เป็นเวลาหลายพันปีแล้วที่มนุษย์ได้ทดลองกับโลหะต่างๆ และได้รับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงมากขึ้นเรื่อยๆ จากพวกมัน ด้วยเหตุนี้จึงใช้องค์ประกอบทางเคมีที่หลากหลาย ยุคสำริดเป็นยุคที่โลหะผสมของดีบุกและทองแดง (CuSn6) ได้รับความนิยม วัสดุนี้คืออะไรและเหตุใดจึงเป็นที่นิยม
ประวัติศาสตร์ยุคสำริด
ขอบคุณการปรับปรุงการแปรรูปโลหะเช่นทองแดงและดีบุกใน 3000 ปีก่อนคริสตกาล ยุคสำริดเริ่มต้นขึ้น มีลักษณะเฉพาะด้วยการผลิตโลหะผสม เช่น บรอนซ์ ซึ่งใช้ทำเครื่องมือและเครื่องประดับ
ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาสมัยใหม่ นอกจากทองแดงและดีบุกแล้ว ยังใช้วัสดุต่างๆ เช่น อลูมิเนียม ฟอสฟอรัส ตะกั่ว และสังกะสีอีกด้วย ชื่อนี้มาจากคำภาษาเปอร์เซีย "berenj" ซึ่งแปลว่า "ทองแดง"
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าทองแดงรุ่นแรกทำมาจาก Cu และสารหนู เรียกว่า arsenic อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเป็นพิษของมัน มันเร็วมากเปลี่ยนเป็นตะกั่ว ไม่น่าแปลกใจเลยที่ช่างตีเหล็กมักถูกมองว่าน่าเกลียดและถูกทำร้าย ในความเป็นจริงมันเป็น การสัมผัสกับสารหนูเป็นเวลานานส่งผลเสียต่อร่างกายอย่างมาก ด้วยเหตุผลนี้ โลหะผสมของทองแดงและดีบุกจึงถูกเรียกว่าทองแดง เนื่องจากเป็นส่วนประกอบเหล่านี้ที่มักมีอยู่ในนั้น
ลักษณะของบรอนซ์
เราทุกคนรู้ดีว่าโลหะอย่างทองแดงนั้นอ่อนมาก เหนียว และเปราะบางอย่างยิ่ง ในขณะเดียวกันก็มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงมาก โลหะผสมของดีบุกและทองแดงเป็นวัสดุที่แยกจากกันอย่างมีนัยสำคัญเกินกว่าคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทองสัมฤทธิ์มีความแข็ง ความแข็งแรงสูง แต่ในขณะเดียวกันก็หลอมละลายได้ค่อนข้างดี
การค้นพบโลหะผสมนี้มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา แม้ว่าจะมีการประดิษฐ์วัสดุอื่นๆ มากมายในภายหลัง แม้กระทั่งทุกวันนี้ก็ยังได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี
ความสามารถของทองแดงในการต้านทานการกัดกร่อน
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของโลหะผสมคือความต้านทานการกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบที่มีแมงกานีสและซิลิกอนที่มีเนื้อหาสำคัญ (มากกว่า 2%)
พบว่าทองแดงมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงเมื่อสัมผัสกับน้ำ (น้ำทะเลและน้ำจืด) ด่างและกรดเข้มข้น ซัลเฟตโลหะเบาและคลอไรด์ และก๊าซแห้ง (ทองแดงไร้กระป๋อง)
แน่นอน โดยทั่วไปคุณสมบัติการกัดกร่อนของโลหะผสมขึ้นอยู่กับองค์ประกอบการผสม ดังนั้น ปริมาณตะกั่วที่สูงจะลดความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อน ในขณะที่นิกเกิลจะเพิ่มคุณสมบัตินี้
ประเภททองแดง
การผสมธาตุซึ่งอาจอยู่ในองค์ประกอบของโลหะผสมนี้ สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของมันได้อย่างมาก และประเภทของทองแดงก็ขึ้นอยู่กับพวกมันด้วย นอกจากนี้ ดีบุกสามารถถูกแทนที่ด้วยองค์ประกอบอื่นๆ ตัวอย่างเช่น BrAMTS-7-1 สามารถถอดรหัสได้ดังนี้: ทองแดง 92%, อลูมิเนียม 7%, แมงกานีส 1% บรอนซ์ยี่ห้อนี้ไม่มีดีบุกและด้วยเหตุนี้จึงมีความต้านทานสูงต่อโหลดสลับ ใช้ทำสลักเกลียว สกรู น็อต และชิ้นส่วนสำหรับการติดตั้งระบบไฮดรอลิก
อีกตัวอย่างหนึ่งคือ tin Foundry bronze ของแบรนด์ BrO10S10. ประกอบด้วยทองแดงมากถึง 83% ดีบุก 9% ตะกั่ว 8% และเหล็ก ซิลิกอน ฟอสฟอรัส และอะลูมิเนียมสูงถึง 0.1% มันถูกออกแบบมาสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานภายใต้แรงกดดันจำเพาะสูง เช่น ตลับลูกปืนธรรมดา
แม้ว่าบรอนซ์จะเป็นโลหะผสมของดีบุกและทองแดง แต่ในบางกรณีก็ไม่ได้ใช้องค์ประกอบทางเคมีเช่น Sn อีกตัวอย่างหนึ่งของบรอนซ์ไร้แร่ดีบุกสามารถทนความร้อนได้ สำหรับการผลิตนั้นใช้ทองแดง 98-99% และแคดเมียม 1-2% เท่านั้น ตัวอย่างคือแบรนด์ BrKd1 เป็นทองแดงแคดเมียมทนความร้อนที่มีความต้านทานความร้อนสูงและการนำไฟฟ้า สามารถใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนของเครื่องเชื่อมความต้านทาน ตัวสะสมมอเตอร์ไฟฟ้า และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงและต้องการคุณภาพที่ดีการนำไฟฟ้า
โลหะผสมอีกประเภทหนึ่งที่ใช้ทำปะเก็นในตลับลูกปืนและบุชชิ่งของรถยนต์คือบรอนซ์ดีบุกที่กลึงด้วยแรงดัน โลหะผสมของทองแดงและดีบุกมีองค์ประกอบการผสมเช่นตะกั่ว (4%), สังกะสี (4%), อลูมิเนียม (0.002%), เหล็ก (0.005%) เกรดเหล็กเรียกว่า BrOTsS4-4-4 ต้องขอบคุณเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้ที่ทำให้โลหะผสมนี้สามารถผ่านการประมวลผลด้วยแรงกดและการตัด สีของบรอนซ์ก็ขึ้นอยู่กับสิ่งเจือปนด้วย ดังนั้น ยิ่งโลหะผสมทองแดงมีน้อย สียิ่งเด่นชัดน้อยลง: มากกว่า 90% - สีแดง มากถึง 80% - สีเหลือง น้อยกว่า 35% - เหล็กสีเทา
งานบรอนซ์
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้โลหะผสมของดีบุกและทองแดงเป็นวัสดุที่ค่อนข้างคงทน ลับคมตัดและใช้งานด้วยแรงกดได้ยาก โดยทั่วไป วัสดุนี้เป็นวัสดุหล่อที่มีการหดตัวต่ำ - ประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ และถึงแม้จะมีความลื่นไหลต่ำและมีแนวโน้มที่จะแยกตัวออกจากกัน แต่บรอนซ์ก็ถูกนำมาใช้ในการหล่อด้วยการกำหนดค่าที่ซับซ้อน การคัดเลือกนักแสดงก็เช่นกัน
โลหะผสมที่เติมลงในโลหะผสมของดีบุกและทองแดงจะปรับปรุงคุณสมบัติและลดราคา ตัวอย่างเช่น การผสมตะกั่วและฟอสฟอรัสช่วยปรับปรุงกระบวนการผลิตบรอนซ์ ในขณะที่สังกะสีจะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน เพื่อวัตถุประสงค์บางอย่างจะทำโลหะผสมที่เสียรูป พวกมันเปลี่ยนรูปลักษณ์ได้ง่ายเมื่อใช้การตีขึ้นรูปเย็น
ขอบเขตการสมัคร
การใช้สีบรอนซ์ไม่ลดความนิยมในสมัยของเรา ของที่ระลึกผลิตภัณฑ์, ของตกแต่งภายใน, อุปกรณ์ตกแต่งประตูและประตู … นอกจากนี้โลหะผสมยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์ (มือจับ, บานพับ, ล็อค) และอุปกรณ์ประปา (ก๊อก, ฟิตติ้ง, ปะเก็น, ก๊อกน้ำ) ในเขตอุตสาหกรรม บรอนซ์ยังมีพื้นที่การใช้งานที่กว้างขวาง ดังนั้นการหล่อโลหะผสมจึงถูกนำมาใช้ทำตลับลูกปืน แหวนซีล บูช
การใช้ทองสัมฤทธิ์อย่างแพร่หลายนั้นได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติการกัดกร่อนเป็นพิเศษ ด้วยเหตุนี้จึงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนของกลไกที่สัมผัสกับน้ำอย่างต่อเนื่อง โลหะผสมที่มีความยืดหยุ่นสูงทำให้สามารถผลิตสปริงและชิ้นส่วนของเครื่องมือวัดได้
ถลุงบรอนซ์
แน่นอนว่าโลหะผสมแต่ละชนิดมีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป บรอนซ์เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยทองแดงและดีบุก ดังนั้นจึงทนต่อการหลอมใหม่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ สามารถใช้หลายครั้งเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ในทางกลับกัน หากทองแดงมีสิ่งเจือปนจำนวนมาก เช่น แมกนีเซียม ซิลิกอน อลูมิเนียม สมบัติเชิงกลอาจลดลงในระหว่างการหลอมใหม่
เนื่องจากองค์ประกอบอัลลอยด์ที่ปรับปรุงคุณสมบัติของบรอนซ์จะถูกออกซิไดซ์ในระหว่างการหลอมและเกิดออกไซด์ของวัสดุทนไฟซึ่งตั้งอยู่ตามแนวขอบของตาข่ายคริสตัล พวกเขาทำลายพันธะระหว่างเมล็ดพืช ทำให้ทองสัมฤทธิ์เปราะมากขึ้น
วิธีแยกแยะทองแดงจากทองเหลืองและทองแดง
คำถามที่พบบ่อยที่สุดคือความแตกต่างโลหะผสมนี้จากลักษณะอื่นที่คล้ายคลึงกัน แน่นอน ภายในอุตสาหกรรมและด้วยความช่วยเหลือของรีเอเจนต์พิเศษ สิ่งนี้ค่อนข้างง่าย แต่ถ้าคุณต้องการกำหนดวัสดุที่บ้านล่ะ
มาเริ่มกันที่โลหะผสมที่ประกอบด้วยดีบุกและทองแดง มวลของสารเหล่านี้เป็นเปอร์เซ็นต์อาจแตกต่างกัน ยิ่งทองแดงมาก สีก็จะยิ่งสว่าง แต่เนื่องจากเนื้อหาของดีบุกในโลหะผสม จะเป็นลำดับความสำคัญที่หนักกว่า ตัวอย่างเช่น Cu บริสุทธิ์
ถ้าเราเปรียบเทียบสีบรอนซ์กับทองเหลือง อย่างหลังจะมีโทนสีเหลืองมากกว่า ทองแดงนั้นมีความเหนียวมาก แต่โลหะผสมที่มีพื้นฐานจากทองแดงนั้นค่อนข้างยืดหยุ่นและแข็ง คุณยังสามารถกำหนดได้ว่าวัสดุใดที่อยู่ตรงหน้าคุณโดยการให้ความร้อน ดังนั้นในทองเหลืองภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงสังกะสีออกไซด์จึงถูกปล่อยออกมาและผลิตภัณฑ์จะได้ "คราบจุลินทรีย์" ที่เป็นขี้เถ้า แต่ทองแดงเมื่อถูกความร้อนจะไม่เปลี่ยนคุณสมบัติของมัน
งานศิลปะ
ค่อนข้างจะเจอฟิกเกอร์ทองแดงและฟิกเกอร์ต่างๆ งานศิลปะจำนวนมากถูกสร้างขึ้นในสมัยโบราณและในยุคกลาง
โลหะผสมที่มีทองแดงและดีบุกใช้ทำ:
- รั้วและประตูซึ่งไม่เพียงแต่สวยงามอย่างเหลือเชื่อแต่ยังทนทาน
- องค์ประกอบของโครงสร้างบันได
- ของที่ระลึกและงานประติมากรรม
- โคมไฟตกแต่ง: โคมระย้าและโคมระย้า
- ของตกแต่งภายใน
เพื่อฉี่ของที่จำเป็นองค์ประกอบสร้างรูปแบบพิเศษของไม้, ยิปซั่มหรือวัสดุโพลีเมอร์ - ที่เรียกว่าการปั้น โพรงของร่างนี้เต็มไปด้วยดินเหนียวและถูกลบออกหลังจากการหล่อ หลังการผลิต สามารถชุบพื้นผิวด้วยทอง นิกเกิล โครเมียม หรือเงินได้
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่า ตามปกติแล้ว โลหะผสมของดีบุกและทองแดงที่ไม่มีองค์ประกอบผสมจะใช้เพื่อสร้างงานศิลปะ เนื่องจากยิ่งมีส่วนประกอบดังกล่าวเป็นทองสัมฤทธิ์มากเท่าใด การหดตัวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งส่งผลเสียต่อคุณภาพและรูปร่างของผลิตภัณฑ์