คุณสมบัติของทองแดง

ทองแดง และโลหะผสมทองแดง เป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่สามารถนำไปใช้งานได้อย่างหลากหลาย

คุณสมบัติที่ทำให้ทองแดงมีความเหมาะสมในการนำไปใช้งานได้หลากหลายประเภท คือ ความแข็งแกร่ง, สภาพการเป็นตัวนำ, ความต้านทานการกัดกร่อน, การแปรรูป และความอ่อน
เราสามารถเพิ่มคุณสมบัติของทองแดงได้ โดยการเปลี่ยนส่วนประกอบ และวิธีการผลิต

• สภาพการนำไฟฟ้า: ทองแดงเป็นโลหะในทางวิศวกรรมที่ถูกใช้ทำเป็นตัวนำไฟฟ้ามากที่สุด โดยที่เงิน และธาตุอื่นๆ อาจะถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่ง, ป้องกันการอ่อนตัว หรือเพื่อเพิ่มคุณสมบัติอื่นๆโดยที่ไม่ทำให้เสียสภาพการนำไฟฟ้า
• สภาพการนำความร้อน: เป็นคุณสมบัติเดียวกันกับสภาพการนำไฟฟ้า โลหะผสมทองแดงอาจถูกใช้เพื่อให้มีความต้านทานการกัดกร่อน กล่าวคือความสามารถในการนำความร้อนจะลดลงเมื่อเพิ่มปริมาณอัลลอยด์ ในขณะที่ความต้านทานการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้น
• สี และลักษณะที่ปรากฏ: โดยทั่วไปแล้วทองแดงจะมีสีเฉพาะ และอาจเปลี่ยนสีได้โดยขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ อัลลอยด์ส่วนมากสามารถทำการเตรียมการ และบำรุงรักษามาตรฐานของพื้นผิวได้ง่าย ถึงแม้จะมีสภาวะการกัดกร่อนที่ไม่พึงประสงค์ อัลลอยด์ส่วนใหญ่ถูกใช้ในการปรับสภาพให้ทองแดงมีความเหมาะสมกับการใช้งาน ตั้งแต่การขึ้นรูป หรือภายหลังจากการชุบโลหะ โดยที่อัลลอยด์แต่ละชนิดจะให้สีเฉพาะตัวออกมาเริ่มตั้งแต่สีชมพูแซลมอน จนถึงสีเหลือง ส่วนสีทอง และเขียวจนถึงบรอนซ์ดำ จะเกิดจากสภาพอากาศ โดยการสัมผัสกับบรรยากาศสามารถทำให้พื้นผิวทองแดงเป็นสีเขียว หรือบรอนซ์ดำได้ หรือการทำอัลลอยด์พื้นผิวสนิมในรูปแบบผลิตภัณฑ์บางประเภท
• ความต้านทานการกัดกร่อน: โลหะผสมทองแดงจะป้องการการกัดกร่อนจากน้ำ และไอน้ำได้ โลหะผสมทองแดงสามารถป้องกันการกัดกร่อนในสภาพอากาศของชนบท, ในทะเล และโรงงานอุตสาหกรรมได้ ทองแดงสามารถป้องกันน้ำเกลือ, ดิน, แร่ธาตุที่ไม่เกิดการออกซิเดชั่น, กรดอินทรีย์ และการกัดกร่อน แต่แอมโมเนีย, ฮาโลเจน, ซัลไฟด์, สารละลายที่มีแอมโมเนียไอออน และกรดออกซิไดซ์ จะทำลายทองแดงได้ เช่นเดียวกับโลหะผสมทองแดงที่ป้องกันกรดอนินทีรย์ได้เพียงเล็กน้อย โดยความสามารถในการป้องกันการกัดกร่อนของโลหะผสมทองแดงจะมาจากการสร้างแผ่น ฟิล์มบนพื้นผิวของวัสดุ และฟิล์มนี้จะทำหน้าที่ป้องกันการกัดกร่อนโลหะ
• ความอ่อนสามารถปรับปรุงได้โดยทำการอบอ่อน: สามารถทำได้โดยกระบวนการอบอ่อน หรือโดยการเชื่อม หรือขั้นตอนการประสาน
• การชุบแข็ง/การเพิ่มความแข็ง: มีรูปแบบการเพิ่มความแข็งโดยทั่วไปอยู่ 4 รูปแบบของทองแดง คือ การเพิ่มความเครียด (strain hardening), การเพิ่มความแข็งแรงโดยสารละลายของแข็ง (solid-solution hardening), การทำให้เกิดสารประกอบขนาดเล็ก (precipitation hardening) และ การเพิ่มความแข็งแรงโดยการกระจายตัวของเฟสที่สอง (dispersion strengthening) ส่วนรูปแบบที่ห้าคือ spinodal decomposition เป็นรูปแบบที่ใช้ในการค้าขายโดยตรง แต่จะประกอบด้วย ทองแดง-นิกเกิล-ดีบุก เท่านั้น การผสมกลไกการเพิ่มความแข็งแรงถูกใช้ในการเพิ่มคุณสมบัติทางกลขั้นสูงสำหรับ โลหะผสมทองแดงขั้นสูง

ขอบคุณบทความดีจาก keytometals.com

คุณสมบัติของอลูมิเนียม

• ข้อดีบางประการของอลูมิเนียมคือ ดูดี, ง่ายต่อการผลิต, ต่อต้านการกัดกร่อนได้ดี, ความหนาแน่นต่ำ, อัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง และความเหนียวที่ต้านการแตกหักสูง

• ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ อลูมิเนียมจึงเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีผลต่อเศรษฐกิจ และการทำโครงสร้าง ที่ใช้ในการค้าขาย และอุปกรณ์ทางการทหาร

• เมื่อสัมผัสกับอากาศ จะทำให้เกิดชั้นฟิล์มบางๆเรียกว่า อลูมิเนียมออกไซด์ อยู่ที่ชั้นผิวของอลูมิเนียม ซึ่งชั้นผิวนี้จะสามารถป้องกันการกัดกร่อน และกรดต่างๆได้ แต่สามารถป้องกัน อัลคาลิส ได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

• อลูมิเนียมบริสุทธิ์ จะมีค่าแรงดึงไม่สูงนัก แต่อย่างไรก็ตามการเพิ่มธาตุบางชนิดเข้าไปเช่น แม็กนีเซียม, ซิลิคอน, ทองแดง และแมงกานีส สามารถเพิ่มคุณสมบัติความแข็งแรงให้กับอลูมิเนียมได้ และได้อัลลอยด์ที่มีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งานนั้นๆ

• อลูมิเนียมเป็นตัวนำความร้อนที่ดีเยี่ยม และนำความร้อนได้ดีกว่าเหล็กถึงสามเท่า ด้วยคุณสมบัตินี้ทำให้อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่มีความสำคัญกับทั้งงานที่ใช้ ความเย็น และความร้อน เช่น ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (heat-exchangers) เมื่อพูดถึงอลูมิเนียมที่ไม่ผสมธาตุใดๆแล้ว อลูมิเนียมประเภทนี้จะถูกใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตอุปกรณ์การทำอาหาร และชุดเครื่องครัว

• อลูมิเนียมมีน้ำหนักเพียง 1 ใน 3เท่าของเหล็ก และ ทองแดง ทำให้มันเป็นโลหะในเชิงพาณิชที่มีน้ำหนักเบาที่สุด

• เทียบกับทองแดงแล้ว อลูมิเนียมถือว่ามีความสามารถในการนำไฟฟ้าเพียงพอที่จะใช้ทำเป็นตัวนำไฟฟ้าได้

ขอบคุณบทความดีๆจาก keytometals.com 

คุณสมบัติของเหล็ก

• หากพูดถึงคุณสมบัติของวัสดุ จะพบว่าเหล็กเป็นวัสดุที่มีความสำคัญทางด้านวิศวกรรม และการก่อสร้างมากที่สุดในโลก

• คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเหล็กก็คือความสามารถในการขึ้นรูปได้ และความทนทานที่ยอดเยี่ยม รวมทั้งยืดหยุ่นได้ดี, มีค่าจุดคราก และการนำความร้อนที่ดี ตลอดจนคุณสมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่มีในเหล็กกล้าไร้สนิม นั้นคือความทนทานต่อการกัดกร่อน

• เมื่อทำการเลือกวัสดุไปใช้ในงานที่จำเพาะเจาะจงแล้ว วิศวกรต้องมีความมั่นใจในความเหมาะสมของ สภาวะการรับแรง และความทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆ และนี่คือหัวข้อที่อยู่ในการบริการของเรา ความเข้าใจ และการควบคุมคุณสมบัติของวัสดุให้ได้นั้นเป็นสิ่งจำเป็น คุณสมบัติทางกลของเหล็กสามารถทำการควบคุมได้โดยอาศัยการเลือก chemส่วนประกอบทางเคมีที่เหมาะสม,กระบวนการ และกระบวนการอบร้อน หรือจนถึงการตรวจสอบโครงสร้างระดับจุลภาค

• อัลลอยด์ และกระบวนการอบร้อนถูกใช้ในการผลิตเหล็ก ผลที่ได้นั้นจะมีความแตกต่างกันทั้งค่าคุณสมบัติ และความแข็งแกร่ง ส่วนในการทดสอบนั้นต้องดำเนินการทดสอบไปจนถึงคุณสมบัติสุดท้ายของเหล็ก เพื่อให้มั่นใจได้ว่าเป็นมาตรฐานที่น่าเชื่อถือ

• มีระบบการวัดอยู่หลายรูปแบบที่ใช้ในการระบุคุณสมบัติของเหล็ก ตัวอย่างเช่น จุดคราก, ความอ่อน และความแข็งตึง สามาหาหาได้โดยใช้การทดสอบแรงดึง ความเหนียวสามารถวัดค่าได้โดยใช้การทดสอบอิมแพ็ค ส่วนค่าความแข็ง สามารถหาได้โดยวัดจากความต้านทานในการเจาะพื้นผิวของวัสดุแข็ง

• การทดสอบแรงดึง เป็นวิธีการในการประเมินผลตอบสนองของโครงสร้างของเหล็ก เมื่อได้รับโหลด ซึ่งผลลัพธ์จะแสดงในค่าความสัมพันธ์ระหว่าง ความเค้น และความเครียด โดยที่ค่าความสัมพันธ์ระหว่าง ความเค้น และความเครียด สามารถวัดได้จากช่วงยืดหยุ่นของวัสดุ และอัตราส่วนโมดูลัสของยัง ค่าโมดูลัสของยังที่สูงนั้น จะแสดงถึงความแตกต่างของคุณสมบัติเหล็ก ซึ่งจะอยู่ในช่วง 190-210 GPa และมีค่าเป็นสามเท่าของอลูมิเนียม

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กจะมีความเกี่ยวพันธ์กับลักษณะทางกายภาพของ วัสดุ เช่น ความหนาแน่น, สภาพการนำความร้อน, โมดูลัสของสภาพยืดหยุ่น, อัตราส่วนของปัวซอง, อื่นๆ ค่าโดยทั่วไปขอคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กได้แก่:

• ความหนาแน่น ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3]
• โมดูลัสของสภาพยืดหยุ่น E=190÷210 [GPa]
• อัตราส่วนของปัวซอง ν = 0.27 ÷ 0.30
• สภาพการนำความร้อน κ = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]
• สัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน α = 9 ÷27 [10-6 / K]

ขอบคุณบทความดีๆจาก keytometals.com