مفرغ چیست و کاربرد های آن کدام اند؟
یکی از قدیمی‌ترین آلیاژهای شناخته شده، آلیاژ مِفرَغ است که از ترکیب درصد مشخصی از مس و قلع تشکیل شده و کاربرد وسیعی در زندگی انسان دارد. اگر شما هم علاقمند هستید در خصوص آلیاژ مفرغ و کاربرد های آن اطلاعات بیشتری کسب کنید؛ دعوت می کنیم در ادامه با فولاد نصر آذربایجان همراه باشید.
◾مفرغ چیست و چگونه تشکیل می شود؟
آلیاژ مفرغ یا برنز (bronze) از ترکیب مس و قلع به وجود می‌آید. که گفته می شود حداقل ۶۷ درصد آن را فلز مس و حدود ۱۲ تا ۱۲.۵ در آن را قلع تشکیل می دهد. البته در ساخت آن از فلزات دیگر (مانند آلومینیوم، منگنز، نیکل یا روی) و گاهی نافلزها مانند فسفر، یا شبه‌فلزهایی مانند آرسنیک یا سیلیسیم نیز استفاده می شود که هر کدام باعث به وجود آمدن ویژگی های متفاوتی در این آلیاژ می شود.
قدمت آلیاژ مفرغ به حدود پنج هزار سال قبل از میلاد مسیح بر می گردد. این آلیاژ در رنگ های مختلف نارنجی، قرمز و قرمز کم رنگ تولید می شود. زمانی که سنگ مس در کوره‌ها ذوب می‌شود ، فلزاتی که همراه مس هستند و نقطه ذوب پایین دارند، زودتر ذوب می‌شوند. این مواد در گودال‌ها و کوره‌ها ته نشین شده و باعث تولید انواع مفرغ ها می‌شوند.
◾ویژگی های مفرغ
از مهم ترین ویژگی های این آلیاژ که سبب کاربرد وسیع آن شده است، می توان به مواد زیر اشاره کرد:
- استحکام و مقاومت بالا
- اصطحکاک کم
- جوش پذیری عالی
- شکل پذیری و قابلیت ماشین کاری خوب
- نقطه ذوب پایین
- چگالی کم
- عدم مغناطیسی بودن
- رسانای خوب گرما و الکتریسیته
- قیمت آلیاژهای بر پایه ی مس از فولاد بالاتر است اما نسبت به آلیاژهای برپایه نیکل ارزانتر است.
- مقاومت به خوردگی : ( این آلیاژ معمولاً تنها به‌صورت سطحی اکسید می‌شود. هنگامی‌که یک لایه اکسید مس (که در نهایت به کربنات مس تبدیل می‌شود) تشکیل شد، فلز زیرین از خوردگی بیشتر محافظت می‌شود.)
- عدم جرقه ی سایشی : (برخلاف فولاد، از برخورد برنز با یک سطح سخت جرقه ایجاد نمی شود. این ویژگی باعث شده است که از آن برای ساخت چکش، پتک و سایر وسایلی که در اتمسفرهای انفجاری و گازهای آتشزا کار می کنند استفاده شود.)
◾انواع مفرغ
مفرغ ها از منظرهای مختلفی مورد بررسی قرار میگیرند که در ادامه از نظر چکش خواری، میزان قلع بکار رفته و عناصر به کار رفته آنها را دسته بندی می کنیم :
مفرغ ها بر اساس حالت چکش خواری به سه دسته تقسیم بندی می شود:
- ۱- مفرغ آلفا : این نوع مفرغ در حالت سرد چکش پذیری خوبی از خود نشان می‌دهد.
- ۲- مفرغ بتا : مفرغ بتا در حالت گرم چکش پذیری خوبی دارد.
- ۳- مفرغ گاما : چکش کاری خوبی ندارد و نرم و شکننده است.
مفرغ ها بر اساس درصد قلع به کار رفته در آن ها نیز به شش دسته تقسیم می شوند:
- ۱- مفرغ دسته اول : این نوع مفرغ ها از حدود ۷ تا ۸ درصد قلع و کمتر از۰.۰۱ درصد فسفر تشکیل می شوند. از این نوع مفرغ ها در ساخت چرخ محور توربین ها، ساخت فنرهای مختلف و تولید سکه استفاده می شود.
- ۲- مفرغ دسته دوم : این نوع مفرغ از حدود ۷ تا ۸ درصد قلع به همراه روی و سرب ساخته شده است. و از آن در تولید لوله ها و دریچه ها و ساخت مدال های ورزشی برنزی استفاده می شود.
- ۳- مفرغ دسته سوم : مفرغ دسته سوم از ۸ تا ۱۰ درصد قلع می باشد. از این نوع از آلیاژ مفرغ در ساخت انواع چرخ دنده و انواع یاتاقان که در صنایع مختلف استفاده می شود.
- ۴- مفرغ دسته چهارم : این نوع مفرغ ها دارای ۶ تا ۱۴ درصد قلع به همراه ۰.۱ تا ۰.۶ درصد فسفر و مقدار کمی از عناصر سرب و نیکل است. از این نوع از مفرغ ها در صنایع کشتی سازی استفاده می شود.
- ۵- مفرغ دسته پنجم : مفرغ دسته پنجم دارای ۰ تا ۱۰ درصد قلع و تا ۳۰ درصد سرب می باشد و از آن در ساخت یاتاقان ها استفاده می شود.
- ۶- مفرغ دسته ششم : این نوع مفرغ ها شامل تا ۳۰ درصد قلع و مقادیر کمی از عناصر سرب و روی است و از آن در ساخت زنگ ها و ناقوس ها استفاده می شود.
انواع مفرغ بر اساس عناصر به کار رفته در آنها
در نوع دیگری از دسته بندی مفرغ ها بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در آنها به پنج دسته تقسیم می شوند:
۱- مفرغ آلمینیوم
مفرغ آلمینیوم به طور معمول از ۶ تا ۱۲ درصد آلومینیوم، ۸ درصد آهن و ۶ درصد نیکل تشکیل می شود و از استحکام و مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخودار است. از این نوع مفرغ در ساخت وسایلی که مایعات خورنده را انتقال می دهد استفاده می شود.
۲- مفرغ فسفردار
مفرغ فسفردار از ۰.۵ تا ۱ درصد قلع و در حدود ۰.۰۱ تا ۰.۳۵ درصد فسفر تشکیل می شود. این ترکیب باعث استحکام مفرغ و کاهش ظرفیت اصطکاک آن می شود. خاصیت ضد خوردگی و مقاومت این آلیاژ به دلیل وجود قلع در ساختار آن است و مابقی ویژگی ها را فسفر به وجود آورده است.
از این آلیاژ برای ساخت فنر، واشر، وسایل الکتریکی و تجهیزات ضد خوردگی استفاده می شود.
۳- مفرغ سیلیسیم دار
این نوع آلیاژ که به آن برنز قرمز سیلیسیم دار نیز گفته می شود از عنصرهای مس، سیلیسیم و روی تشکیل می شود. است. استفاده از روی به میزان ۲۰ درصد و سیلیسیم ۶ درصد در ترکیبات این آلیاژ متداول است. از مفرغ سیلیسیم دار برای ساخت اجزای پمپ و ولو استفاده می شود.
۴- مفرغ نیکل دار
مفرغ نیکل دار که به آن نقره نیکلی هم گفته می شود از ترکیب مس، قلع و نیکل ساخته شده است. وجود نیکل باعث رنگ نقره ای این آلیاژ می شود و مس و قلع مقاومت کششی و ویژگی های ضد خوردگی را به آن اضافه می کنند. از این نوع آلیاژ به طور عمده در ساخت ابزار موسیقی، تجهیزات نوری و وسایل مرتبط با غذا و نوشیدنی استفاده می شود.
۵- مفرغ نیکل-مس
آلیاژ نیکل-مس از مقدار زیادی نیکل تشکیل شده است. این مقدار از ۲ تا ۳۰ درصد می تواند متغیر باشد. این نوع آلیاژ بسیار مستحکم و مقاوم در برابر خوردگی است. همچنین از نظر حرارتی نیز پایدار است به همین دلیل در ساخت اجزای الکتریکی و تجهیزات دریایی استفاده می شود.
◾کاربرد های مفرغ
مفرغ به دلیل ویژگی های منحصر به فردی که دارد ؛ کاربرد وسیعی در مصارف مختلف دارد که در زیر به بخشی از آن ها اشاره می شود.
- ساخت لوازم آشپزخانه مانند ظروف ، قابلمه، چاقو، قاشق
- تولید لوازم منزل مانند ساخت ظروف و اشیای تزیینی و انواع لوستر
- استفاده در مجسمه سازی
- ساخت آینه های برنزی
- ساخت سکه و مدال های ورزشی
- استفاده در کشتی سازی مانند ساخت پره‌های موتور کشتی‌ها، چرخ دنده‌ها و اجزای متحرک ماشین‌ها
- ساخت و تولید محصولات الکتریکی
- استفاده در ریخته گری
- ساخت زنگ‌ها و ناقوس‌ها
- استفاده در صنعت مانند ساخت و تولید یاتاقان‌ها، ساخت فنرهای مختلف و چرخ محورتوربین‌ها
- ساخت قطعات و ابزارهای موسیقی مانند سیم گیتار و ساخت ساکسیفون
◾تفاوت آلیاژ مفرغ یا برنز با آلیاژ برنج
- برنز از ترکیب مس و قلع ساخته می شود. در حالی که برنج از ترکیب مس و روی می باشد.
- از نظر شکل ظاهری هر دو بسته به ترکیب خود، رنگ قرمز مسی متمایل به زرد دارند؛ اما در ظاهرِ مفرغ حلقه‌هایی تشکیل می‌شود و سطح آن همگون‌تر است. به عبارتی سطح برنج صاف‌تر و صیقلی‌تر از برنز است.
- قیمت برنج نسبت به قیمت مفرغ یا برنز بیشتر است.
- برنز چگالی بالاتری دارد و نسبت به برنج سنگین‌تر و کمیاب‌تر است .به همین دلیل در ساخت اشیا و مجسمه‌های تزیینی استفاده می شود.
- برنز در شرایط آب و هوایی گوناگون دوام بیشتری دارد و مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر ضربه آن بالاتر است.
اما تفاوت این دو آلیاژ این است که هر دوی آنها به آهن‌ربا نمی‌چسبند.
◾سخن آخر
همان طور که اشاره شد آلیاژ مفرغ از ترکیب مس و قلع ساخته می شود و به دلیل استحکام بالا ، قابلیت جوشکاری ، رسانای گرما و برق ،غیر مغناطیسی بودن و… کاربرد وسیعی در زندگی انسان، از خانه و آشپزخانه گرفته تا صنعت کشتی سازی و خودرو سازی دارد.
