۲۵ شهریور ۱۴۰۰

پیشگامان توسعه
مواد سام,مواد سام,مواد سام

سایر فلزات و آلیاژها

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