فلز برنز؛ خواص، کاربرد، ترکیب آلیاژی، روش تولید
برنز یک فلز بسیار محبوب است اما اکثر مردم اعتراف می کنند که اطلاعات کمی در مورد آن دارند. تنها چیزی که می دانیم این است که برای مدت طولانی از این فلز برای ساختن سکه ها و مجسمه ها استفاده می شده است. نام دیگر این آلیاژ در ایران مفرغ است. کسانی که درک عمیق تری از تاریخ دارند می دانند که از فلز برنز برای ساخت زره و سلاح نیز استفاده می شده است. به اندازه کافی درست است، آلیاژ برنز چیزهای بیشتری نسبت به آنچه که اکثر ما تاکنون آموخته ایم وجود دارد.
برنز آلیاژی از کدام فلزات است؟
برنز آلیاژی از مس و روی است. معمولاً بین 8 تا 10 درصد روی و 88 تا 90 درصد مس است. مس بیشتر آلیاژ را تشکیل می دهد زیرا رنگ منحصر به فرد خود را به فلز می دهد که بسته به میزان روی در مخلوط می تواند از زرد مایل به قرمز تا قهوه ای مایل به زرد متغیر باشد. علاوه بر این، مس به برنز استحکام می بخشد و آن را در برابر خوردگی و سایش بسیار مقاوم می کند. ترکیب دقیق برنز به کاربرد مورد نظر آن بستگی دارد. آلیاژهای مختلف برای اهداف مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، برنج – که خواص زیادی با برنز دارد – معمولاً از مس و روی تشکیل شده است، در حالی که ریخته گری برنز ممکن است حاوی قلع یا سرب و مس باشد.
خواص و ویژگی آلیاژ برنز که آن را از سایر فلزات متمایز می کند
ممکن است تعجب کنید که چرا از بین تمام فلزات موجود، برنز که واقعاً جذاب‌ترین نیست، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. خوب، یک سری دلایل وجود دارد. اول، بیش از 5000 هزار سال است که وجود داشته است و به طور گسترده برای طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شود. در واقع، به دلیل تولید و تجارت بیکران برنز در چند صد سال اول پس از کشف آن، یک دوره کامل در تاریخ به نام آن نامگذاری شد.
اما این واقعاً به این سؤال پاسخ نمی دهد. راز واقعی برجستگی برنز به عنوان یک ماده در ساختار مولکولی آن نهفته است. آلیاژی از مس و قلع، برنز دارای مجموعه ای شگفت انگیز از خواص است که مسئول کاربردهای فراوان آن است. در اینجا برخی از آن خواص برنز که آن را متمایز از سایر آلیاژها کرده‌است، آورده شده است:
شکل پذیری آلیاژ برنز
درجات مختلفی از میله های برنز را می توان با ترکیب مقادیر مختلف مس و قلع و با افزودن مقدار کمی از فلزات دیگر تولید کرد. هر درجه دارای تفاوت جزئی در خواص است. اما یک چیز در بین همه انواع برنز رایج است – همه آنها انعطاف پذیر هستند. به این معنی که آنها را می توان بدون شکستن به سیم های کوچک کشید.
خواص ضد جرقه و ضد مغناطیس
اکثر فلزات بر اثر اصطکاک به سرعت گرم می شوند یا حتی در هنگام سر خوردن یا مالش دادن به فلز دیگر جرقه تولید می کنند. برنز اما اینطور نیست. اصطکاک کم فلز برنز آن را به ماده ای عالی برای قطعات ماشین تبدیل می کند.
زنگ‌زدگی و اکسیداسیون
اکسیداسیون غیر فعال هنگامی که در معرض اکسیژن یا هوا قرار می گیرند، بیشتر فلزات، به ویژه آنهایی که حاوی آهن هستند، شروع به خوردگی می کنند. با این حال، فلزات مبتنی بر مس مانند برنز، واکنش متفاوتی دارند. آنها لایه ای از اکسید مس را به نام پتینه تشکیل می دهند. بعداً این لایه کربنات می شود و به عنوان محافظ در برابر سایش عمل می کند و همچنین خیره کننده به نظر می رسد.
ماشین کاری فلز برنز
فلزات متراکم و سخت به کار می روند. حتی با دستکاری مناسب، ماشینکاری بیشتر فلزات آسان نخواهد بود. از سوی دیگر، برنز توانایی منحصر به فردی در شکل دادن به چرخ دنده ها، چرخ دنده ها و سایر قطعات دقیق دارد.
کاربرد و موارد استفاده فلز برنز
حتی اگر مقدار زیادی برنز در اطراف خود نمی بینید، این فلز در واقع از آنچه فکر می کنید رایج تر است. آنها همه جا هستند و شما متوجه آنها نمی شوید زیرا نمی دانید برنز هستند. بنابراین در اینجا چند نمونه از اقلام متداول ساخته شده از برنز است که احتمالاً هر روز با آنها روبرو می شوید.
فنر. اینها وسایلی هستند که قادر به ذخیره انرژی مکانیکی هستند. ما آنها را در تشک، درهای گاراژ و درهای امنیتی خود داریم. وسایل نقلیه ما نیز دارای فنر در داخل خود هستند. برخی از کاربردها به فنرهایی نیاز دارند که از برنز ساخته شده باشند، به ویژه برنز فسفر. اینها شامل ساخت پمپ های سوخت دریایی، سکوهای نفتی، شیرهای خط لوله نفت و کمک فنرها و تثبیت کننده های خودرو است.
معماری دریایی. اخیراً برخی از انواع برنز نه تنها در برابر خوردگی آب بلکه در برابر خوردگی آب شور نیز مقاوم هستند. این واقعیت شناخته شده است که آب شور حدود ده برابر بیشتر از آب شیرین خورنده است. کشتی‌های آبی مدرن اکنون دارای آلیاژهای مس هستند تا از این ویژگی متمایز بهره ببرند.
زهی آلات موسیقی. درست است، سیم‌های گیتار شما از برنز ساخته شده‌اند، به لطف همان خاصیت که آن را برای زنگ‌ها مناسب می‌کند و همچنین به دلیل انعطاف‌پذیری آن. به غیر از برنز، فلزات زیادی را نمی توان در رشته های نازکی مانند آن کشید. می تواند چگالی و استحکام خود را حتی با چرخاندن میخ های چرخان حفظ کند.
لوله کشی و ابزار نجاری. هنگام انجام کارهای تعمیر کمی در اطراف خانه، به ابزارهایی مانند چکش، چکش و آچار نیاز دارید. هنگام استفاده از این ابزار در نزدیکی گازها و بخارات قابل اشتعال مراقب باشید. به خصوص اگر از فولاد ساخته شده باشند، می توانند جرقه هایی ایجاد کنند که می تواند گاز را مشتعل کرده و باعث انفجار شود. خوشبختانه، با ابزارهای برنزی، می توانید از چنین حوادثی جلوگیری کنید، زیرا برنز، همانطور که قبلاً بحث شد، جرقه ایجاد نمی کند.
آلیاژ برنز چیست؟
رایج ترین نوع برنزی که امروزه استفاده می شود، برنز فسفر یا برنز قلع نامیده می شود که شامل 1% تا 11% قلع همراه با سایر اجزای ذکر شده در بالا می باشد. قلع آلیاژ را بسیار قوی تر از مس خالص می کند و همچنین به دلیل نقطه ذوب بالا (1250 درجه سانتی گراد) مقاومت آن را در برابر سایش و پارگی در طول زمان بهبود می بخشد. این نوع برنز اغلب برای اقلامی مانند سکه ها، جواهرات، مجسمه ها، آلات موسیقی، فنرها، بلبرینگ ها، دریچه ها و اتصال دهنده ها استفاده می شود.
فرآیند ایجاد برنز شامل مخلوط کردن مس مذاب با روی مذاب در یک کوره است. به محض تماس این دو فلز با یکدیگر، آلیاژی را تشکیل می دهند که با سرد شدن سخت می شود. بسته به خواص مورد نیاز مورد نیاز برای یک کاربرد خاص (به عنوان مثال، سختی یا شکل پذیری)، فلزات دیگری مانند آلومینیوم یا سیلیکون ممکن است در طول این فرآیند به منظور دستیابی به نتیجه مطلوب اضافه شوند.
روش ساخت و طرز تولید فلز برنز
پس از انتخاب مواد مناسب، ساختن برنز بسیار ساده است. سنگ مس ابتدا باید از زمین استخراج شود تا در کوره تصفیه شود تا ناخالصی هایی مانند گوگرد و آرسنیک از بین برود. پس از خالص سازی، سنگ مس را می توان به شکل مایع ذوب کرد. سپس فلزات دیگر مانند قلع یا روی را می توان برای دستیابی به ترکیب مورد نظر قبل از ریختن فلز مذاب در قالب ها برای ریخته گری به شکل نهایی خود اضافه کرد. این فرآیند بسته به اندازه و مقیاس تولید مورد نیاز می تواند به صورت دستی یا مکانیکی انجام شود.
انواع آلیاژهای برنز
بسیاری از انواع مختلف آلیاژهای برنز موجود امروزه برای کاربردهای مختلف مناسب هستند. برخی از رایج ترین انواع عبارتند از:
فسفر برنز
حاوی فسفر است که به آن رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به سایر آلیاژهای برنز می دهد. معمولاً در اتصالات الکتریکی و فنرها استفاده می شود.
برنز منگنز – حاوی منگنز است که آن را سخت‌تر از سایر برنزها می‌کند، اما همچنین شکننده‌تر است. معمولاً برای ماشین آلات سنگین مانند چرخ دنده ها و یاتاقان ها استفاده می شود.
سیلیکون برنز
حاوی سیلیکون است که استحکام و مقاومت آن را در برابر خوردگی ناشی از آب نمک یا محیط های اسیدی افزایش می دهد. معمولا در کاربردهای دریایی مانند بدنه قایق و پروانه استفاده می شود.
آلومینیوم برنز
حاوی آلومینیوم است که استحکام آن را بیشتر می کند و در عین حال سبک تر از سایر برنزها می شود. معمولاً برای شیرها یا قطعاتی که به دلیل مقاومت بالای سایش در معرض دما یا تنش بالا قرار می گیرند استفاده می شود.
قیمت برنز
وقتی صحبت درباره قیمت برنز می گردد لازم است یادآور شویم که قیمت و نرخ روز انواع آلیاژ برنزی متفاوت است. همچنین این آلیاژها در ابعاد، اندازه و شکل های خاصی تولید و قیمت گذاری می گردند. در ادامه قیمت هر کیلوگرم از انواع برنز آلاژی را بررسی می کنیم:
قیمت فسفر برنز
فسفر برنز به نوعی معروفترین آلیاژ این فلز است. این آلیاژ به صورت میلگرد، ورق، بوش گرافیتی، سیم مفتول، چهارپهلو و لوله ساخته و در بازار خرید و فروش می گردد. برای دیدن نرخ روز این محصولات می توانید به لینکهای زیر رجوع نمایید:
نتیجه
برنز آلیاژی از مس و قلع است که بشر از دوران باستان برای اهداف مختلف از ساخت مجسمه‌ها و جواهرات زیبا گرفته تا ساخت ابزار و قطعات بادوام برای کشتی‌ها استفاده می‌کرده است. خواص منحصر به فرد آن، آن را هم برای کاربردهای تزئینی و هم برای مواردی که دوام یا مقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز است، ایده آل می کند. درک ترکیب آلیاژ برنز می تواند به خریدار اقلام ساخته شده از این آلیاژ کمک کند تا در مورد خرید خود تصمیم بگیرند!
