السبائك

بسم الله الرحمن الرحيم
السبائك
يتحدث كثيراً من الناس في وقتنا الحاضر عن السبائك كما
لو كانت جديدة والعديد منها جديد حقاً . ولكن رجلاً ما كان
يعيش فيما قبل التاريخ بالشرق الأوسط هو الذي اكتشف أنه
بخلط الفلزين النحاس والقصدير يمكنه صنع مادة أكثر صلادة
من أي من الفلزين ولذلك تكون أفضل بكثير لصنع العدد
والأسلحة .لقد اكتشف البرونز أقدم سبيكة عرفها الإنسان .




*مــــاهـي الســبيــكة *

السبائك ليست مجرد خلطات بسيطة للفلزات . فالبرونز
مثلاً لا يمكن فصلة إلى حبيبات من القصدير وحبيبات من
النحاس بنفس الكيفية التي يفصل بها خليط من الملح والسكر .
أن السبائك محاليل جامدة Solid Solutions لفلز ما
متذاوب في فلز آخر . فكثير من الفلزات تتذاوب في فلزات
أخرى مثلاً النحاس نقطة انصهاره 1083 درجة مئوية ولكنه
يتذاوب في الفضة المصهورة عند أقل من 1000 درجة مئوية
كما يذوب السكر في الشاي .

وخواص هذه المحاليل الجامدة تختلف
عن خواص الفلزات التي تحتوي عليها. وتعتمد البنية
الذريةAtomic Structure للسبائك على الكيفية التي يبرد بها الفلز
المصهور وعندما يتجمد فلز مصهورفإن ذرات الفلز ترتب نفسها
في نمط Pattern منتظم أو سبيكة Lattice لتكوين بلورات Crystals .
وإذا أجرى تبريد محلول منصهر لفلزين بسرعة ( عملية سقاية
أو تسقيةQuenching) فإن الذرات في المادة الجامدة تتخالط
عشوائياً في السبيكة .



ولكن إذا بردت السبيكة المصهورة ببطء فإن الذرات المختلفة
ترتب نفسها عادة بانتظام في نطاق النمط الكلي . وعلى سبيل
المثال إذا أجريت تسقية خليط يحتوي على نسب متساوية من
النحاس والزنك فإن الذرات ستترتب عشوائياً في سبيكة مكعبة
مع وجود ذرة في مركز كل مكعب .وإذا برد هذا السائل ببط فستتكون
السبيكة المكعبة من ذرات نحاس وتكون الذرات في مركز كل مكعب
ذرات زنك . وبنيةStructure هذه السبيكة - النحاس الأصفر
Brass- من أبسط أنواع السبائك ويحتوي كثير من السبائك على
أكثر من فلزين بعض منها يوجد بنسب ضئيلة - وتكون بنيتها الذرية
بالغة التعقيد .



سبيكة_ النحاس الأصفر
* الصلــب - المـادة الرئيسية للصنـاعة *

يحتوي الحديد المنتج في الفرن العاليBlast Furnace على نسبة
عالية من الكربون نتيجة تلامسه مع الكوك في الفرن العالي مما
يجعل الحديد صلداً وقصفاًBrittle جداً وعلى ذلك لا يمكن لحامه .
وهذا الحديد الزهرPig الخام لا يكون مفيداً للأغراض الإنشائية .

وفي حوالي عام 1860 ابتكر سير هنري بسمرSir Henry
Bessemer طريقة لتنقية الحديد . ثم أضاف الكربون وفلزات مختلفة
إلى الحديد لتحويلة إلى السبائك التي يطلق عليها اسم عام هو
الصلب Steel - أهم المواد الأساسية في الصناعة الحديثة .
وفي طريقة بسمر يصب الحديد الخام في محلولConverter. ثم
ينفخ تيار قوي من الهواء أو الهواء الغاز خلال الحديد من ثقوب
موجودة في قاع المحلول . ويؤدي هذا النفخ إلى احتراق الكربون
الزائد . ويمكن للحديد النقي أن يحصل على المقتدار الصغير من
الكربون اللازم بإضافة النسبة المضبوطة منه بعناية . ويمكن بالتحكم
في فترة النفخ Blowing Time والإضافاتAdditives في المرحلة
النهائية الحصول على تشكيلة واسعة من أنواع الصلب . وتوجد
حالياً عدة طرق أخرى لتحويل الحديد الزهر الخام إلى صلب وتعتمد
كلها على نفس مبدأ حرق الكربون الزائد والشوائبImpurities الأخرى
التي يلزم التخلص منها وإضافة العناصر المطلوبة .


* ســبائــك جديـدة لأغــراض جديــدة *


تتطلب صناعة الطيران باستمرار مواداً
أمتن وأخف وزناً .والألمونيوم وهو فلز خفيف جداً يعيبه أنه غير متين
ولا يقاوم درجات الحرارة العالية. ولكن Wilm ابتكر في عام 1911
السبيكة الممتازة المعرفة باسم " الدورالومين " Duralumin .
وهذه السبيكة تكاد تكون في متانة الصلب الطري Mild Steel
وفي خفة وزن الألمونيوم .وهي ما تحتوي على 3.5 إلى 4.5
في المائة من النحاس , و0.4 إلى 0.7 في المائة من المنجنيز
و 0.4 إلى 0.7 في المائه من المغنسيوم ، وحوالي 0.4 في المائه
من السليكون وما لا يزيد عن 0.5 في المائه من الحديد .والحديد
والسليكون لا يضافان ولكنهما موجودان في الألمونيوم .ولقد
أجرت البحوث على سبائك مماثلة . وبحلول عام 1930
ابتكرت شركة رولز روس سبائك ألمونيوم خاصة لأجراء
المحركات . وتبعاً لذلك نتج عن إنقاص وزن الكباس تقدم
رئسي في تحسين محرك الاحتراق الداخلي Internal


وكانت هذه السبائك تحتوي
على 2.25 في المائة من النحاس
و1.3 في المائة من النيكل و1.6 في المائة من المغنسيوم
و1.4 في المائة من الحديد و 0.1 في المائة من التيتانيوم
و0.5 إلى 1.25 في المائة من السليكون المتذاوبة في
الألمونيوم. واستلزم استعمال فلزات تتفاعل كيميائياً مثل
الألمونيوم والمغنسيوم تطوير أفران خاصة تعمل في جو خال
من الهواء . وهذان الفلزان والفلزات المماثلة تحترق بسرعة
مكونة أكاسيدها إذا سمح للهواء أن يتلامس معها وهي
منصهرة.ومع ابتكار المحرك النفاث تطلب مهندسو الطيران معادن
تقاوم درجات حرارة عالية تصل إلى 820 درجة مئوية ومع
ذلك لا تتناقص متانتها تحت الإجهادات Stressesالعالية .
ويحتاج علماء الفضاء حالياً معادن تقاوم درجات الحرارة التي
تصل إلى 1700 درجة مئوية عند عودة مركبة الفضاء إلى
جو الأرض . ولقد استعملت في البداية اواع الصلب المقاوم
للصدأ المحتوية على الكروم والنيكل والتنجستن وكانت
الأسباب الرئيسية لانخفاض متانتها هي وجود شوائب وفجوات
هوائية صغيرة بها .

وفي حوالي عام 1947 ابتكر فرن تفريغي
Vacuum Furnaceفي الولايات المتحدة وفي هذا
النوع من الأفران يتم طرد كل الهواء منه ويسخن المعدن بإمرار
تياركهربائي عالي التردد من حول خارج الفرن في ملفات خاصة
مبردة . ويتسبب ذلك في تولد مجالات مغنطيسية وكهربائية
قوية جداً في المعدن عند منتصف الفرن وهي لا تؤدي فقط
إلى تسخين المعدن حتى ينصهر بل وتعمل على تقليب المعدن
المصهور . ولقد استعمل أول فرن تفريقي في إنتاج التيتانيوم
النقي وهو فلز أمتن من الصلب ولكنة في خفة وزن الألمونيوم
وسرعان ما استعملت هذه الأفران في إنتاج سبائك بالغة النقاء
لا تحتوي إلا على الفلزات المطلوبة وخالية من أي هواء متذاوب .
وهذه السبائك تستعمل في الطائرات وصواريخ الفضاء ومحطات
القدرة النووية حيث تلزم معادن نقية جداً وبالرغم من اشتداد الطلب
على هذه السبائك النقية الجديدة فلا يزال الطلب متزايداً على
السبائك الأقدم وخاصة سبائك النحاس والنيكل .

ولا يزال البرونز وهو أقدم السبائك
يستعمل على نطاق واسع للمحامل والمضخات والتروس والمسامير
والصواميل في حين قد يأتي النحاس الأصفر في المرتبة الثانية
بوصفة أهم سبيكة للأغراض الهندسية بعد الصلب.وأهم سماته هي
متانته ومقاومته للتآكل وخاصة من ماء البحر . والنيكل مكون
رئيسي لسبائك عديدة حيث يكون النحاس غالباً هو المكون
الرئيسي الثاني كما في السبيكة النيكلية النحاسية
Cupro-nickel


السبيكة النيكلية النحاسية Cupro-nicke


وسبيكة كونستانتون Constanton ومعدن مونل
Monel Metal .


معدن مونل

. وهو أيضاً أحد المكونات الرئيسية لكثير من
العملات " الفضة " التي لا تحتوي منذ سنوات عديدة على أي فضة .
وهي تصنع من سبيكة نيكل مع النحاس الزنك . كذلك يستعمل
النيكروم وهو سبيكة تحتوي على حوالي 80 في المائة نيكل 20
في المائة كروم في صنع عناصر التسخينHeating Elements
بالسخانات الكهربائية .

رايع يا محمد