فلز چیست؟ پایه ترین، اصلی ترین و مهم ترین سوال صنعت است. فلزات عناصر غیرشفافی هستند که دارای خواص بی نظیری مانند رسانایی الکتریکی، حرارتی و شکل پذیری هستند. همین خواص باعث شده تا فلزات یکی از محبوب ترین و کارآمدترین عناصر در صنعت به حساب بیایند.
جالب است بدانید که فلزات خاصیت جلاپذیری نیز دارند و می توان آن ها را صیقل داد. با این حال باز هم مهم ترین ویژگی یک فلز (metal) همان هدایت الکتریکی و حرارتی محسوب می شود. تا به امروز 109 عنصر در طبیعت شناسایی شده که در کمال ناباوری 87 عنصر فلز هستند.
باید بدانید که استفاده از “فلز خالص” در صنعت، کاربرد زیادی ندارد. معمولا فلز خالص با فلز یا فلزات دیگر ترکیب شده و به صورت ناخالص در صنعت استفاده می شود. البته گاهی نیز ممکن است فلز با مواد نافلز ترکیب شود. این مورد کاملا بستگی به نیاز صنعت مورد نظر دارد. از ترکیب یک فلز با یک یا چند فلز یا غیرفلز دیگر، آلیاژهای فلزی ساخته می شود.
در ادامه با ما همراه باشید؛ تا با خصوصیات شگفت انگیز فلزها که در فناوری و ساختار دنیای امروزی نقش حیاتی دارند، بیشتر آشنا شوید.
تاریخچه فلز
از عصر حجر تا به امروز، زندگی انسان ها همواره به استفاده بهینه و کاربردی از فلزات وابسته بوده و هست. امروزه بیش از 11.000 سال از اولین باری که انسان از فلز استفاده کرد، می گذرد. در گذشته فلزات برای ساخت زیورآلات، ظروف، سلاح و غیره مورد توجه انسان ها بوده است. بنابراین علمی که امروزه در ساخت و به کار گیری فلزات داریم، مدیون هزاران سال تجربه گذشتگان هستیم.
انواع فلز
فلزات دارای خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی هستند؛ که هر کدام از آن ها، یک یا چند کاربرد به خصوص دارند. همانطور که گفته شد انتخاب و استفاده از هر یک، به نیازهای صنعت مورد نظر وابسته است. اما اگر بخواهیم فلزات را طبق خواص آن ها دسته بندی کنیم به دو دسته کلی می رسیم که در زیر به شرح هر دسته پرداخته ایم.
انواع فلز:
فلزات آهنی: فلز آهنی بر پایه آهن ساخته شده است. با سرد کردن آهن، سختی، استحکام و دوام آهن بالا می رود. سختی و استحکام به سایر ویژگی های فلز، مانند خواص مکانیکی، اضافه شده و کاربرد بیشتری در صنعت پیدا می کند. از مهم ترین فلزات آهنی می توان به آهن و فولاد اشاره کرد.
فلزات غیرآهنی: همانطور که از اسم آن پیداست، فلزات غیرآهنی از آهن تشکیل نشده اند. به همین دلیل “مقاومت در برابر خوردگی” قابل ملاحظه ای دارند. زیرا آهن با اکسیژن واکنش نشان داده و دچار خوردگی می شود. اما از آنجا که در این نوع فلزات آهن وجود ندارد، بنابراین در برابر خوردگی مقاوم هستند.
مهم ترین ویژگی فلزات غیرآهنی چکش خواری آن ها می باشد. به عنوان مثال آلومینیوم و مس از جمله فلزات غیرآهنی هستند که در صنعت از آن ها استفاده می شود.
انواع فلز آهنی
انواع فلز آهنی شامل موارد زیر می شود:
فولاد: فولاد از طریق حرارت دادن سنگ آهن ساخته می شود. پس از تبدیل شدن سنگ آهن به مذاب آهن، به آن کربن اضافه شده و به این ترتیب فولاد به دست می آید. ممکن است علاوه بر کربن، به آهن مقادیر مشخصی منگنز و مواد معنی دیگری اضافه شود؛ که نهایتا باعث استحکام بیشتر محصول نهایی خواهد شد.
فولاد کربنی: به فولادهایی که دارای درصد کربن بین 0.05 تا 2.1 می باشد فولاد کربنی گفته می شود. فولاد کربنی به سه دسته فولاد کم کربن، فولاد کربن متوسط و در نهایت فولاد کربن بالا تقسیم می شود.
فولاد آلیاژی: اگر فولاد با عناصر دیگر ترکیب شود، تشکیل آلیاژ می دهد. فولادهای آلیاژی به دو دسته کم آلیاژ و پر آلیاژ تقسیم می شود.
آلیاژ فلزی
آلیاژ فلزی نیز به سوال اصلی مان یعنی فلز چیست مربوط می شود. در هر آلیاژ فلزی از یک فلز پایه استفاده می شود. فلز پایه به فلزی می گویند که بالای 50% از آن در ترکیب آلیاژی استفاده شده باشد. برای بدست آوردن آلیاژ فلزی باید حتما یکی از عناصر موجود در آلیاژ، فلز باشد. از ترکیب فلز پایه با یک یا چند فلز دیگر آلیاژ حاصل می شود. البته ممکن است فلز پایه با عناصر نافلز نیز ترکیب شود.
خواص فلز
خواص فلز و به طور کلی فلزات، شامل موارد زیر می شود:
خواص الکتریکی: فلزات رسانای الکتریکی هستند. دلیل استفاده گسترده از فلزات در صنعت الکترونیک همین خاصیت بسیار مهم است. همین امر باعث می شود فلزات در فناوری نقش اساسی بازی کنند. فلزات از لحاظ خواص الکتریکی به دو دسته هادی و نیمه هادی تقسیم می شوند.
خواص حرارتی: خاصیت ارتعاشی الکترون های تشکیل دهنده فلزات، به راحتی از طریق همین انرژی ارتعاشی گرما را انتقال می دهند. از این رو فلزات را، رسانای حرارتی و گرمایی می دانیم.
خواص شیمیایی: فلزات به دلیل از دست دادن الکترون و تشکیل کاتیون با اکسیژن واکنش می دهند. به همین دلیل در معرض خوردگی قرار می گیرند. البته فلزاتی مانند پلاتین و طلا با اکسیژن ترکیب نمی شوند و به همین دلیل نسبت به سایر فلزها قیمت بالاتری دارند. البته راهکارهایی برای جلوگیری از خوردگی فلزات وجود دارد. با رنگ کردن، آبکاری یا آنودایز کردن فلز می توان از واکنش شیمیایی آن جلوگیری کرد.
خواص مکانیکی: شکل پذیری فلزات در حالت مذاب، چکش خواری و همچنین استحکام آن ها در حالت جامد، شرایط فوق العاده ای را برای استفاده از فلزها در صنایع مختلف فراهم می کند.
کاربردهای صنعتی فلز
تقریبا در ساخت هر چیزی که در دنیای اطرافمان می بینیم، از فلز استفاده شده است. اتومبیل های شخصی، مترو و سایر وسایل نقلیه حمل و نقل عمومی از فلز ساخته شده اند. قطار، کشتی و هواپیما نیز وسایل حمل و نقل بسیار مهمی هستند که در ساخت آن ها فلز به کار رفته است. بنابراین هسته اصلی حمل و نقل مدرن را فلزات تشکیل می دهند. براق بودن و چکش خوار بودن فلزات نیز باعث شده تا از آن ها در آثار هنری و جواهرات نیز استفاده فراوانی شود.
ساخت و ساز یکی دیگر از مهم ترین صنایعی است که فلزات در آن نقش اساسی ایفا می کنند. اساس ساخت پل ها، برج های مسکونی، تجاری و ساختمان ها فلز است. بنابراین بدون فلز بسیاری از فعالیت های صنعتی ممکن و قابل تصور نبود.
