البرونز عبارة عن خليط معدني. التركيب الكيميائي للبرونز

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يعرف الكثير من الناس عن البرونز فقط أن المنحوتات والآثار مصبوبة منه. في الواقع ، فإن هذا المعدن محروم دون وجه حق من الاهتمام الشعبي. بعد كل شيء ، لم يكن عبثًا أنه في تاريخ البشرية كان هناك حتى عصر برونزي - حقبة كاملة احتلت خلالها السبيكة مركزًا مهيمنًا. إنها واحدة من المواد القليلة المستخدمة في كل من الصناعة والفن. الصفات التي تمتلكها سبيكة من النحاس والقصدير لا غنى عنها ببساطة في العديد من الصناعات. يتم استخدامه في صناعة الأدوات والهندسة الميكانيكية وصب أجراس الكنائس وما إلى ذلك. في الوقت نفسه ، يوجد اليوم عدد كبير من درجات المعادن ، لكل منها خصائص محددة مسبقة الصنع.

استخدام البرونز في الماضي

يعود أول ذكر لسبائك النحاس والقصدير إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. هذا الاختراق التكنولوجييعتقد المؤرخون ، أنه سمح لحضارة بلاد ما بين النهرين بأخذ مكانة رائدة في ذلك الوقت. تشهد الحفريات الأثرية التي أجريت في جنوب إيران على الاستخدام الواسع النطاق للبرونز في صناعة رؤوس الأسهم والخناجر والرماح والفؤوس والسيوف. من بين المكتشفات حتى العناصر الداخلية ، مثل الأثاث والمرايا ، وكذلك الأباريق والأمفورات والمزهريات والألواح. تم استخدام نفس السبيكة لسك العملات المعدنية القديمة وصنع المجوهرات.

بدأ استخدام البرونز في العصور الوسطى بنشاط في أوروبا. صُنعت منه أجسام ضخمة مثل المدافع وقباب الكنائس. في فترة لاحقة ، مع تطور الهندسة الميكانيكية ، لم يمر هذا المعدن متعدد الاستخدامات مرور الكرام. تم تقديره بشكل أساسي لخصائصه المضادة للاحتكاك والتآكل. في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أن المواد المستخدمة سابقًا كانت مختلفة إلى حد ما عن تلك الموجودة في البرونز اليوم. احتوى تكوين السبيكة على العديد من الشوائب الصغيرة ، مما أدى إلى تدهور جودتها بشكل كبير.

التركيب الكيميائي للبرونز الحديث

اليوم ، في علم المواد ، البرونز هو سبيكة من معدنين: النحاس والقصدير ، والتي يمكن استخدامها بنسب مختلفة. لإعطاء المعدن الصفات المطلوبة ، يمكن إضافة الزنك والفوسفور والمغنيسيوم والرصاص والسيليكون إلى هذا الزوج. تم تقليل وجود الشوائب العشوائية بمساعدة التقنيات الحديثة عمليًا إلى الصفر.

في معظم الحالات ، تعتبر نسبة النحاس إلى القصدير بنسب 85 إلى 15 بالمائة مقبولة. تخفيض حصةالمكون الثاني الموجود أسفل العلامة المشار إليها يؤدي إلى عدد من المشاكل ، أهمها التسييل. يستخدم هذا المصطلح من قبل علماء المعادن للإشارة إلى عملية تفريغ السبائك وتصلبها غير المتكافئ.

تأثير لون السبيكة على جودتها

يمكن للأشخاص المطلعين أن يتعلموا الكثير عن مادة ما بمجرد النظر إلى لون البرونز. التكوين يؤثر بشكل مباشر على هذه المعلمة. كما قد تتخيل ، فإن النحاس يمنح السبيكة صبغة حمراء. لذلك ، فإن تقليل نسبته لصالح المكونات الأخرى سيعني انتقالًا تدريجيًا للون إلى درجات ألوان باهتة.

مع التوازن المعتاد للمكونات (85٪ نحاس) ، يلقي البرونز باللون الأصفر. هذا هو الصنف الأكثر شيوعًا الذي يمكن العثور عليه. يتم الحصول على سبيكة بيضاء بعد تعديل النسبة إلى نسبة 50:50. لكن لكي يتحول لون البرونز إلى اللون الرمادي ، من الضروري تقليل كمية النحاس إلى 35٪.

أما بالنسبة للتغيير في الخصائص العملية للسبيكة عند تجربة تركيبها ، فالوضع كالتالي. ستعتمد ليونة المادة بشكل مباشر على محتوى القصدير فيها. كلما كان ذلك أصغر ، كلما كان البرونز أكثر مرونة ، لكن هذه العبارة صحيحة فقط حتى حد معين. لذلك ، عندما يتم الوصول إلى علامة 50٪ ، تصبح السبيكة ناعمة مرة أخرى.

برونزية في الفن

مادة قوية ومتينة ، مع وجود نقطة انصهار منخفضة إلى حد ما وليونة جيدة ، لا يمكن إلا أن تثير اهتمام المبدعين ، ولا سيما النحاتين. بالفعل في القرنين الخامس والرابع قبل الميلاد في اليونان ، تم إعداده بأدق التفاصيلتقنية صنع التماثيل البرونزية ، والتي لا تزال صالحة حتى اليوم.

يتمثل في حقيقة أن التمثال المصنوع من مادة مقاومة للحريق تم استبداله مبدئيًا بالشمع ، والذي يتم تدميره مباشرة أثناء الصب. للقيام بذلك ، وفقًا للرسم ، يجب أولاً عمل نموذج من الجبس ، ثم قالب للصب. يذوب محتوى الشمع ببساطة عند تعرضه لدرجة الحرارة ، ويحل محله البرونز ، الذي يبرد ويصلب. بعد ذلك ، يبقى فقط للمعالجة وتحقيق الكمال.

معدن مدفعي

لتصنيع المدافع ، ولاحقًا المعدات العسكرية الأخرى ، تم استخدام البرونز دائمًا. تحتوي تركيبة السبيكة المستخدمة لهذه الأغراض كقاعدة عامة على 90٪ نحاس و 10٪ فقط قصدير.

هذا يرجع إلى حقيقة أن مادة الأدوات يجب أن تكون قوية جدًا وذات مقاومة عالية للتمزق. تمتلك العلامة التجارية البرونزية BrAZhMts10-3-1.5 مثل هذه الصفات. بالإضافة إلى المكونات الرئيسية ، فهو يحتوي على 1-2٪ منجنيز ، مما يحسن خصائص مقاومة الاحتكاك ودرجة الحرارة.

صنع جرس الكنيسة

يجب أن يكون رنين الأجراس لحنيًا ، ويجب أن يرضي صوتها الأذن على مسافة بعيدة. الغريب ، لكن البرونز لديه مثل هذه المواهب الموسيقية. لتحسين صوت الجرس ، فهو مصنوع من سبيكة تحتوي على نسبة عالية من القصدير (من 20 إلى 22٪). في بعض الأحيان يضاف إليها بعض الفضة. ماركات من البرونز ، والتي تستخدم في صناعة الأجراس وغيرها من الآلات الإيقاعية ،غير مناسبة تمامًا للاستخدام العملي في الصناعات الأخرى. هذا يرجع إلى حقيقة أن مثل هذه السبيكة لها هيكل دقيق الحبيبات وهشاشة متزايدة.

برونز الفوسفور والألمنيوم

أول سبيكة تتكون من 90٪ نحاس و 9٪ قصدير و 1٪ فوسفور تم استخدامها بواسطة Künzel في عام 1871. كان يطلق عليه برونز الفوسفور ، وقد وجدت المادة تطبيقه بشكل أساسي في الهندسة الميكانيكية. يتم صب أجزاء مختلفة من الماكينة منه ، والتي تخضع لزيادة الاحتكاك. الفوسفور ضروري لزيادة المرونة وتحسين خصائص مقاومة التآكل. الميزة الرئيسية لهذا المعدن أنه يملأ بشكل مثالي أي فترات استراحة أثناء الصب.

برونز الألومنيوم ، الذي يتميز تكوينه بنسبة عالية من النحاس (تصل إلى 95٪) ، يشبه إلى حد بعيد في المظهر الذهب. بالإضافة إلى الجمال ، لديها عدد من المزايا الأخرى التي لا يمكن إنكارها. على سبيل المثال ، تسمح إضافة 5٪ من الألومنيوم للسبائك بمقاومة التعرض الطويل الأمد للبيئات القاسية مثل الحموضة العالية.

كمواد لتصنيع أجزاء الماكينة المختلفة ، فقد حل هذا المعدن تقريبًا محل البرونز الفوسفوري في مصانع الورق وإنتاج البارود نظرًا لمقاومته العالية للتمزق.

برونز السليكون والمنغنيز

يضاف السيليكون إلى السبيكة لزيادة التوصيل الكهربائي. تستخدم هذه الجودة في إنتاج أسلاك الهاتف. التركيب المرجعي لبرونز السيليكون هو كما يلي: 97.12٪ نحاس ، 1.14٪ قصدير ، 0.05٪ سيليكون.

الأصعبتتميز عملية الإنتاج بسبيكة تحتوي على المنجنيز. تتم العملية برمتها على عدة مراحل. أولاً ، يضاف المنغان الحديدي إلى النحاس المصهور. بعد ذلك ، بعد الحفاظ على نظام درجة الحرارة المحدد ، يضاف القصدير والزنك إذا لزم الأمر. تقوم شركة Bronce الإنجليزية بتصنيع عدة درجات من برونز المنغنيز بلزوجة وصلابة مختلفة. يمكن استخدام مثل هذه السبيكة في جميع الصناعات تقريبًا.