فلزات عناصر بسیار کاربردی و بی نظیری هستند که در محصولات و تجهیزات مختلف صنعتی و غیر صنعتی از آن ها استفاده های گسترده ای می شود. برخی از آن ها مانند طلا جنبه های تزئینی دارند و به دلیل کمیاب بودن و خواص فیزیکی و شیمیایی خاص، جزء گرانترین فلزات به حساب می آیند. نکته جالب اینجاست که برخلاف تصور برخی افراد بین فلز و آهن تفاوت هایی وجود دارد و این دو عناصر یکسانی نیستند. طوری که کلیه فلزات به دو دسته فلز غیر آهنی و فلز آهنی تقسیم می شوند و هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند که در ادامه بیشتر با آن ها آشنا خواهید شد.
پاسخ این سؤال در یک نگاه سطحی بسیار ساده است. فلزات آهنی حاوی آهن هستند و فلزات غیر آهنی حاوی آهن نیستند. اما پاسخ عمیق تر این است که فلزات آهنی و فلزات غیر آهنی هر کدام ویژگی های متمایز خود را دارند. این خصوصیات کاربردهای مناسب آن ها را تعیین می کند. همچنین یکی از مهم ترین تفاوت های فلزات آهنی و غیر آهنی توانایی آن ها در ایجاد میدان مغناطیسی و نیروهای مغناطیسی است که انواع فلز غیر آهنی نمی توانند میدان مغناطیسی تشکیل دهند. اما مزیت آن ها نسبت به فلزات آهنی مقاومت بیشتر آنها است و ویژگی هایی دارند که باعث شده در بیشتر موارد قیمتشان هم از فلزات آهنی بیشتر شود.
همانطور که میدانید از قرن ها پیش (میتوان گفت از ابتدای تمدن) از انواع فلز غیر آهنی استفاده میشده است. به عنوان مثال کشف مس در 5000 سال قبل از میلاد پایان عصر سنگ و آغاز عصر مس بود. اختراع بعدی برنز، آلیاژی از مس و قلع، عصر برنز را آغاز کرد و همین طور استفاده و کاربردهای این فلزات روز به روز ارزشمندتر و بیشتر شد. استفاده از فلزات آهنی نیز از حدود 1200 سال قبل از میلاد مسیح با تولید آهن شروع شد.
تعداد فلزات آهنی زیاد است اما برخی از فلزات آهنی معمول شامل فولاد آلیاژی، فولاد کربنی، چدن و آهن فرفورژه هستند. این فلزات به دلیل مقاومت در برابر کشش و دوام بسیار ارزشمند می باشند. کربن استیل که به آن فولاد سازهای نیز میگویند یکی از اصلی ترین فلزات و مصالح در صنعت ساختمان است و در بلندترین آسمان خراش ها و طولانی ترین پل ها مورد استفاده قرار می گیرد. فلزات آهنی همچنین در کانتینرهای حمل و نقل، لوله کشی صنعتی، اتومبیل، مسیرهای راه آهن و بسیاری از ابزارهای تجاری و خانگی به کار میروند.
این نوع فلزات اصولاً دارای محتوای کربن زیادی هستند که به طور کلی آن ها را در معرض زنگ زدگی در محیط های مرطوب قرار می دهد. البته شایان ذکر است که این قاعده دو مورد استثنا دارد:
فولاد با افزودن آهن به کربن ساخته می شود و آهن را سخت می کند. با ورود عناصر دیگری مانند کروم و نیکل، فولاد آلیاژی حتی سخت تر می شود. فولاد با حرارت دادن و ذوب سنگ آهن در کوره ها به وجود می آید. آلیاژهای فولادی بعد از کوره شدن در قالب ریخته می شوند تا میله های فولادی تشکیل شوند. از فولاد به طور گسترده ای در صنایع ساختمانی و تولیدی استفاده می شود.
فولاد کربن در مقایسه با سایر انواع فولاد، محتوای کربن بالاتری دارد که آن را فوق العاده سخت می کند. این ماده معمولاً در ساخت انواع ماشین آلات، مته ها، تیغه ها، شیرها و فنرها مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع فولاد می تواند لبه های تیز آهنی را حفظ کند و نوع ضد زنگ آن برای دستگاه های برش یا ابزارآلاتی مثل قیچی استفاده می شود.
فولادهای آلیاژی دارای عناصری مانند کروم، نیکل و تیتانیوم هستند تا بدون افزایش وزن، از مقاومت و دوام بیشتری برخوردار شوند. فولاد ضدزنگ نیز یک فولاد آلیاژی مهم است که با استفاده از کروم ساخته می شود. از فولادهای آلیاژی در ساخت و ساز، ماشین آلات و اجزای الکتریکی استفاده می شود.
چدن آلیاژی است که از آهن، کربن و سیلیکون ساخته می شود. چدن شکننده و سخت است و در برابر سایش مقاوم می باشد. از این نوع فلز در لوله های آب، ماشین آلات، موتور اتومبیل و اجاق گاز استفاده میکنند.
آهن فرفورژه آلیاژی با مقدار کمی کربن می باشد که تقریباً میتوان گفت نوعی آهن خالص است. در طی فرآیند تولید، مقداری سرباره به آن افزوده می شود که مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون به آهن می دهد. با این وجود مقاومت فرفورژه در برابر سختی و خستگی کم است. از آهن فرفورژه برای شمشیر سازی، انواع نرده های تزئینی، تخت، میز و صندلی، وسایل کشاورزی، میخ، سیم خاردار، زنجیر و تزئینات مختلف استفاده می شود.
آنچه در قسمت قبل در تمام فلزات آهنی یکسان بود وجود فلز آهن در ساخت این مواد می باشد. در انواع فلز غیر آهنی دیگر از آهن به عنوان یکی از اجزای سازنده استفاده نمی شود. این نوع فلزات نیز در بسیاری از موارد ساختمان سازی، صنعت و ... کاربرد دارند که در ادامه هر کدام از آن ها را همراه با کاربردشان شرح خواهیم داد:
مس یکی از انواع فلز غیر آهنی است که بسیار نرم می باشد و عموماً رنگ آن در حالت خام قهوه ای است و خاصیت شکل پذیری فوق العاده ای دارد. وزن مخصوص فلز مس 8.9 در متر مکعب بوده و استقامت کششی بالایی دارد. جالب است بدانید مس یکی از فلزات ضروری مورد نیاز بدن می باشد و به همین دلیل برخی از پزشکان طب سنتی توصیه می کنند از ظروف مسی استفاده کنید تا بدون نیاز به مکمل، مس بدن شما تأمین شود. بعد از آهن، آلومینیوم و فولاد، مس یکی از با ارزش ترین فلزات است، این فلز در شرایط متعارف عمر طولانی دارد و اصلاً زنگ نمی زند. با گذشت زمان و حرارت ممکن است تغییر رنگ دهد که آن را با قلع و نشا دوباره به حالت اول خود برمی گردانند. در ایران نیز معادن مس فراوانی وجود دارد و به همین دلیل در گذشته اکثراً از ظروف مسی برای موارد مختلف استفاده می کردند. هم اکنون نیز کارخانه های تولید فراورده های مس ایران بسیار پر رونق می باشند.
فلز قلع یک فلز سفید رنگ و بسیار شکل پذیر است. وزن مخصوص قلع 7.3 در متر مکعب بوده و دمای ذوب آن 232 درجه سانتی گراد می باشد.
انواع کاربرد فلز قلع عبارتند از:
به طور کلی از قلع استفاده های کمتری نسبت به روی و سایر فلزات غیر آهنی در ساختمان می شود. در واقع از این فلز غیر آهنی بیشتر به صورت ترکیبی برای ساخت انواع آلیاژهای خاص مخصوصاً برنز یا مفرغ استفاده می کنند. مثلاً مفرغ ترکیبی از مس و قلع می باشد و کاربردهای بسیار زیادی دارد.
سرب سنگین ترین و در عین حال نرم ترین فلز صنعتی می باشد که وزن مخصوص آن 11.34 است، رنگ آن حالت سفید مایل به آبی دارد و از لحاظ ظاهری بسیار زیبا می باشد. دمای ذوب فلز سرب 327 درجه سانتی گراد بوده، این فلز غیر آهنی در برابر مواد شیمیایی مقاومت خوبی از خودش نشان می دهد و دچار زنگ زدگی نمی شود. معمولاً فلز سرب را به شکل های مختلف مانند ورق، شمش، سیم سربی و یا شمش های شکل دار تولید و به بازار عرضه می کنند.
مهم ترین کاربردهای سرب عبارتند از:
فلز روی فلز نسبتاً نرمی است که رنگ سفیدی دارد. این فلز غیر آهنی در برابر هوا و اکسید شدن بسیار مقاوم بوده و به همین دلیل دارای مصارف گوناگونی برای ساخت تجهیزاتی که با محیط های مرطوب سر و کار دارند، می باشد. معمولاً از پرس های مخصوص برای ساخت انواع وسایل با فلز روی استفاده می کنند. وزن مخصوص آن 7.14 بوده و دمای ذوبش 419 درجه سانتی گراد می باشد.
انواع کاربردهای فلز روی عبارتند از:آلومینیوم (aluminium) یکی از مهم ترین فلزات در انواع صنایع محسوب می شود که مهم ترین علت آن ضد زنگ و سبک بودن این فلز غیر آهنی است. وزن آلومینیوم تنها 2.7 در متر مکعب بوده و دمای ذوب آن 658 درجه سانتی گراد می باشد. از دیگر خواص آلومینیوم که آن را نسبت به سایر فلزات متمایز کرده هدایت الکتریسیته و گرما و همچنین مقاومت بسیار بالای آن در برابر پوسیدگی است. همچنین از ترکیب آن با آلیاژهای دیگر نوع خاصی از آلومینیوم های آلیاژی ساخته می شود که بیشتر در صنایع هوایی و هواپیماسازی به کار برده می شود. اما عیوبی هم دارد که از جمله آن میتوان به ضریب ارتجاعی کم و تغییر شکل شدید آن در برابر بارهای مختلف اشاره کرد. همچنین در دماهای بالای 100 درجه سلسیوس خواص مکانیکی آن تغییرات محسوسی می کند که به همین دلیل نمی توان از آن به صورت گسترده در سازه ها استفاده نمود.
برخی از کاربردهای مهم آلومینیوم عبارتند از:برنز یکی از فلزات ارزشمند غیر آهنی است که وزن مخصوص آن 8.5 در متر مکعب بوده و دمای ذوبی برابر با 930 درجه سانتی گراد دارد. برنز به صورت آلیاژ تولید می شود و ترکیبی از مس و قلع دارد که 90 درصد آن مس و 10 درصد دیگر قلع است. رنگ آن از فلز برنج تیره تر بوده و بیشتر شبیه به رنگ مس می باشد. از برنز بیشتر در وسایل تزئینی و انواع مدال های مسابقات مختلف استفاده می شود.
فلز نیکل (NICKL) دارای وزن مخصوص 9.8 است و در گرمای 1453 درجه سانتی گراد ذوب می شود. این فلز نسبت به عوامل تخریب کننده جوی، مقاومت بالایی دارد. رنگ نیکل تقریباً سفید نقره ای است که درخشان و زیبا می باشد، می توان گفت از فلزات نسبتاً سخت محسوب می شود. معمولاً خود نیکل از ترکیب سیلیکات نیکل آهن و منیزیم تولید می گردد. از نیکل بیشتر در تولید آلیاژهای مختلف فولاد و سیم‌های کروم- نیکل برای مصارف صنعت برق استفاده میکنند.
طلا (Gold) فلزی زرد رنگ، بسیار نرم، چکش خوار و قابل انعطاف است که ارزش فوق العاده بالایی در جهان دارد. تنها موادی که می توانند باعث تخریب طلا شوند کلر و تیزاب سلطانی ( آمیزه ای از اسید نیتریک و اسیدهیدروکلریک) است. بنابراین این فلز غیر آهنی در برابر عوامل جوی بسیار مقاوم بوده و به همین دلیل برای انواع زیورآلات از آن استفاده می شود. طلا معمولاً به صورت رگه هایی نازک در کنار کانی های مس و یا به صورت جداگانه در معادن طلا یافت میگردد. در بسیاری از کشورهای دنیا طلا به عنوان معیاری برای سنجش ارزش پول به حساب می آید. علاوه بر جواهرات از طلا در دندانپزشکی و برخی لوازم الکترونیک خاص نیز استفاده می شود.
نقره یکی دیگر از فلزات غیر آهنی پرکاربرد است که بسیار براق و جذاب می باشد. رنگ آن سفید بوده و از فلزات نرم و شکل پذیر محسوب می شود. نقره در میان تمامی عناصر، بیشترین رسانایی الکتریکی و در میان همه فلزات بالاترین رسانایی گرمایی را دارد. این فلز هم در کنار رگه های طلا و هم به صورت خالص در معادن نقره یافت می شود. لازم به ذکر است که بیشترین میزان نقره همراه با استخراج نیکل، سرب، روی و مس به دست می آید. از نظر قیمتی نقره بعد از طلا از گرانترین فلزات محسوب می شود و به همین دلیل از آن بیشتر در ظروف تزئینی و زیورآلات استفاده می کنند. در بخش تولید از نقره برای ساخت مدال و سکه، صنایع الکترونیک و برخی صنایع دیگر، عکاسی و ساخت انواع ظروف غذاخوری لوکس استفاده می شود.
جمع بندیفلزات غیر آهنی فلزات بسیار گران بها و با ارزشی هستند که امروزه در انواع صنایع کاربرد زیادی دارند. این فلزات در ساخت ریزترین وسایل مانند انواع جواهر و زیورآلات تا مصارف ساختمانی مانند ساخت درب و پنجره استفاده می شوند و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خود بسیار ارزشمند هستند.