فلزات غیرآهنی و پرداخت نهایی آن

فلزات غیرآهنی شامل فلزاتی از جمله آلومینیوم، مس، سرب، روی، قلع و همچنین فلزات گرانبها مانند طلا و نقره می باشند که مزیت اصلی آن ها نسبت به فلزات آهنی، نداشتن فلز آهن است که این عامل باعث افزایش مقاومت آن ها در برابر زنگ زدگی و خوردگی می شود. در این مقاله قصد داریم به شرح و معرفی انواع فلزات غیرآهنی بپردازیم. بنابراین تا پایان این مقاله، با آهن ملل همراه باشید.

فلز غیرآهنی چیست؟

آلیاژهای غیرآهنی معمولاً دارای عناصر آهنی کم، حدودا کمتر از یک درصد می باشند. اگر میزان آهن در فلزات زیاد شود، آنگاه در دسته فلزات آهنی در نظر گرفته می شود.

فلزات غیرآهنی دارای تنوع زیادی هستند. برخی از فلزات غیرآهنی سخت و شکننده و برخی دیگر نرم و انعطاف پذیر می باشند. همچنین نوعی از فلزات غیرآهنی، برای مقاومت در دمای بسیار بالا ساخته شده اند. معمولا تفاوت‌ های فلزات غیرآهنی، بسیار بیشتر از شباهت‌ های آن ها است. با این حال، فلزات غیرآهنی همگی یک ویژگی مشترک دارند که آن این است که به ندرت دچار زنگ زدگی می شوند؛ زیرا در آلیاژ فلزات غیرآهنی، آهن زیادی وجود ندارد. همچنین نداشتن خاصیت آهنربایی از دیگر دلایل نبود آهن، در این نوع فلزات است.

انواع فلزات غیرآهنی

انواع فلز غیرآهنی شامل موارد زیر می باشند. در ادامه به نقد و بررسی هریک می پردازیم.

• مس
• نیکل
• قلع
• کروم
• تیتانیوم
• روی
• سرب
• آلومینیوم

فلز مس (Cu)

مس فلزی مایل به رنگ قرمز با ساختار کریستالی است که نور قرمز و نارنجی را منعکس می‌ کند و به دلیل ساختار نواری، فرکانس‌ های دیگر را در طیف مرئی جذب می‌ کند. مس نرم تر از روی است و در گروه Ib جدول تناوبی به همراه نقره و طلا قرار دارد.

از کاربردهای مهم مس در ساخت تجهیزات الکتریکی مانند سیم های ساختمانی است زیرا این نوع فلز گرما و الکتریسیته را به خوبی انتقال می دهد. همچنین در ساخت و ساز و ماشین آلات صنعتی (مانند مبدل های حرارتی) کاربرد زیادی دارد.

سولفات مس به عنوان یک ماده مفید در تصفیه آب استفاده می شود. همچنین از ترکیبات مس مانند محلول Fehling در آزمایشات شیمیایی برای تشخیص قند استفاده می شود.

فلز نیکل (Ni)

نیکل، فلز غیرآهنی سخت و سفید رنگ است که به راحتی براق می شود. به همین دلیل برای آب کاری ظروف، وسایل صنایع شیمیایی و فولاد استفاده می شود.

نیکل به عنوان آلیاژ، برای بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی، چکش خواری، افزایش سختی و مقاومت در برابر پوسیدگی و حرارت بسیار بالا، در فولاد ضد زنگ و همچنین آلیاژهای مس، آهن، منگنز و سیلیسیم اهمیت بالایی دارد.

فلز قلع (Sn)

قلع فلزی سفید-نقره ای است که بسیار سبک می باشد. از آنجایی که قلع بسیار نرم است، به ندرت به عنوان یک فلز خالص استفاده می شود.

فلز قلع اغلب از کاسیتریت معدنی تولید می شود که حدود ۸۰ درصد آن، از قلع تشکیل شده است. این فلز در حداکثر دمای ۲۵۰۰ درجه فارنهایت (۱۳۷۰ درجه سانتیگراد) با کربن ذوب می شود. سپس با جوشاندن یا روش های الکترولیتی، با خلوص بیش از ۹۹% تصفیه می شود.

از آنجایی که فلز قلع در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد، از آن به عنوان روکش ورقه های فولادی (حلبی) استفاده می شود.

فلز کروم (Cr)

فلز کروم توسط شیمیدان فرانسوی نیکلاس لوئی واکلین در سال ۱۷۹۸ کشف شد. او یک ماده معدنی قرمز روشن را که در سال ۱۷۶۶ در معدن طلای سیبری کشف شده بود، تجزیه و آن را یک کانی سرب معرفی کرد. پس از حل کردن آن در اسید، موفق به جداسازی کروم شد.

کروم فلزی براق، شکننده و سخت است که رنگ آن خاکستری نقره ای می باشد. کاربرد اصلی این نوع فلز، در ساخت آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ، آبکاری و سرامیک های فلزی است.

افراد از طریق تنفس، خوردن یا آشامیدن و تماس پوستی در معرض کروم یا ترکیبات آن قرار می گیرند. به طور کلی میزان کروم در هوا و آب محدود است؛ اما چاه آلوده ممکن است حاوی کروم خطرناک (IV) باشد. نوع کروم (III) یک ماده مغذی ضروری برای انسان است و کمبود آن ممکن است باعث بیماری قلبی، اختلال در متابولیسم و دیابت شود. لازم است بدانید جذب بیش از حد کروم (III) می تواند اثراتی بر سلامت انسان نیز داشته باشد.

فلز تیتانیوم (Ti)

فلز تیتانیوم توسط ویلیام گرگور، شیمیدان و کانی شناس انگلیسی، در سال ۱۷۹۱ کشف شد. فلز تیتانیوم با نماد Ti، نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است. با این حال مقادیر کمی از آن، در هر سنگی یافت می شود. تیتانیوم یک فلز خاکستری براق با میزان خوردگی کم و استحکام بالا می باشد و برای کاربردهای مختلف استفاده می شود.

تیتانیوم، ۰.۴۴ درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد که ۹۰% آن به شکل کانی های ایلمنیت می باشند. کانی های ایلمنیت دارای ترکیباتی از آهن، تیتانیوم و اکسیژن به نام اکسید تیتانیوم آهن با نماد FeTiO3 هستند. این کانی ها به صورت ترکیباتی در شن، سنگ، خاک رس و همچنین در گیاهان، آب‌ های زیرزمینی و شهاب ‌سنگ‌ها یافت می شوند.

فلز روی (Zn)

فلز روی عمدتاً از سنگ معدن حاوی سولفید روی یا اسفالریت استخراج می شود و کاربردهای صنعتی و بیولوژیکی بی شماری دارد. از کاربردهای مهم این نوع فلز در فرآیند گالوانیزاسیون فولاد می باشد تا از خوردگی آن جلوگیری کند. آلیاژهای روی، برای طیف وسیعی از مصارف، از سازه های دریایی گرفته تا آلات موسیقی، استفاده می شود.

مشخصات فیزیکی:

استحکام: استحکام فلز روی، کمتر از نصف استحکام کششی فولاد کربنی ملایم است.

چقرمگی: روی خالص، چقرمگی کمی دارد و عموماً شکننده است؛ اما آلیاژهای روی در مقایسه با سایر آلیاژهای ریخته گری، فشار بالایی دارند.

شکل پذیری: بین ۲۱۲ تا ۳۰۲ درجه فارنهایت، روی انعطاف پذیر و چکش خوار می شود؛ اما در دمای بالا به حالت شکننده باز می گردد. این ویژگی در آلیاژهای روی نسبت به فلز خالص کمتر به چشم می خورد و امکان استفاده از آن ها را در ساخت وسایل پیچیده فراهم می‌ کنند.

رسانایی: رسانایی روی متوسط ​​است. با این حال، خواص الکتروشیمیایی آن در باتری های قلیایی، عملکرد خوبی دارد.

کاربردهای فلز روی:

از کاربردهای مهم این نوع فلز در فرآیند گالوانیزاسیون فولاد می باشد تا از خوردگی آن جلوگیری کند. آلیاژهای روی، برای طیف وسیعی از مصارف، از سازه های دریایی گرفته تا آلات موسیقی، استفاده می شود. از دیگر موارد استفاده از فلز روی در ساختمان سازی، شامل موارد زیر می باشند:

• به عنوان ساخت آلیاژ برای مس یا برنج
• ساخت ورق به عنوان پوشش بام
• استفاده برای ساخت آب رو
• روکش دیوارهای خارجی
• استفاده برای ورق های آب بندی

فلز سرب (Pb)

سرب یک فلز فوق العاده مفید است که به دلیل داشتن خواصی مانند چکش خواری عالی و مقاومت در برابر خوردگی، کاربرد گسترده ای دارد. از کاربردهای این فلز می توان در ساخت محصولات مختلفی از جمله مواد آرایشی، رنگ و تولید بنزین اشاره کرد؛ اما باید توجه داشت که مصرف زیاد مواد آرایشی ساخته شده از سرب، برای انسان خطرناک است و می تواند مشکلات جدی را برای سلامتی ایجاد کند. 

فلز آلومینیوم (Al)

این فلز اولین بار در سال ۱۸۲۵ توسط فیزیکدان و شیمیدان دانمارکی هانس کریستین اورستد تولید شد. او شکل ناخالصی از فلز را با واکنش کلرید آلومینیوم و پتاسیم تولید کرد. آلومینیوم فلزی نرم، سبک و نقره ای است که در گروه بور جدول تناوبی عناصر، با نماد Al شناخته می شود.

از آنجایی که آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است، در طبیعت به شکل خالص وجود ندارد و می تواند پیوند شیمیایی قوی با اکسیژن ایجاد کند. بنابراین آلومینیوم خالص را فقط در محیط‌هایی می‌توان یافت که فاقد اکسیژن فراوان هستند. در پوسته زمین، آلومینیوم در بیش از ۲۷۰ ماده معدنی یافت می شود که رایج ترین آنها سنگ معدن بوکسیت است.

یکی از ویژگی های خاص آلومینیوم این است که می تواند در برابر خوردگی مقاومت کند زیرا وقتی این فلز در معرض هوا قرار می گیرد، یک لایه نازک، از اکسید آلومینیوم تشکیل می شود. این لایه، از فرآیند اکسیداسیون جلوگیری می کند.

آلومینیوم به راحتی با عناصری مانند مس، روی، منیزیم، منگنز و سیلیکون ترکیب می شود. امروزه بسیاری از وسایل فلزی که به آنها “آلومینیوم” گفته می شود، در واقع آلیاژ هستند. برای مثال فویل آلومینیوم معمولاً از ۹۲ تا ۹۹ درصد آلومینیوم ساخته شده است. علاوه بر آن، فلز نقش مهمی در تشکیل برخی از سنگ های قیمتی دارد. ناخالصی های موجود در Al2O3 مانند کروم یا کبالت باعث تشکیل یاقوت کبود می شود.

آلومینیوم با تولید جهانی ۳۱.۹ میلیون تن در سال ۲۰۰۵، پرمصرف ترین فلز پس از آهن شناخته شد. برخی از کاربردهای فلز آلومینیوم عبارتند از: ساخت وسایل حمل و نقل (دوچرخه، اتومبیل و هواپیما)، بسته بندی (قوطی و فویل)، ساخت درب و پنجره، ظروف پخت و پز، تیرهای خیابان و دکل های بادبانی.

پرداخت نهایی فلزات غیرآهنی

معمولا فلزات غیرآهنی نیازی به محافظت در برابر عواملی چون پوسیدگی نداشته و به علت ظاهری که دارد، معمولا بدون نیاز به ترمیم می باشد. پرداخت های نهایی، باعث حفظ یا بهبود کیفیت ظاهری فلزات غیرآهنی می شوند که در ادامه به شرح برخی از آن ها می پردازیم:

۱. روش های مکانیکی

بر روی قطعاتی که با عملیات ریخته گری، چکش کاری، تراش کاری تولید می شوند، ناهمواری های وجود دارد که در برخی موارد با مواد پر کردنی می توان آن ها را اصلاح کرد.

 ماسه پاشی: ماسه پاشی سطح زبری ایجاد کرده که بافت اسیدهای معدنی و بازها بستگی به نوع ماسه، فشار باد و فاصله دهانه ماسه پاش تا قطعه دارد.

برس کاری: معمولا انجام برس کاری به وسیله برس های فولاد ضد زنگ دوار انجام می شود. زبری، ابعاد و سرعت چرخش نتیجه کار را تعیین می کند. این برس اگر بافت نرمی داشته باشد، موجب به جای ماندن اثر انگشت بر روی جسم می شود که بهتر است در این حالت از روکش لاک الکل استفاده شود و برای آلومینیم از پرداخت آنودایز مورد استفاده قرار می گیرد.

جلا دادن: پولیش یا جلا دادن برای سایر روش های پرداخت به کمک پولیش هایی که در هر مرحله زبری سطح نهایی را برطرف می کند.

آب کاری: این روش برای استفاده کنندگان از محصولات آهنی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. این روش برای انواع زیادی از فلزات که عبارتند از طلا، نقره، قلع، مس و روی مورد استفاده قرار می گیرد.

۲. روش آنودایز

این روش، تنها برای فلز آلومینیوم کاربرد دارد.

روکش پرداختی: اجرای لاک الکل و مانند آن، بر روی سطح پرداخت شده فلزات غیر آهنی به منظور حفظ یا ایجاد زیبایی قطعه انجام می شود.

میناکاری یا لعاب شفاف: این لعاب نوعی شیشه است که برای پوشش بر روی مس و آلومینیم، طلا و نقره استفاده می شود.

کاربردهای فلزات غیرآهنی

در این مطلب با فلزات غیرآهنی آشنا شدید، این فلزات دارای میزان کمی از فلز آهن است که به همین دلیل، خاصیت آهنربایی در آن ها وجود ندارد. امروزه از این فلزات به دلیل خوردگی کم در ساخت و ساز بسیار استفاده می شود. مانند ساخت در و پنجره ها از فلز آلومینیویم.

از فلزاتی مانند نقره و طلا به دلیل خاصیت درخشندگی، به عنوان زیورآلات و ظروف استفاده می شود و امروزه با افزایش قیمت، خرید و فروش آن ها، راهی برای سرمایه گذاری و تجارت نیز محسوب می شوند.

سوالات متداول فلزات غیرآهنی