آلیاژ چیست و چه انواعی دارد؟

در این مقاله با آلیاژ چیست و چه انواعی دارد؟ آشنا خواهیم شد.
آلیاژ ها مخلوط‌ هایی از دو یا چند عنصر شیمیایی هستند که به هم ترکیب شده‌ اند تا ویژگی‌ های خاصی را به مواد اضافه کنند.
این مواد می‌ توانند فلزات باشند و یا حتی شامل فلزات و غیر فلزات باشند.
آلیاژ ها از نظر ساختاری و ویژگی‌ های مکانیکی متفاوت از مواد تشکیل‌ دهنده‌ ی خود هستند.
انواع آلیاژ ها به دسته‌ بندی‌ های مختلفی تقسیم می‌ شوند، از جمله:

۱- آلیاژ های فلزی

آلیاژ های آهنی
به عنوان مثال، فولاد آلیاژ آهن و کربن و آهن‌آلومینیوم آلیاژ آهن و آلومینیوم

 آلیاژ های آلومینیومی
مانند آلومینیوم-منیزیم و آلومینیوم-سیلیکون

آلیاژ های مسی
مثل مس-روی  و مس-برنز

 آلیاژ های تیتانیومی
مانند تیتانیوم-آلومینیوم (Ti-Al) و تیتانیوم-وانادیوم (Ti-V).

۲- آلیاژ های غیر فلزی
آلیاژ های پلیمری
آلیاژ هایی که از ترکیب پلاستیک‌ های مختلف به همراه افزودنی‌ هایی تشکیل می‌ شوند.

 آلیاژ های کربن و پلیمر
مانند کامپوزیت‌ های کربن و فیبر  که شامل فیبر های کربنی در ماتریس پلیمری هستند.

 آلیاژ های سرامیکی
ترکیب‌ هایی از مواد سرامیکی با ویژگی‌ های مختلف.
هر نوع آلیاژ دارای ویژگی‌ های منحصر به فردی است که می‌ تواند به‌طور گسترده در صنایع مختلفی مانند صنعت خودرو سازی، هوا و فضا، الکترونیک، ساختمان‌ سازی و … استفاده شود.
انتخاب آلیاژ مناسب بستگی به ویژگی‌ ها، عملکرد و نیاز های مشخص پروژه دارد.

هدف از ساخت آلیاژ چیست؟

هدف اصلی از ساخت آلیاژ ها، بهبود ویژگی‌ های مواد است تا نیاز های مختلف صنایع و کاربرد های مختلف را برآورده کنند.
آلیاژ ها با ترکیب دو یا چند عنصر شیمیایی، ویژگی‌ های خاصی را به مواد اضافه می‌ کنند که در مواد تشکیل‌دهنده‌ی خود وجود ندارند.
برخی از اهداف اصلی ساخت آلیاژها عبارتند از:

۱- بهبود مقاومت مکانیکی
آلیاژها می‌توانند مقاومت به فشار، کشش، خمش و سایش را بهبود دهند و به مواد اصلی افزونه کنند.

۲- افزایش مقاومت به خوردگی
با اضافه کردن عناصر مختلف به مواد، می‌توان مقاومت آنها به خوردگی و تاثیرات زیست محیطی را افزایش داد.

۳- کاهش وزن
برخی آلیاژها با ترکیب فلزات سبک‌تر و یا مواد غیرفلزی با وزن کمتر، می‌توانند وزن مواد را کاهش دهند.

۵- افزایش دمای ذوب و مقاومت حرارتی
برخی آلیاژها با افزودن عناصر خاص، مقاومت حرارتی و دمای ذوب بالاتری نسبت به مواد تشکیل‌دهنده‌ی اصلی ایجاد می‌کنند.

۶- تغییر خواص الکتریکی و مغناطیسی
با ترکیب مخلوط‌های مختلف، خواص الکتریکی و مغناطیسی مواد قابل تغییر هستند که در کاربردهای الکترونیکی و مغناطیسی مفید است.

۷- تغییر خواص ترمیکی و حرارتی
با تغییر در ترکیب مواد، می‌توان خواص ترمیکی مانند هدایت حرارتی و گرمایشی را بهبود داد.

۸-  افزایش مقاومت در برابر سایش و سایش دیگر
با استفاده از آلیاژها می‌توان مواد را مقاومت‌تر در مقابل سایش و سایش دیگر کرد.
همچنین، هدف از ساخت آلیاژها می‌تواند برای ایجاد خواص زیبایی، مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، افزایش عمر مفید، بهبود قابلیت‌های پردازشی و ساختاری و … نیز باشد.
در کل، ساخت آلیاژها به دنبال بهبود عملکرد و تطبیق مواد با نیازها و محیط‌های مختلف می‌باشد.
آلیاژها مخلوطی از دو یا چند عنصر شیمیایی هستند که به طور معمول با هم ترکیب شده‌اند تا خواص جدید و بهتری نسبت به عناصر تشکیل‌دهنده اصلی داشته باشند.
در واقع، آلیاژها اغلب به دلیل داشتن خواص بهینه‌ تر نسبت به عناصر تشکیل‌دهنده ایجاد می‌ شوند.
به عبارت دیگر، آلیاژ ها می‌ توانند به صورت ترکیبی از دو یا چند فلز مختلف باشند یا شامل یک یا چند فلز با مواد غیرفلزی مثل کربن، سیلیکا و غیره باشند.
مثال‌های معروف از آلیاژها شامل فولاد، برنج و آلومینیوم  است.
آلیاژرها در انواع مختلف صنایع استفاده می‌ شوند، از جمله:

۱- صنایع خودرو سازی
 آلیاژ ها در تولید قطعات خودرو مانند موتور، جعبه‌ های دنده، شاسی و غیره استفاده می‌ شوند.

۲- ساخت و ساز
آلیاژ ها در ساخت سازه‌ های فلزی مانند پل‌ها، ساختمان‌ ها و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

۳- صنایع هوا و فضا
به علت خواص مکانیکی و مقاومت به دما، آلیاژها در ساخت قطعات موتورها و تجهیزات هوا و فضا به کار می‌ روند.

۴- صنعت الکترونیک و الکتریکی
برخی آلیاژ ها در تولید قطعات الکترونیکی، مثل تراشه‌ های نیمه‌ رساناها و اتصالات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

۵- صنایع پزشکی
در تولید ابزار ها و تجهیزات پزشکی نیز از آلیاژ ها برای دستاوردرهای مختلف استفاده می‌ شود.
آلیاژ ها به عنوان مواد ساختاری مهم در بسیاری از صنایع نقش داشته و به وسیله ترکیب خصوصیات مختلف عناصر به نحوی که بهترین نتیجه را به دست آورند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع آلیاژ ها

هدف اصلی از ساخت آلیاژ ها، بهبود ویژگی‌ های مختلف مواد اولیه به منظور مطابقت با نیاز ها و مشخصات مشخصی است.
ساخت آلیاژ ها به دلایل مختلفی انجام می‌شود.

۱- بهبود ویژگی‌های مکانیکی
با ترکیب دو یا چند ماده، می‌توان ویژگی‌های مکانیکی مانند مقاومت، سختی و انعطاف‌ پذیری را افزایش داد.

۲- تنظیم خواص
با تغییر ترکیب عناصر و نسبت‌ ها، می‌توان خواص مشخصی را تنظیم کرد.
به عنوان مثال، با افزودن مقدار کمی ذرات معدنی به آلیاژ، می‌ توان خواص مقاومت به خوردگی را بهبود داد.

۳- کاهش هزینه
برخی مواد تنها به صورت خالص موجود هستند و قیمت بالایی دارند.
با ترکیب آن ها با مواد دیگر، می‌ توان هزینه تولید را کاهش داد.

۴- افزایش مقاومت حرارتی
با ترکیب عناصر با مقاومت حرارتی بالا، می‌توان مواد را برای شرایط با دما های بالا مناسب کرد.

۵- ساخت مواد خاصی
آلیاژ ها ممکن است خواصی داشته باشند که مواد خالص ندارند، مثل تحمل به شرایط خوردگی، مقاومت الکتریکی، و یا خصوصیات مغناطیسی.

۶- کنترل انقباض و تغییر شکل
آلیاژ ها می‌ توانند به منظور کاهش انقباض و تغییر شکل در دماهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
در کل، ساخت آلیاژ ها به منظور بهبود و تغییر ویژگی‌ های مواد با هدف تطابق با نیاز های مختلف در محصولات و صنایع مختلف انجام می‌شود.
آلیاژ ها به دسته‌ بندی‌ های مختلفی تقسیم می‌ شوند، از جمله طبقه‌ بندی بر اساس نوع عناصر تشکیل‌دهنده‌ی آنها و خواصی که به مواد اضافه می‌کنند.

در زیر، چند نوع از انواع مهم آلیاژها آورده شده است.

۱- آلیاژهای فلزی
آلیاژهای آهنی مثل فولاد و فولاد ضد زنگ و آلیاژهای آلومینیومی مانند آلومینیوم-منیزیم  و آلومینیوم-سیلیکون و  آلیاژهای مسی مانند مس-روی (Cu-Zn) و مس-برنز (Cu-Sn) و آلیاژ های تیتانیومی مانند تیتانیوم-آلومینیوم (Ti-Al) و تیتانیوم-وانادیوم (Ti-V).

۲- آلیاژ های غیر فلزی
آلیاژ های پلیمری
آلیاژهایی که از ترکیب پلاستیک‌ها و افزودنی‌های مختلف تشکیل شده‌اند.

آلیاژهای کربن و پلیمر
مانند کامپوزیت‌ های کربن-فیبر (CFRP) که شامل فیبرهای کربنی در ماتریس پلیمری هستند.

 آلیاژ های سرامیکی
ترکیب‌ هایی از مواد سرامیکی با ویژگی‌های مختلف.

۳- آلیاژهای با تأثیرات ویژه
آلیاژهای حافظه‌ی شکل
که قادر به بازگشت به شکل اصلی پس از تغییر شکل هستند.

آلیاژ های زیبایی
آلیاژهایی که برای استفاده در زیورآلات و تزئینات طراحی شده‌اند.

۴- آلیاژ های اسپرس و فولاد‌های آلیاژی
این دسته شامل آلیاژهایی است که برای دمای بالا و در شرایط سخت مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
به عنوان مثال، فولادهای آلیاژی در صنعت خودرو سازی و انرژی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

۵- آلیاژ های تفلون (PTFE) و پلاستیک‌ های تقویت شده با الیاف
این آلیاژ ها به خاطر مقاومت به حرارت، سایش و شیمیایی مناسب برای برخی کاربرد های صنعتی هستند.
همچنین، آلیاژ ها ممکن است بر اساس ویژگی‌ های مختلف دیگر مانند خواص الکتریکی، حرارتی، مغناطیسی و … نیز دسته‌بندی شوند.
هر نوع آلیاژ دارای ویژگی‌ ها و کاربرد های خاص خود است که بستگی به نیاز ها و محیط‌ های مورد استفاده دارد.

کاربرد آلیاژ

آلیاژ ها در صنایع مختلف به عنوان مواد اصلی یا ترکیبات فرعی در تولید محصولات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربردهای آلیاژها بسیار گسترده است و این مواد در صنایع مختلف می‌توانند ویژگی‌های مورد نظر را ایجاد کنند.
برخی از کاربردهای مهم آلیاژها عبارتند از:

۱- صنعت خودروسازی
آلیاژهای فلزی مانند فولاد و آلومینیوم در تولید قطعات خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این آلیاژها می‌توانند وزن خودروها را کاهش داده و مقاومت مکانیکی آنها را افزایش دهند.

۲- هوا و فضا
آلیاژهای خاص با ویژگی‌های حرارتی، مقاومت در برابر تغییرات دما و وزن سبک در صنایع هوا و فضا استفاده می‌شوند.

۳- الکترونیک
آلیاژها به منظور ایجاد اتصالات سطحی در اجزای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۴- ساخت و ساز
آلیاژهای فلزی در ساخت قطعات ساختمانی مانند پل‌ها، سازه‌های بلند، وسایل نقلیه و … مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۵- صنعت پزشکی
آلیاژها در تولید ابزارهای جراحی، ایمپلنت‌ها، دستگاه‌های پزشکی و … استفاده می‌شوند.

۶- صنعت نفت و گاز
آلیاژهایی با مقاومت به خوردگی بالا در محیط‌های ترکیبی و نفتی به‌خصوص در تجهیزات حفاری و تجهیزات پالایشگاهی استفاده می‌شوند.

۷- صنعت معدنی
آلیاژ ها در تولید قطعات مختلف مانند سنگ‌ شکن‌ ها، قطعات حمل و نقل، لوازم جانبی معدنی و … مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

۸- صنایع غذایی و دارو سازی
در برخی موارد، آلیاژ ها به عنوان ابزار ها و تجهیزاتی برای تولید و بسته‌ بندی مواد غذایی و دارو ها استفاده می‌ شوند.

۹- صنعت انرژی
آلیاژها در تولید توربین‌ های بادی، توربین‌های گازی، توربین‌های آبی و … استفاده می‌شوند.
همچنین، آلیاژ های مختلف با توجه به ویژگی‌ های خاص خود در کاربرد های متعددی مانند ابزار آلات، لوازم خانگی، اسباب بازی، ابزار های ورزشی و … مورد استفاده قرار می‌ گیرند.
انواع زیادی از آلیاژها وجود دارند که با ترکیب مختلف عناصر شیمیایی به وجود می‌آیند.
در زیر به برخی از انواع رایج آلیاژها اشاره شده است.

۱- آلیاژ‌های فولاد
این آلیاژها شامل آهن به عنوان عنصر اصلی و کربن به عنوان عنصر تنظیم‌کننده هستند.
آلیاژ‌های فولاد می‌توانند به تراکم و تنوع بالایی از خواص مکانیکی و حرارتی دست یابند.

۲- آلومینیوم
آلیاژهای آلومینیوم معمولاً شامل آلومینیوم به عنوان عنصر اصلی و عناصر دیگری مانند مس، منیزیم و سیلیکون هستند.
این آلیاژها سبک و مقاوم در برابر خوردگی بوده و در خودروسازی، صنایع هوا و فضا و بسیاری از صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۳- برنز
آلیاژ‌های برنز معمولاً شامل مس به عنوان عنصر اصلی و قلع یا قلع و قلع به عنوان عناصر تنظیم‌کننده هستند.
برنزها معمولاً در ساخت ابزارها، تجهیزات الکتریکی و تزئینات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۴- نیکل
آلیاژهای نیکل شامل نیکل به عنوان عنصر اصلی و عناصر دیگری مانند کروم، آهن و مس می‌شوند.
این آلیاژها دارای مقاومت به خوردگی و تحمل به دماهای بالا هستند و در صنایع شیمیایی و هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۵- تیتانیوم
آلیاژهای تیتانیوم شامل تیتانیوم به عنوان عنصر اصلی و عناصر دیگری مانند آلومینیوم و وانادیوم هستند.
این آلیاژها دارای مقاومت به خوردگی، سبکی و مقاومت مکانیکی بالا هستند و در صنایع هوا و فضا، پزشکی و اتومبیل‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این تنها چند نمونه از انواع آلیاژها هستند.
در واقع، ترکیب‌های مختلف آلیاژها باعث ایجاد مجموعه‌ای از ویژگی‌ها می‌شود که بستگی به نیازها و کاربردهای مختلف دارد.

چرا آلیاژ ها تولید شدند؟

آلیاژ ها به دلیل توانایی‌شان در بهبود ویژگی‌های مواد و ایجاد خواص جدید، به صورت جامعه انسانی توسعه یافته‌اند.
ایجاد آلیاژها به دلیل مزایای متعددی ایجاد شده است.

۱- بهبود ویژگی‌ ها
آلیاژها به افزودن عناصر مختلف به مواد اجازه می‌دهند تا ویژگی‌ های مورد نظر مانند مقاومت مکانیکی، مقاومت به خوردگی، دمای ذوب، انعطاف‌ پذیری و … را بهبود دهند.

۲- سازگاری با نیاز های مختلف
آلیاژ ها می‌ توانند با ترکیب عناصر مختلف به نیازهای متنوع و صنایع مختلف پاسخ دهند.
این توانایی باعث می‌شود که مواد بتوانند به طور دقیق‌ تر با نیاز ها هماهنگ شوند.

۳- کاهش هزینه وزنی
آلیاژ ها ممکن است به وزن سبک‌ تر و مقاومت مکانیکی بالاتر ارتقاء دهند.
این موضوع در صنایع مختلف مانند صنایع خودرو سازی و هوا و فضا به خصوص مهم است.

۴- افزایش عمر مفید
آلیاژ ها می‌ توانند به مواد اصلی مقاومت بیشتری در برابر سایش، خوردگی و تغییرات دمایی بدهند که می‌ تواند عمر مفید محصولات را افزایش دهد.

۵- تغییر ویژگی‌های الکتریکی و مغناطیسی
با ترکیب مخلوط‌ های مختلف، خواص الکتریکی و مغناطیسی مواد قابل تغییر هستند که در کاربرد های الکترونیکی و مغناطیسی مفید است.

۶- بهبود زیبایی و دکوراتیو
آلیاژ ها می‌ توانند برای اهداف دکوراتیو و زیبایی به کار روند و ظاهر زیبایی را به محصولات اضافه کنند.

۷- تطبیق با شرایط محیطی
 آلیاژ ها می‌ توانند برای مقاومت در برابر تغییرات محیطی مانند دما، رطوبت و … به کار روند.
به طور خلاصه، آلیاژ ها با ایجاد خواص منحصر به فرد و توانایی تطبیق با نیاز های متنوع از جامعه انسانی، به صورت گسترده در صنایع مختلف به کار می‌روند.
این مواد از نظر علمی و صنعتی بهبود‌ های چشمگیری را ایجاد کرده‌اند.

سوپر آلیاژ یا ابرآلیاژ چیست؟

سوپرآلیاژ ها یا ابرآلیاژ ها، نوعی آلیاژ ها هستند که به طور عمده در شرایط دما و فشار بالا عملکرد بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند.
این آلیاژها به عنوان مواد پیشرفته در صنایعی مانند صنایع هوا و فضا، صنایع نیروگاه‌های حرارتی، صنعت نفت و گاز و دیگر بخش‌های مورد نیاز استفاده می‌شوند.
سوپرآلیاژها Superalloys یا همچنین به آنها آلیاژهای پیشرفته گفته می‌شود، نوعی آلیاژ های خاص و پیچیده هستند که به‌طور اصطلاحی در شرایط دمای بالا و فشارهای بالا و همچنین در محیط‌های خورنده  و سایر شرایط سخت به کار می‌روند.
این آلیاژها برای کاربردهایی مانند صنایع هوا و فضا، نیروگاه‌های حرارتی، توربین‌های گازی، پرواز های فضایی و بخار، موتورهای جت، قطعات داخل موتور ها، دستگاه‌ های بخار، قطعات ماشین‌آلات و غیره استفاده می‌ شوند.
ویژگی‌ های منحصر به فرد سوپرآلیاژها عبارتند از:

۱- مقاومت به حرارت و اکسیداسیون
سوپرآلیاژ ها می‌ توانند در دما های بسیار بالا  عملکرد موثر داشته باشند و از اکسیداسیون و خوردگی در این شرایط محافظت کنند.

۲- مقاومت به خوردگی
این آلیاژ ها به طور کلی دارای مقاومت خوبی در برابر خوردگی در محیط‌های مختلف هستند.

۳- مقاومت مکانیکی بالا
سوپرآلیاژها در شرایط دمایی بالا و تحت فشارهای بالا همچنان مقاومت مکانیکی بالایی دارند.

۴- مقاومت در برابر سایش و سایش دیگر
در محیط‌هایی که شامل سایش یا سایش دیگر است، سوپرآلیاژها می‌توانند عمر مفید طولانی‌تری داشته باشند.

۵- استحکام در برابر تغییرات دمایی
مقاومت سوپرآلیاژها در برابر تغییرات دمایی سریع به دلیل ویژگی‌های ترمیکی و ساختاری آنها بسیار بالاست.

۶- استفاده در شرایط بدون آب
سوپرآلیاژها می‌توانند در شرایط بدون آب کاربرد داشته باشند.

۷- مقاومت به پوسیدگی
در برخی از موارد، سوپرآلیاژها می‌توانند مقاومت به پوسیدگی داشته باشند.

۸- توانایی در پردازش و تشکیل‌پذیری
علاوه بر خواص مکانیکی و حرارتی، بسیاری از سوپرآلیاژها توانایی پردازش و تشکیل‌پذیری را نیز دارند.
ابرآلیاژها همانند سوپرآلیاژها ، آلیاژهای پیچیده‌ای هستند که به‌طور اصطلاحی در شرایط دمای بالا، فشارهای بالا و محیط‌های خورنده کار می‌کنند.
معمولاً عبارت ابرآلیاژ بیشتر در زمینه صنایع هوا و فضا به کار می‌رود و به آلیاژهایی اشاره دارد که برای استفاده در قطعات داغ و مورد تنش در موتورهای هواپیما و موتورهای جت انبوهی مانند توربین‌های گازی و پروازهای فضایی طراحی و استفاده می‌شوند.
این آلیاژها دارای خواص مکانیکی بسیار بالا در دماها و فشارهای بالا هستند و همچنین دارای مقاومت به خوردگی و خوردگی حرارتی  هستند.
به دلیل اهمیت انتخاب مواد با ویژگی‌های بهینه برای این کاربردها، تولید و تحقیق در زمینه ابرآلیاژها به شدت توسعه یافته است.
از جمله عناصر استفاده شده در ترکیب ابرآلیاژها می‌توان به نیکل، کبالت، مولیبدن، تنگستن، کروم و تیتانیوم اشاره کرد.
تولید این آلیاژها به عنوان یک فرآیند پیچیده شامل فرآیندهای آمیختن، ذوب، ریخته‌گری دقیق و تجهیزات پردازش حرارتی مختلف است تا به ویژگی‌های مطلوب در شرایط کاری خاص دست یافته شود.
سوپرآلیاژها اغلب از ترکیباتی از فلزات انتقالی مانند نیکل، کبالت و آهن به همراه عناصر اضافی مانند کروم، تیتانیوم و آلومینیوم تشکیل می‌شوند.
این آلیاژها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان به عنوان مواد حیاتی در تولید قطعات و اجزای مورد نیاز در شرایط سخت و دماهای بالا استفاده می‌شوند.

مزایای قیمت آلیاژ عبارتند از:

۱. مقاومت: آلیاژها معمولاً دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی، فشار، گرما و سایر نیروهای خارجی هستند.

۲. انعطاف‌پذیری: بسته به ترکیب مواد، آلیاژها می‌توانند انعطاف‌پذیری مطلوبی داشته باشند که برای بسیاری از کاربردها حیاتی است.

۳. سبکی: برخی از آلیاژها بسیار سبک هستند که از آنها برای کاربردهایی که وزن مهم است، استفاده می‌شود.

۴. قابلیت پردازش: بسیاری از آلیاژها قابلیت پردازش و شکل‌دهی آسانی دارند که برای تولید انواع محصولات مورد نیاز است.

۵. مقرون به صرفه: با توجه به خواص فوق‌الذکر و قیمت مناسب، آلیاژها می‌توانند یک انتخاب اقتصادی و منطقی برای بسیاری از صنایع باشند.