برنز، آلیاژی متشکل از مس و قلع است. این آلیاژ از گذشته ی تاریخی استثنایی برخوردار است و همچنین کاربرد فراوانی دارد. این فلز پیش از 3000 سال قبل از میلاد ساخته شده است و قدیمی‌ترین آلیاژ ساخته شده توسط انسان است، هرچند استفاده از آن در مصنوعات تا چندین سال عمومیت نداشت. نسبت مس و قلع به طور گسترده ای (از 67 تا 95 درصد مس در مصنوعات باقیمانده) متفاوت بود، اما در قرون وسطی در اروپا، مقادیر معینی از خواص این فلز به دست آمد.
یک آلیاژ در مقاله یونانی قرن یازدهم در کتابخانه سنت مارک، ونیز، در حدود یک پوند مس را به دو اونس قلع (8 تا 1) تقسیم می کند و آن را در سالهای بعد برای سازه های برنز استفاده می کند. بعضی از این آلیاژ های مدرن حاوی قلع نیستند، جایگزین فلزات دیگر مانند آلومینیوم، منگنز و حتی روی هستند.
برنز در نتیجه آلیاژ کردن این فلز با قلع و سایر فلزات سخت تر از مس است. برنز به راحتی قابل تغییر کاربری است (به عنوان مثال، به راحتی ذوب می شود). همچنین سخت تر از آهن خالص و مقاوم در برابر خوردگی است. جایگزینی آهن برای این آلیاژ در ابزار و سلاح از حدود 1000 سال قبل از میلاد، نتیجه فراوانی آهن در مقایسه با مس و قلع بود، نه از مزایای ذاتی آهن.
برنز با افزودن مقدار کمی از فسفر به سختی و قدرت آن افزوده می شود و قدرت آن برای چنین کاربردی مانند پمپ ها ، دریچه ها و بوشینگ ها افزایش می یابد. همچنین در مهندسی مکانیک مفید است. برنزهای منگنز، که در آن ممکن است قلع کمتری وجود داشته باشد اما مقدار قابل توجهی از روی و تا 4.5 درصد منگنز در آن موجود است.
آلیاژ آلومینیوم، حاوی 16 درصد از آلومینیوم و مقادیر کمی از فلزات دیگر مانند آهن یا نیکل، به ویژه قوی و مقاوم در برابر خوردگی هستند؛ آنها برای اتصالات لوله، پمپ، چرخ دنده ها، پروانه های کشتی و تیغه های توربین به کار می روند.
خواص برنز
این آلیاژ معمولا یک فلز طلایی سخت و شکننده است. خواص آن بستگی به ترکیب خاص آلیاژ و همچنین نحوه پردازش آن دارد. در اینجا برخی از ویژگی های این آلیاژ را درج میکنیم:
-برنز اصطکاک کمتری نسبت به فلزات دیگر دارد.
-برای ریخته گری و مجسمه سازی بسیار پر کاربرد است ، زیرا از آن برای پر کردن قالب استفاده میکنند.
-شکننده
-با قرار گرفتن در معرض هوا، این آلیاژ اکسید می شود، اما تنها در لایه بیرونی آن است که این اتفاق می افتد. این پاتین شامل اکسید مس است که در نهایت تبدیل به کربنات مس می شود. لایه اکسید از فلز داخلی از خوردگی بیشتر محافظت می کند. با این حال، اگر کلرید ها (به عنوان آب دریا) وجود داشته باشند، کلرید های مس تشکیل می شوند که می تواند “خوردگی” ایجاد شود و فلز را از بین می برد.
-بر خلاف فولاد، این آلیاژ در برابر یک سطح سخت، جرقه ایجاد نخواهد کرد. این باعث می شود برنز مورد استفاده در اطراف مواد قابل اشتعال یا مواد منفجره مفید باشد.
تاریخچه برنز
هزاره چهارم پیش از میلاد در زمان سومر این فلز شروع به کار کرد. شیوع این آلیاژ در چین و هند تقریبا در همان زمان رخ داده است. حتی در دوران پیشرفت این آلیاژ ، چندین مورد از آهن متریوریتی ساخته شد، اما ذوب آهن غیرممکن بود. عصر این آلیاژ به دنبال عصر آهن بود که حدود 1300 سال قبل از میلاد آغاز شد. حتی در طول عصر آهن، این آلیاژ به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت.
4500 قبل از میلاد
قدیمی ترین آلیاژهای برنجی در محدوده زمانی 4500BC و در یک سایت باستان شناسی، Pločnik در صربستان یافت شد. قبل از این شایع ترین وسیله مورد استفاده 6500 سال پیش، تبر و سنگ بود. جایگزینی ابزار سنگی با برنز شاخص مهمی برای شروع عصر این آلیاژ در نقاط مختلف جهان بود. فرایند ریخته گری این آلیاژ و قابلیت شکل پذیری این فلز، اجازه ساخت سلاح و ابزار فراهم می آورد.
استفاده از برنز
این آلیاژ در معماری برای عناصر ساختاری و طراحی، در بلبرینگ به علت ویژگی های اصطکاک آن و به عنوان فسفر کاربرد این آلیاژ در سازهای موسیقی، تماس های الکتریکی و پروانه های کشتی استفاده می شود. آلیاژ آلومینیومی برای ساخت ابزار و برخی از بلبرینگ ها استفاده می شود.
این آلیاژ برای ساخت سکه هم استفاده میشود. بیشتر سکه های “مس” در واقع برنز هستند، که شامل مس با 4 درصد قلع و 1 درصد روی است.
این آلیاژ از دوران باستان برای ساخت مجسمه ها استفاده شده است. سنچیچی، پادشاه آشوری (706-681 پیش از میلاد) ادعا کرد که نخستین فردی است که مجسمه های برنزی بزرگ را با استفاده از قالب های دو طرفه اختراع کرده است.
ویژگی و استفاده
برنز به طور گسترده ای برای بلبرینگ، بوشینگ و بلبرینگ انتقال خودرو استفاده می شود و به ویژه در بلبرینگ موتورهای کوچک.
مقاومت به خوردگی – با تشکیل یک فیلد سطح محافظتی، اکثر آلیاژهای مس در برابر بسیاری از محیط های عامل خوردگی مقاومت می کنند.
مقاومت در برابر درجه حرارت بالا – چند خانواده از آلیاژهای این فلز در محیط های با درجه حرارت بالا مقاومت میکنند.
اصطکاک – آلیاژهای مس در برابر فولاد مقاوم هستند.
ماشینکاری – به طور کلی، آلیاژهای مس در مقایسه با فولاد بسیار پر استفاده تر است
جوش پذیری – به راحتی قابل جوش دادن است.
ریخته گری و لحیم کاری – تمام انواع آلیاژهای مس را می توان با لحیم کاری مورد استفاده قرار داد.
این آلیاژ دارای تاریخچه طولانی است که بسیار کاربرد دارد. از ابزار برنزی گرفته تا کاربرد های روزمره صنعتی و استفاده روزمره آن، می توانیم کاربرد و استفاده ی این فلز را لمس کنیم.
مزایا و معایب
برنز آلیاژی متشکل از مس است اما افزودن فلزات دیگر (معمولا قلع) باعث تولید آلیاژ بسیار سخت تر از مس می شود. این آلیاژ مقاومت در برابر خوردگی فلز را بهتر می کند و گرما و الکتریسیته را بهتر از بسیاری فلز ها میتواند تحمل کند.
برنز معمولا نرمتر، ضعیف تر و گرانتر از فولاد است.
استفاده های امروزی و مدرن
تا همین امروز، برنز دارای طیف گسترده ای از کاربرد ها است که آن را در استفاده روزمره می بینید. آلیاژ آلومینیومی بسیار سخت است و به طور گسترده ای در بلبرینگ های بوشینگ و یاطاقان دنده خودرو استفاده می شود و همچنین در موتورهای الکتریکی کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرد. فسفر این آلیاژ (2.5٪ تا 10٪ قلع و تا حدود 1٪ فسفر) به ویژه برای یاتاقان های پیچیده تر مناسب است.
برای مطالعه بیشتر در رابطه با آلیاژ ها می توانید به مقالات زیر مراجعه کنید:
- فسفر برنز ، آلیاژی برای همه کاربردها
- معرفی انواع آلیاژ مس و کاربردهای آنها
- آلیاژ برنج ، آشنایی با تاریخچه و کاربردهای آن در زندگی ما
