش مصون است. این در لوله های آب و فاضلاب، ماشین ابزار، موتورهای خودرو و اجاق گاز استفاده می شود.

5. آهن فرفورژه

آهن فرفورژه آلیاژی همراه با محتوای کربن بسیار کم است که می توان گفت تقریباً آهن خالص است. در طول روش تولید، مقداری سرباره اضافه می‌شود که مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر خوردگی و واکنش آهن ایجاد می‌کند، اما از نظر سختی و استحکام خستگی کم است. از آهن برای نرده، ادوات کشاورزی، میخ، سیم، زنجیر و زیور آلات متعدد استفاده می شود.

ب) فلزات غیرآهنی

فلزات غیرآهنی حاوی مقدار زیادی آهن نیستند و بسیار جذاب تر هستند زیرا به خواص نیمه رسانا، غیر مغناطیسی و وزن کم نیاز دارند. تقاضای روزافزون برای فلزات غیرآهنی به این معنی است که آنها معمولاً از فلزات عنصر فلزی (فلزات آهنی) عزیزتر هستند. فلزات غیرآهنی را نیز ممکن است از طریق پلاستیسیته متمایز کنند. این بدان معناست که آنها تغییر شکل داده و مورد استفاده مجدد قرار خواهند گرفت، به طور معمول در حالی که خواص ارزشمند خود را از دست نمی دهند. این آنها را برای صنایع مختلف اقتصادی ایده آل می کند.

برخی از رایج ترین نمونه های فلزات غیر آهنی عبارتند از روی، قلع، سرب و مس و حتی فلزات بسیار با ارزش مانند طلا و نقره. مزیت اصلی آنها نسبت به مواد فلزی، انعطاف پذیری آنهاست. آنها حتی فاقد محتوای آهن هستند، به آنها مقاومت بهتری در برابر زنگ زدگی و خوردگی می دهد و در نهایت آنها را برای ناودان، لوله های مایع، سقف و تابلوهای بیرون از درب ایده آل می کند. در نهایت، آنها غیر مغناطیسی هستند، که برای چندین برنامه الکترونیکی و سیم کشی بسیار مهم است.

1. آلومینیوم

آلومینیوم سبک وزن، نرم و کم استحکام است. فلز به خوبی جامد، آهنگری، ماشینکاری و جوش داده شده است. برای محیط های با دمای بالا مناسب نیست. از آنجایی که فلز سبک وزن است، جایگزین مناسبی برای تولید قوطی های صنایع دستی و مواد غذایی است. فلز آلومینیوم علاوه بر این در ریخته گری، پیستون، راه آهن، اتومبیل و ظروف اتاق استفاده می شود.

2. مس(از پر کاربردترین انواع فلزات غیرآهنی)

مس قرمز رنگ، بسیار انعطاف پذیر، چکش خوار و دارای ویژگی های فیزیکی بالایی برای هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی است. مس کاربرد اصلی خود را در تجارت برق در انواع سیم و هادی های مختلف دارد. حتی در موارد کارتریج، سقف ورق، یاتاقان ها و وضعیت ها نیز کاربرد دارد. مس علاوه بر این عادت به ایجاد برنج، آلیاژ روی و مس دارد.

3. سرب

سرب می تواند فلزی نرم، سنگین و چکش خوار با نقطه ذوب نسبتاً پایین تر و دوام کم باشد. با خوردگی ناشی از اسیدهای مرطوب و فراوان مواجه خواهد شد. سرب به طور گسترده در کابل های برق، باتری ها، ساخت و ساز ساختمان و بست استفاده می شود.

4. روی

روی می تواند فلزی با مقاومت متوسط تا کم با دمای ذوب بسیار پایین باشد. به سادگی ماشینکاری می شود، اما گاهی اوقات حرارت دادن نیز برای جلوگیری از شکافتن کریستال ها انجام می شود. روی عموماً در مصارف الکتریکی مانند گالوانیزه کردن، روشی برای اعمال پوشش محافظ روی روی آهن یا فولاد برای جلوگیری از زنگ زدگی استفاده می شود.

5. قلع

قلع فوق العاده نرم و چکش خوار، انعطاف پذیر با دوام کم است. معمولاً برای جلوگیری از خوردگی به پوشش فولادی عادت دارد. از فولاد قلع برای تشکیل قوطی های حلبی برای حمل غذا استفاده می شود. در اواخر قرن نوزدهم، فویل قلع معمولاً به کالاهای بسته بندی مواد غذایی عادت داشت، اما از آن زمان تا کنون بیشتر با فویل آلومینیومی جایگزین شده است. قلع همچنین ممکن است با مس آلیاژ شود تا برنج قلع و برنز تهیه شود.

6. برنج

برنج اساساً آلیاژی است که از مس و روی ساخته شده است. مقدار هر یک از فلزات ممکن است بر اساس ویژگی های الکتریکی و مکانیکی فلز مورد نظر متفاوت باشد. برنج همچنین از مقادیر کمی از عناصر فلزی دیگر مانند آلومینیوم، سرب و منگنز تشکیل شده است. فلز برنج معمولاً برای مصارف با اصطکاک کم مانند قفل، بلبرینگ، لوله کشی، ابزار و اتصالات استفاده می شود. این یک فلز حیاتی در کاربردهای ذاتا ایمن برای جلوگیری از جرقه و اجازه استفاده در محیط های قابل اشتعال است.

7. برنز

برنز یکی دیگر از آلیاژهای محبوب مس است. تنها تفاوت این است که برنز حاوی قلع است نه روی. هنگامی که عناصر دیگری مانند فسفر، منگنز، سیلیکون و آلومینیوم به برنز اضافه می شود، ممکن است ویژگی ها و مناسب بودن آن را برای یک کاربرد خاص بهبود بخشد. برنز دارای ویژگی های زیر است – شکننده، سخت و ماهرانه در برابر خستگی مقاومت می کند. همچنین هدایت الکتریکی و حرارتی کافی و مقاومت در برابر خوردگی را نشان می دهد. برنز بیشتر در ساخت آینه ها، بازتابنده ها، اتصالات الکتریکی و غیره استفاده می شود. به دلیل مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی، در قطعات زیر آب و اتصالات کشتی استفاده می شود.

8. تیتانیوم

تیتانیوم یک فلز مهندسی اصلی است زیرا قوی و در عین حال سبک وزن است. همچنین پایداری حرارتی لازم را حتی در دماهای بالا تا 480 درجه سانتیگراد دارد. با توجه به چنین ویژگی های مهمی در صنعت هوافضا کاربرد پیدا می کند، ساخت تجهیزات نظامی یکی از کاربردهای پزشکی است (به دلیل مقاومت در برابر خوردگی کم). تیتانیوم همچنین کاربردهای گسترده ای در صنایع شیمیایی و کالاهای ورزشی پیدا می کند.

9. کبالت

کبالت کاربردهای خود را در ساخت رنگدانه آبی در رنگها و رنگها از دوران باستان می یابد. در دوران مدرن، این فلز عمدتاً در ساخت آلیاژهای فولادی مقاوم در برابر سایش و استحکام بالا استفاده می شود. کبالت عموماً محصول فرعی استخراج مس و نیکل است و استخراج خود به ندرت انجام می شود.

10. نیکل

نیکل یکی از متداول ترین فلزاتی است که در مکان های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. نیکل بیشتر برای ساخت فولادهای ضد زنگ به منظور افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی فلز استفاده می شود. تقریباً 70 درصد از نیکل تولید شده در جهان کاربرد خود را برای ساخت فولاد ضد زنگ پیدا می کند.

11. تنگستن: (مستحکم ترین انواع فلزات)

فلز تنگستن به دلیل بالاترین نقطه ذوب و بالاترین استحکام کششی در بین تمام فلزات خالص شناخته شده است. این دو ویژگی تنگستن را به فلزی بسیار مفید تبدیل می کند.

حدود 50٪ از کل تنگستن تولید شده برای ساخت کاربید تنگستن استفاده می شود. این ماده بسیار سختی است که برای ساخت ابزارهای برش (برای معدن و فلزکاری)، ساینده ها و تجهیزات سنگین استفاده می شود.

نتیجه گیری انواع فلزات

همه انواع فلزات دارای خواص منحصر به فردی هستند و بسته به نقطه ذوب، چگالی و چکش خواری آنها، برخی از آنها برای اهداف خاصی بهتر از سایرین مناسب هستند. فلزات اصولا در انواع آهنی و غیر آهنی شناخته می‌شوند که در بالا 16 مورد از آنها به همراه کاربردشان را معرفی کردیم.