آشنایی با آلیاژ برنج و کاربردهای متفاوت آن

آلیاژ برنج از ترکیب فلز مس و روی تشکیل شده است و چکش خواری آن از مس و روی بیشتر می باشد. از این رو برای ساخت اجسام مختلفی از آن استفاده می شود. اگر مایلید تا با ویژگی و کاربردهای این فلز آشنا شوید با ادامه مطلب همراه ما باشید.

ویژگی و کاربردهای آلیاژ برنج

برنج آلیاژی است که از ترکیب دو فلز مس و روی به وجود می آید. این آلیاژ از مدت ها قبل از تاریخ نیز شناخته شده بود. در آن دوران که انسان هنوز با فلز آشنا نشده بود با ذوب مس به همراه کالامین یا سنگ معدن روی دست به تولید آلیاژ برنج زد. برنج اصطلاحی است که شامل طیف وسیعی از آلیاژهای مس و روی می باشد و در واقع بیشتر از ۶۰ نوع مختلف برنج وجود دارد که از طریق استاندارد اروپا تعیین شده اند.

لازم به ذکر است چکش خواری فلز برنج از مس و روی بیشتر است و می توان برای ساخت اجسام مورد نیاز آن را به کار گرفت. برای تغییر قابلیت چکش خواری می توان درصد روی و مس در آن را جابجا کرد. بازیافت این فلز طلایی رنگ امروزه خیلی مورد توجه قرار گرفته است.

یکی از مهمترین خواص آلیاژ برنج این است که امکان جداسازی آن از سایر فلزات وجود دارد. چرا که خاصیت مغناطیسی نداشته و با جداسازی، بازیافت دوباره آن امکان پذیر می شود. برنج به علت خواص و ویژگی هایش برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. دانستن مزایا و ویژگی های این آلیاژ کمک می کند تا از آن به نحو احسن استفاده کرد.

منظور از آلیاژ برنج و ویژگی های آن

با تغییر میزان روی و مس خاصیت آن تغییر پیدا می کند. با این وجود همه برنج ها به علت سهولت استفاده ارزش بسیاری دارند و به خاطر نقطه ذوب کم در ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود برای کاربردهای ریخته گری، میزان بالای روی معمولا استفاده می شود.

به این ترتیب نسبت فلزهای مس و روی در برنج تعیین کننده نوع آلیاژ برنج می باشد. بعضی از انواع این آلیاژ، برنز نامیده می شوند. اگرچه برنز از مس و قلع تشکیل می شود. برنج رنگ نسبتا زردی دارد که شبیه رنگ طلا بوده و در مقابل کدر شدن و لکه دار شدن مقاوم است و به راحتی اکسید نمی گردد.

از این فلز به علت کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در امور مختلفی استفاده می شود. به طور مثال به خاطر رنگ زرد از آن در دکوراسیون، به دلیل اصطکاک پایین در مغزی قفل ها و به علت خواص آکوستیکی در سازهای موسیقی مانند هورن به کار گرفته می شود.

در زمانی که انسان هنوز با فلز روی آشنا نبود با ذوب مس و به همراه کالامین(سنگ معدن روی) برنج تولید می نمود. برنج همانطور که اشاره شد قابلیت چکش خواری بیشتری نسبت به روی و مس دارد و تقریبا دمای ذوب این آلیاژ بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی گراد می باشد. البته سختی و رنم بودن آن می تواند با تغییر نسبت ترکیب مس و روی عوض شود.

مس درون برنج توسط اثر اولیگودینامیک خواص میکروب کشی به آن داده از این رو برنج به عنوان دستگیره و سایز فلزات رایج در بیمارستان ها مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر تقریبا ۹۰ درصد فلزات برنج بازیافت می شوند زیرا این فلز خواص مغناطیسی کمی داشته و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولا با آن ها مخلوط می گردد، جدا نمود.

به این ترتیب برنج جدا شده را دوباره مورد بازیافت قرار می دهند. چگالی متوسط برنج ۸.۴ گرم بر سانتی متر مربع می باشد. در مجموع از ویژگی های مهم این آلیاژ عبارت است از:

• قابلیت چکش خواری بیشتر نسبت به مس و روی
• با کمترین میزان روی، برنج به راحتی سردکاری ، جوش و ریخته گری می شود.
• محتوی مس زیاد هم به برنج اجازه داده یک لایه اکسید محافظ روی سطحش ایجاد و از خوردگی بیشتر حفظ کند. این ویژگی ارزشمندی در برابر رطوبت محسوب می شود.
• ویژگی دیگر غیر مغناطیسی و کم اصطکاک بودن برنج است. که به همراه خواص صوتی در اکثر سازهای موسیقی برنجی مورد استفاده قرار می گیرد.

• رنگ برنج تقریبا شبیه طلا است. و این فلز در مقابل لکه دار و کدر شدن مقاوم است. یعنی دیرتر اکسید می شود.
• امروزه ۹۰ درصد فلزات از برنج بازیافت می شوند زیرا خواص مغناطیسی کمی داشته و به راحتی از فلزاتی که با آن ها مخلوط شده جدا می شود.
• ورق برنج دارای هدایت الکتریکی و حرارتی خوبی بوده و در مقابل سایش و جرقه مقاوم است.
• مس داخل برنج به خاطر ایجاد ویژگی میکروب کشی سبب استفاده برنج برای ساخت وسایل حمام و وسایل فلزی در بیمارستان ها می گردد.
• رسانا بودن و مقاوم در برابر خوردگی
• مقاوم در مقابل سایش جرقه

کاربرد و خواص برنج

برنج بر اساس تغییرات ترکیبی آن و رنگ ظاهری به برنج زرد، قرمز، سلیسیم، سرب، قلع و برنج نیکلی یا ورشو دسته بندی می شود. این فلز از منظر شبکه محلول های جامد مس و روی دارای خواص زیر است:

• محلول جامد آلفا: این شبکه در سرما چکش خوار بوده ولی در گرما این خواص منوط به نبود سرب در آلیاژ می باشد. زیرا سرب در گرما مایع است.
• محلول جامد بتا: در این شبکه سرب کمتری وجود دارد و خواص چکش خواری اش در گرما حفظ می شود.
• محلول جامد گاما: این شبکه سخت و شکننده بوده و دارای خواص عمومی شبکه می باشد.

قابل ذکر است اگر میزان فلز روی از ۵۰ درصد کمتر باشد آلیاژ در ناحیه بتا است و برای ایجاد شبکه گاما بایستی میزان فلز روی از ۵۰ درصد بیشتر باشد. از این رو میزان فلز روی در برنج همواره کمتر از ۴۷ درصد بوده و رنگ برنج به میزان روی آن بستگی دارد. در صورتی که برنج فقط از محلول جامد آلفا درست شده باشد خواص مکانیکی با افزایش فلز روی بیشتر می شود و در ادامه با افزایش بیش از اندازه روی مجددا کاسته می شود.

همچنین اگر برنج از شبکه آلفا و بتا تشکیل شده باشد میزان درصد تغییر شکل آن به کم شدن ادامه داده در حالی که سختی به تدریج افزایش می یابد. از کاربردهای مهم برنج عبارتند از:

• شیر آب
• پیچ و مهره
• قطعات رشته ای
• ترمینال ها
• اتصالات لوله آب
• انژکتورها
• کاربرد در ریخته گری به علت نقطه ذوب کم

شیوه ساخت برنج

ساخت برنج شامل مراحل زیر است:

۱. در مرحله اول باید مس ذوب شود زیرا روی در دمای ۹۰۷ درجه سانتی گراد شروع به جوش و تبخیر نموده که از نقطه ذوب مس ۱۰۸۳ درجه سانتی گراد کمتر است. بعد از ذوب مس، روی در نسبت مناسبی برای گرید مدنظر برنج اضافه می شود.

۲. در این مرحله برای رسیدن برنج به آلیاژ مدنظر فلزاتی مانند سرب، آلومینیوم، آرسنیک یا سیلیکون به ترکیب اضافه شده تا آلیاژ مدنظر به دست آید.

۳. وقتی که آلیاژ مذاب تهیه شد، آن را درون قالب ها می ریزند. به عبارتی اکنون که آلیاژ به صورت مذاب درآمده و با ترکیبات لازم مخلوط شده بایستی برای قالب بندی به درون قالب ریخته و سرد گردد. در این حا اسلب(ورقه های بزرگ) یا بیلت (ورق نازک) منجمد و ساخته می شود.

جهت پردازش بیلت یا برنج آلفا- بتا می توان از روش مستقیم بهره برد. در این روش بیلت توسط اکستروژن گرم به سیم و لوله پردازش می گردد. اکستروژن گرم همان آهنگری داغ که شامل فشار فلز گرما دیده از شکل مرده می باشد. در صورتی که بیلت ها مورد آهنگری قرار نگیرند آن گاه دوباره گرم شده و به درون غلتک های فولادی وارد می شوند.

به عبارتی اگر از آهنگری داغ برای بیلت ها استفاده نشود بایستی دوباره گرم شده و از نورد گرم برای رسیدن به ضخامت مورد نظر کمک می گیرند. در روش نورد گرم، بیلت به داخل غلتک فولادی ارسال و تحت فشار به ضخامت مدنظر می رسد. نتیجه این کار تولید اسلب هایی با صخامت کمتر از ۱۳ میلی متر است.

بعد از سرد شدن لایه نازکی از روی سطح فلز برداشته شده تا نواقص آن رفع و بدون اکسید سطحی باشد. برای این کار می توان از دستگاه فرز  یا اسکالپر کمک گرفت.

۴. در مرحله چهارم برای پیشگیری از اکسیداسیون، پیش از آن که آلیاژ مجددا خنک گردد(نورد سرد) و اسلب های با ضخامت ۲.۵ میلی متر تولید شده و آلیاژ گرم دوباره نورد می شود که این فرایند آنیلینگ نامیده می شود. نورد سرد سبب افزایش مقاومت و استحکام بیشتر فلز می گردد.

به عبارتی نورد سرد ساختار داخلی برنج را تغییر داده و موجب می شود فلز قوی تر و سخت تر به وجود آید. این کار تا زمانی ادامه دارد که ضخامت و سختی مورد نظر ایجاد شود.

۵. در این مرحله ورق ها با قیچی برش داده شده تا در عرض و طول دلخواه دسته بندی شوند.

۶. در مرحله پایانی محصول نهایی با مواد شیمایی خاصی( معمولا اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک) مورد شست و شو قرار می گیرد تا اکسید مس از روی آن برداشته شود.

انواع برنج

برنج دارای انواع گوناگونی می باشد از جمله:

• برنج دریا سالار که شامل ۳۰ درصد روی به همراه یک درصد قلع است.
• برنج آلومینیومی که دارای آلومینیوم بوده و در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. از این برنج جهت ساخت سکه های اروپایی استفاده می شود.
• برنج آلفا که حاوی روی کمتر از ۳۵ درصد می باشد و از آن برای اموری با فشار زیاد، ضربه و سرد استفاده می شود. ساختار کریستالی این نوع برنج fcc می باشد.
• برنج بتا که شامل۴۵ تا ۵۰ درصد روی بوده و درجه سختی و مقاومت آن نسبت به فشار، گرما و ضربه زیاد است.
• برنج آلفا بتا که حاوی ۳۵- ۴۵ درصد روی بوده و مناسب گرما است.
• برنج فشنگی که شامل ۳۰ درصد روی است.
• برنج عالی که حاوی ۶۵ درصد مس و ۳۵ درصد روی بوده و با قابلیت انعطاف پذیری زیاد در ساخت فنر و پیچ ها استفاده می شود.

• برنج معمولی حاوی ۳۷ درصد روی بوده و قیمت ارزانی دارد. این برنج برای کارهای فاقد گرما مناسب است.
• برنج پست که شامل ۲۰ درصد روی است و رنگ زرد نزدیک به طلا دارد.
• برنج سربی یا برنج آلفا- بتا که حاوی مقداری سرب است.
• برنج دریایی که شبیه به برنج دریا سالار دارای ۴۰ درصد روی و ۱ درصد قلع می باشد.
• برنج سفید شامل بیشتر از ۵۰ درصد روی بوده و خیلی شکننده است.
• برنج طلایی که نرم ترین نوع برنج بوده و حاوی ۵ درصد روی به همراه ۹۵ درصد مس است. این نوع برنج در ساخت مهمات جنگی استفاده می شود. و فلز طلاکاری نیز به شمار می رود. برنج طلایی می تواند چکش خور شده و به راحتی به شکل مورد نظر تبدیل گردد. این موضوع فروش ورق برنج را آسان تر و راحت تر می نماید. رنگ برنزی غیر عادی آن و سهولت استفاده این نوع برنج در پروژه های مربوط به صنایع دستی ایده آل می باشد. از کاربردهای دیگر برنج طلایی می توان معماری، جواهر سازی، مدال ها، پنجره مشبک، دستگیره، سخت افزار دریایی، بدنه خودکار، مداد و رژلب را نام برد.

• برنج آرسنیکی که شامل آلومینیوم و آرسنیک است. این نوع برنج دارای سه درصد آرسنیک جهت بهبود مقاومت خوردگی در مقابل آب است. همچون سایر گونه های برنج، برنج آرسنیکی مستحکم و شکل پذیر بوده و رنگ آن زرد روشن است. این آلیاژ همچنین یک فلز خوب برای استفاده در لوله کشی به شمار می رود. از موارد استفاده دیگر آن می توان به مبدل های حرارتی، مخزن ها، بدنه و لوله های رادیاتور، ظروف تزئینی، اتصالات لامپ، پایانه های برق، پریز برق، قفل ها و پوشش کارتریج اشاره کرد.

سخن پایانی

آلیاژ برنج دارای ویژگی ها و خواص مختلفی است که سبب شده در تجهیزات و پروژه های گوناگون استفاده شود. اطلاع از انواع این آلیاژ، خواص و کاربردهای آن کمک می کند تا از آلیاژ مذکور در جای درستی استفاده کنید. در ضمن برنز نیز همانند برنج از مس درست شده است و می تواند در بسیاری محصولات عملکرد مشابهی داشته باشد.

با این وجود آلیاژ تشکیل دهنده این دو فلز متفاوت بوده و برنج حاوی روی است در حالی که برنز حاوی قلع است. فلزات دیگری به این آلیاژ ها اضافه تا خواص مختلفی پیدا کنند و استفاده های متنوعی داشته باشند. شاید بهترین راه برای تشخیص تفاوت برنز و برنج بررسی رنگ آنها باشد.

برنج معمولا رنگ مایل به زرد داشته که برای استفاده صندلی و مبلمان مناسب است. در حالی که رنگ برنز بیشتر قهوه ای مایل به قرمز بوده و البته در مواقعی برخی عناصر اضافه شده به این فلزات ممکن است رنگ آن ها را تا حدودی تغییر دهند. حال که با ویژگی ها و کاربردهای آلیاژ برنج آشنا شدید در صورت تمایل برای آشنایی با آلیاژ برنز و  ویژگی های فلز مس روی لینک ها کلیک کنید.