سایر فلزات و آلیاژها (Other metals and alloys) به همراه خواص و کاربردهای مهم هر کدام در این مطلب مورد بررسی قرار گرفته است .
منگنز و آلیاژهای پایه منگنز (Manganese and Manganese-Based Alloys)
انواع و ترکیب شیمیایی
- فرومنگنز (Ferromanganese (Fe-Mn-C)) ؛ بیشتر از ۷۶ درصد منگنز و مقادیر مختلفی از کربن (پرکربن : ۷.۵ درصد کربن ، کربن متوسط : ۱ تا ۱.۵ درصد کربن ، کم کربن : کمتر از ۱ درصد وزنی کربن ) .
- سیلیکومنگنز (Silicomanganese (Si-Mn-C)) ؛ ۶۵ تا ۸۵ درصد منگنز ، ۱۴ تا ۱۶ درصد سیلیسیم ، ۲ درصد وزنی کربن .
خواص
- منگنز قابلیت گوگردزدایی و اکسیژن زدایی بالایی دارد .
- منگنز تثبیت کننده آستنیت است و نسبت به نیکل ارزان تر است .
- منگنز نرخ سختی پذیری را در آلیاژهای آهنی افزایش میدهد .
کاربردهای متالورژیکی
- صنعت فولاد حدود ۹۰ درصد از تقاضای جهانی منگنز را به خود اختصاص داده است . در بین فولادها فولادهای کربنی بیشترین مصرف منگنز را به خود اختصاص داده اند .
- بعنوان عنصر آلیاژی در سایر آلیاژها استفاده میشود و استحکام ، چقرمگی و سختی آنها را بهبود میبخشد .
- در فولادهای زنگ نزن غنی از منگنز ، بجای نیکل از منگنز استفاده میشود و به آنها فولادهای زنگ نزن ارزان تر اطلاق میشود .
- در آلومینیوم و آلیاژهای پایه آلومینیوم برای افزایش مقاومت به خوردگی آلیاژ ،مقدار اندکی منگنز به آن افزوده میشود .
- از منگنز در چدنها نیز استفاده میشود .
کاربردهای غیرمتالورژیکی
- باتری ها : مهمترین کاربرد غیرمتالورژی منگنز استفاده از اکسید آن بعنوان کاتد در باتری ها است .
- مواد شیمیایی : پرمنگنات پتاسیم (Potassium permanganate (KMnO۴)) یکی از شناخته شده ترین محصولات منگنز است . این ماده یک اکسید کننده قوی است که خاصیت ضدمیکروبی دارد و در تصفیه آب آشامیدنی و تصفیه پساب ها بسیار پرکاربرد است . همچنین از آن در کنترل کردن بو (در کارخانه های فرآوری ماهی ، رنگ و غیره) نیز استفاده میشود .
در جدول ۱ لیستی از تولیدکنندگان اصلی فلز منگنز ارائه شده است .
جدول ۱ : تولیدکنندگان اصلی محصولات منگنز .
سرب و آلیاژهای پایه سرب (Lead and Lead Alloys)
انواع آلیاژهای پایه سرب بر اساس استاندارد UNS
- L50000 – L50099 ؛ سرب خالص (Pure leads) .
- L50100 – L50199 ؛ آلیاژهای سرب نقره (Lead – silver alloys) .
- L50300 – L50399 ؛ آلیاژهای سرب آرسنیک (Lead – arsenic alloys) .
- L50500 – L50599 ؛ آلیاژهای سرب باریم (Lead – barium alloys) .
- L50700 – L50899 ؛ آلیاژهای سرب کلسیم (Lead – calcium alloys) .
- L50900 – L50999 ؛ آلیاژهای سرب کادمیوم (Lead – cadmium alloys) .
- L51100 – L51199 ؛ آلیاژهای سرب مس (Lead – copper alloys) .
- L51500 – L51599 ؛ آلیاژهای سرب ایندیم (Lead – indium alloys) .
- L51700 – L51799 ؛ آلیاژهای سرب لیتیوم (Lead – lithium alloys) .
- L52500 – L53799 ؛ آلیاژهای سرب آنتیموان (Lead – antimony alloys) .
- L54000 – L55099 ؛ آلیاژهای سرب قلع (Lead – tin alloys) .
- L55200 – L55299 ؛ آلیاژهای سرب استرانسیم (Lead – strontium alloys) .
خواص آلیاژهای پایه سرب
- دانسیته ، انعطاف پذیری ، روانکاری ، رسانایی الکتریکی و ضریب انبساط حرارتی بالا .
- مدول الاستیک ، استحکام ، سختی و نقطه ذوب خیلی پایین .
- مقاوم در برابر خوردگی .
- ریخته گری نسبتا آسان .
- سرب به آسانی با فلزات دیگر آلیاژ میشود .
- محافظ اشعه ایکس و گاما .
- سختی کم ، ظرفیت میرایی بالا .
- استحکام کششی و خزشی کم .
کاربرد آلیاژهای پایه سرب
- اهداف تزئینی و ساخت و ساز .
- باتری سرب- اسید (Lead-acid storage batteries) (شکل ۱) .
- مهمات .
- غلاف کابل .
- وزنه های تعادل .
- انبرک های باتری .
- یاتاقان ، Ballast .
- کنترل صدا و ارتعاشات مکانیکی .
- محافظ در برابر اشعه ایکس و اشعه گاما در صنایع هسته ای .
- بعنوان عنصر آلیاژی در فولادها و آلیاژهای پایه مس برای بهبود قابلیت ماشینکاری استفاده میشود .
شکل ۱ : باتری سرب-اسید .
زیرکونیوم و آلیاژهای پایه زیرکونیوم (Zirconium and Zirconium Alloys)
انواع آلیاژهای پایه زیرکونیوم
گریدهای ® Zircadyne:
- Zircadyne® ۷۰۲ .
- Zircadyne® ۷۰۴ .
- Zircadyne® ۷۰۵ .
- Zircadyne® ۷۰۶ .
گریدهای هسته ای :
- Zircaloy®۲ .
- Zircaloy®۴ .
- Zr-2.5Nb .
- Excel .
- ATR .
- Ozhennite 0.5 .
خواص آلیاژهای پایه زیرکونیوم
- مقاومت به خوردگی خوب .
- خواص مکانیکی خوب .
- خواص جذب نوترونی بسیار بالا .
- غیرسمی و سازگار با بدن .
- رسانایی حرارتی بالا .
شکل ۲ سلول واحد HCP را در آلیاژهای زیرکونیوم نشان میدهد .
شکل ۲ : سلول کریستالوگرافی HCP برای آلیاژهای زیرکونیوم حاوی صفحات منشوری و صفحات پایه .
کاربرد آلیاژهای پایه زیرکونیوم
- راکتور هسته ای .
- فرآوری مواد شیمیایی .
- کاربردهای صنعتی .
- ایمپلنت جراحی و ابزارهای پروتز .
- عنصر آلیاژی در فولادها .
- رشته های لامپ .
وانادیم و آلیاژهای پایه وانادیم (Vanadium and Vanadium Alloys)
انواع ترکیبات پایه وانادیم
- پنتا اکسید وانادیم (Vanadium pentoxide (V۲O۵)) .
- فرووانادیم (Ferrovanadium (FeV)) .
- وانادیم خالص (Pure vanadium metal (V)) .
شکل ۳ دیاگرام فازی آهن وانادیم را نشان میدهد .
شکل ۳ : دیاگرام فازی آهن وانادیم .
خواص ترکیبات پایه وانادیم
- استحکام ساختاری بالا .
- اکسیژن زدای قوی در فولادها .
- بهبود مقاومت به شوک .
- سطح مقطع نوترون حرارتی (Thermal neutron cross section) کم .
- وانادیم یک فلز BCC است .
- وانادیم خالص نرم و شکل پذیر است .
- هیچ خطری برای سلامتی ندارند .
کاربرد ترکیبات پایه وانادیم
- تولید فولادهای زنگ نزن .
- تولید فولادهای ابزار با سرعت بالا .
- فنرها .
- بعنوان عنصر آلیاژی در فولاد منجر به افزایش استحکام ، سختی و مقاومت به سایش میشود .
- پایدارکننده کاربید در فولاد .
- از فویل های وانادیم بعنوان عامل اتصال روکش های تیتانیوم به فولاد استفاده میشود .
- کاربردهای هسته ای .
- رنگ آمیزی و چاپ در پارچه ها و ساخت بلک آنیلین (Aniline black) .
- پنتوکسید وانادیم (Vanadium pentoxide) در سرامیکها ، ترکیبات بینابینی کاتد در باتری های قابل شارژ و بعنوان کاتالیزور در تولید اسید سولفوریک استفاده میشود .
- بعنوان کاتالیزور در ساخت Maleic anhydride ، که ماده مورد نیاز برای ساخت رزین های پلی استر و فایبرگلاس ها است ، استفاده میشود .
- تولید آهنرباهای ابررسانا .
- تولید خودروهای هیبریدی .
تانتالیم و آلیاژهای تانتالیم (Tantalum and Tantalum Alloys)
انواع آلیاژهای تانتالیم
- گرید Ta (unalloyed, EB cast) .
- گرید تانتالیوم نرم (Tantalum (soft)) .
- گرید تانتالیوم سخت (Tantalum (hard)) .
- گرید Ta (sintered, cast) .
- گرید KBI®۲, Tantaloy® ۶۳ .
- گرید KBI®۶ .
- گرید KBI®۱۰, Tantaloy® ۶۰, Cabot 10 .
- گرید KBI®۴۰ .
- گرید Tantaloy ۶۱ (P/M) .
- گرید ® T-111 .
- گرید ® T-222 .
خواص آلیاژهای تانتالیم
- تانتالیم یک فلز نسوز همه کاره است .
- رسانایی حرارتی بالا .
- مقاومت به خوردگی عالی .
- مدول یانگ و استحکام کششی خوب .
- نقطه ذوب بالا .
- استحکام مکانیکی خوب .
- سهولت ساخت .
- سازگار با مایعات بدن .
- رسانایی الکتریکی بالا .
کاربرد آلیاژهای تانتالیم
- سوپرآلیاژها .
- خازنها .
- ابزارهای الکترونیک .
- پردازش مواد شیمیایی .
- کاربردهای پزشکی .
- سرویس دهی در دماهای بالا .
- مبدلهای حرارتی .
- کندانسور .
- راکتورها .
- کار در محیط های اسیدی غلیظ .
- در پردازش مواد دارویی ، مواد غذایی و بیوتکنولوژی استفاده میشود .
- کاربرد در صنعت شیشه (بوته های ذوب شیشه) .
- صنعت داروسازی : این مواد هیچگونه آلودگی ایجاد نمیکنند و باعث حفظ خلوص محصولات دارویی میشوند .
- کوره های خلاء .
- ترموکوپلها .
- سپرهای حرارتی .
- هوافضا ، هواپیما ، توربین های گازی ، بهبود پایداری حرارتی ترکیبات بین فلزی .
- ایمپلنت ها یا ابزارهای جراحی .
- مهندسی الکتروشیمیایی و خوردگی : ساخت آند و غیره .
طلا و آلیاژهای طلا (Gold and Gold Alloys)
انواع آلیاژهای طلا
- طلای ۲۴ عیار (۲۴ kt gold) ؛ طلای خالص .
- طلای ۱۸ عیار (۱۸ kt gold) ؛ حاوی ۱۸ قسمت طلا و ۶ قسمت فلزات دیگر ؛ طلای ۷۵ درصد .
- طلای ۱۴ عیار (۱۴ kt gold) : 14 قسمت طلا و ۱۰ قسمت فلزات دیگر ؛ طلای ۵۸.۳ درصد .
- طلای ۱۲ عیار (۱۲ kt gold) : 12 بخش طلا و ۱۲ بخش عناصر دیگر ؛ طلای ۵۰ درصد .
- طلای ۱۰ عیار (۱۰ kt gold) : 10 بخش طلا و ۱۴ بخش عناصر دیگر ؛ طلای ۴۱.۷ درصد . کمترین عیار طلا .
جدول ۲ ترکیب شیمیایی آلیاژهای طلا را در عیار و رنگ های مختلف نشان میدهد .
جدول ۲ : ترکیب شیمیایی آلیاژهای طلا با عیار و رنگهای مختلف .
طلا زرد و مس قرمز رنگ است . تمام فلزات دیگر به رنگ سفید یا خاکستری هستند . افزودن مس به طلا باعث قرمزتر شدن آن و افزودن نقره ، روی و هر فلز دیگر طلا را کم رنگ تر میکند .
بنابراین ، میتوان دریافت که طلاهای عیار پایین ، از آنجا که میتوان فلزات آلیاژی بیشتری به آنها افزود ، میتوانند طیف رنگی وسیع تری نسبت به طلاهای عیار بالاتر داشته باشند .
خواص طلا و آلیاژهای طلا
- طلای خالص بشدت انعطاف پذیر و نرم است .
- برای افزایش سختی طلا میتوان آن را با عناصر دیگر مانند مس ، نقره ، نیکل ، پالادیم و روی آلیاژ کرد .
- مدول یانگ طلا برابر با فلز نقره و کمتر از آهن و فولاد دارد .
- خلوص طلا با عدد عیار (Karat (kt)) آن مشخص میشود .
- دارای رنگ گرم و جذاب است .
- افزودن پالادیم به طلا منجر به افزایش نقطه ذوب ، سختی ، مدول الاستیک و استحکام طلا میشود .
- از پلاتین ، کبالت ، کروم ، روی ، قلع و نقره برای ساخت طلای سفید استفاده میشود .
- برای بهبود انعطاف پذیری آلیاژهای سفید طلا به آنها مس افزوده میشود .
- اتم های نقره اندکی از اتمهای طلا بزرگتر هستند ؛ بنابراین آلیاژسازی طلا با نقره استحکام و سختی را تا حد متوسطی بهبود میبخشد .
- اتم های مس از اتم های طلا کوچکتر هستند ؛ در نتیجه ، مس اثر بیشتری نسبت به نقره در مستحکم سازی آلیاژ طلا دارد .
- با کاهش عیار ، دامنه ذوب و دانسیته آلیاژ کاهش مییابد .
- پایداری شیمیایی بالا .
خواص مکانیکی آلیاژهای طلا در جدول ۳ ارائه شده است .
جدول ۳ : خواص مکانیکی برخی از آلیاژهای طلا
کاربرد طلا و آلیاژهای طلا
- جواهرات .
- دکوراسیون .
- از آلیاژهای طلا پالادیوم در دندانپزشکی استفاده میشود .
- الکترونیک .
- پزشکی .
- عایق حرارتی و بازتابنده های IR .
- خدماتدهی در اتمسفرهای خورنده .
سایر فلزات و آلیاژها ی غیر آهنی شامل موارد زیر هستند .
- هافنیم و آلیاژهای پایه هافنیم (Hafnium and Hafnium Alloys) .
- نیوبیم و آلیاژهای پایه نیوبیوم (Niobium and Niobium Alloys) .
- کروم و آلیاژهای پایه کروم Alloys) (Chromium & Chromium .
- مولیبدن و آلیاژهای پایه مولیبدن (Molybdenum & Molybdenum Alloys) .
- قلع و آلیاژهای پایه قلع (Tin and Tin Alloys) .
- رنیوم و آلیاژهای رنیوم (Rhenium & Rhenium Alloys) .
- و غیره .
سایر فلزات و آلیاژها ی غیرآهنی در این مطلب مورد بررسی قرار گرفتهاند . در این بررسی بطور خلاصه به انواع ، خواص و کاربرد هر کدام بطور جداگانه پرداخته شده است .
منابع
۱. Materials Handbook, Dr. François Cardarelli, 2nd Edition
۲. http://www.totalmateria.com/Article10.htm
۳. https://sites.google.com/a/masdstudent.org/paige-s-industrial-revolution/storage-lead-acid-battery
۴. https://www.researchgate.net/publication/227990668_Vanadium_and_Vanadium_Alloys
۵. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.a27_367.pub2
۶. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/026343689594023R
۷. https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=230