خواص مس

مس

مس (Copper) یکی از مواد متداولی بوده که بطور طبیعی در محیط وجود دارد و بشر بطور گسترده ای از آن استفاده می­ کند. یک فلز مایل به قرمز با ساختار کریستالی FCC می­ باشد که جزو مهمترین فلزات غیر آهنی است. مس رنگ قرمز و نارنجی را بازتاب می­ کند و سایر فرکانس های موجود در طیف مرئی را جذب می کند. بعلت ساختار نواری آن به رنگ مایل به قرمز دیده می­ شود. این فلز چکش خوار، داکتیل و دارای هدایت حرارتی و الکتریکی عالی و همچنین واکنش پذیری شیمیایی پایین می باشد.

خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی مس

مقاومت به خوردگی مس : همه آلیاژ های مس دارای مقاومت به خوردگی در برابر آب و بخار می ­باشند. در بیشتر اتمسفر های صنعتی و دریایی، آلیاژهای مس دارای مقاومت به خوردگی هستند. مس در محلول­های نمکی، خاک ها، کانی های غیر اکسیدی، اسید های آلی و محلول های سوز آور، مقاوم است. محلول آمونیاک مرطوب، هالوژن­ ها، سولفید ها، محلول­های حاوی یون های آمونیاک و اسیدهای اکسیدی، مانند اسید نیتریک، به مس حمله خواهند کرد. آلیاژهای مس همچنین دارای مقاومت ضعیفی در برابر اسیدهای غیر آلی هستند. مقاومت به خوردگی آلیاژهای مس به دلیل تشکیل فیلم های به هم چسبیده روی سطح مواد می ­باشد. این فیلم ها نسبتا غیر قابل نفوذ در مقابل خوردگی هستند بنابراین فلز پایه را از حمله بیشتر محافظت می­ کنند. آلیاژهای مس-نیکل، برنج های آلومینیوم و آلومینیوم مقاومت عالی در برابر خوردگی در آب نمک از خود نشان می­ دهند.

خواص الکتریکی و حرارتی مس

هدایت الکتریکی مس: هدایت الکتریکی مس در دومین مرتبه پس از نقره قرار دارد و 97% آن می­ باشد. بعلت قیمت کمتر و فراوانی بیشتر، مس بطور سنتی بعنوان ماده استاندارد برای کاربردهای انتقال الکتریسیته استفاده می­شود. اگرچه از نقطه نظر وزنی، سهم بزرگی از خطوط نیروی ولتاژ بالا هم اکنون از آلومینیوم بیشتر از مس استفاده می شود، هدایت آلومینیوم حدود دو برابر مس می­ باشد. این آلیاژهای آلومینیوم، دارای استحکام پایین بوده و نیاز به بهسازی با {{گالوانیزه}} کردن و یا پوشش دهی آلومینیوم با سیم­ های فولادی با استحکام کششی بالا در هر لایه دارند. اگر چه افزودن سایر عناصر خواصی نظیر استحکام را بهبود می­ بخشد، ولی مقداری کاهش در هدایت الکتریکی ایجاد می­ کند. بعنوان مثال افزودن 1% کادمیم می­ تواند باعث افزایش استحکام به میزان 50% شود ولی هدایت الکتریکی به میزان 15% کاهش می­ یابد.

هدایت حرارتی مس: هدایت حرارتی مس در حدود دو برابر آلومینیوم و سی برابر فولاد زنگ نزن است. از این رو مس برای کاربردهایی که به انتقال حرارت سریع نیاز دارند، از قبیل ظروف آشپزخانه، مبدل حرارتی، رادیاتور های ماشین و وسایل نقلیه و انباره های حرارتی در کامپیوتر، دیسک چرخان و مجموعه­ های تلویزیون، استفاده می­ شود.

مشخصات کریستالوگرافی (بلور شناسی) مس

مس دارای ساختار کریستالی FCC است که سبب می شود رنگ ظاهری آن قرمز مایل به زرد بوده و هنگامی که {{پولیش}} می­ شود به صورت لوستر فلزی براق تبدیل ­شود.

خواص مکانیکی مس

استحکام تسلیم مس: نقطه تسلیم آلیاژهای مس به صورت مشخص تعریف نشده است. بیشتر متداول است که در 0.5% کشش، استحکام تسلیم مواد آنیل شده، به عنوان یک سوم استحکام کششی آنها در نظر گرفته شود. سخت کاری با کار سرد یعنی مواد سخت تر شده و داکتیلیته آنها کاهش یابد و استحکام تسلیم به استحکام کششی نزدیک شود.

کارسرد و کار گرم: مس و آلیاژهای آن هر دو می­ توانند کار سرد و کارگرم شوند. داکتیلیته می­ تواند بوسیله آنیل کردن و یا آنیل تصادفی در حین جوشکاری یا {{لحیم کاری}}، مجددا بدست آید.   

نامگذاری مس و آلیاژهای آن

سیستم شماره گذاری جدید برای فلزات و آلیاژ ها، سیستم (UNS)، از 5 رقم استفاده می کند که با حرف C شروع می شوند. بعنوان مثال برای برنج های آهنگری شده که به عنوان آلیاژهای مس 377 معروف می باشند، در سیستم UNS به شکل C37700 شناخته می شوند. ترکیبات کار شده شامل شماره گذاری از C10000 تا C79900 میباشد. آلیاژهای ریختگی از C80000 تا C99900 شماره گذاری می شوند.

نامگذاری UNS آلیاژهای مس در جدول زیر بطور خلاصه آورده شده است:

آلیاژهای مس

انواع مس و آلیاژهای آن عبارتند از :

1- مس خالص: که حاوی 99.3% و یا بیشتر مس می باشد.

2- آلیاژهای با درصد مس بالا : دارای درصد مس بین 96% تا 99.3% می باشند و برای دستیابی به خواص ویژه ممکن است نقره نیز افزوده شود.

3- برنج ها : دارای روی به عنوان عنصر آلیاژی اصلی می­ باشند، همچنین عناصر دیگری مانند آهن، آلومینیوم، نیکل و سیلیسیوم برای بهبود خواص آلیاژ، افزوده می ­شوند. برنج ها دارای مقاومت به خوردگی و استحکام کششی بالایی هستند.

افزودنی های برنج : افزودن سرب به ترکیبات برنج می تواند سبب بهبود خواص ماشین کاری شده، همچنین موجب سایش کمتر ابزار شود. افزودن آلومینیوم، آهن و منگنز به برنج سبب افزایش استحکام، افزودن سیلیسیوم سبب بهبود مقاومت به سایش می­ شود.

     طبقه بندی برنج ها: به دو دسته تقسیم می­ شوند:

          - برنج آلفا، با درصد روی کمتر از 37%. این آلیاژها داکتیل بوده و می توانند کارسرد شوند.

          - برنج آلفا - بتا یا دوتایی دارای 37-45% روی هستند. این آلیاژها دارای داکتیلیته محدودتری هستند و سخت تر و مستحکم تر می­ باشند.

     خانواده های برنج : آلیاژهای برنج دارای سه خانواده اصلی می­ باشند:

          - آلیاژهای مس-روی

          - آلیاژهای مس-روی-سرب (برنج های سرب دار)

          - آلیاژهای مس-روی-قلع (برنج های قلع)

4- برنز ها: دارای قلع به عنوان تنها عنصر آلیاژی و یا عنصر آلیاژی اصلی می­ باشند. امروزه برنز به آلیاژ های مس که عنصر آلیاژی اصلی آنها غیر از نیکل و روی می­ باشد اطلاق می شود.

     خانواده برنزها شامل:

          - آلیاژ های مس- قلع-فسفر (برنز های فسفر)

          - آلیاژ های مس-قلع-سرب-فسفر (برنز های فسفر سرب دار)

          - آلیاژ های مس- آلومینیوم (برنز های آلومینیوم)

          - آلیاژ های مس-سیلیسیوم (برنز های سیلیسیوم)

5- سایر گروه های آلیاژی

     آلیاژ های مس - نیکل : همانطور که از نام این آلیاژ مشخص است عنصر آلیاژی اصلی نیکل می­ باشد. این گروه می­ توانند شامل عناصر آلیاژی دیگر و یا فقط نیکل، به تنهایی باشند.

     آلیاژ های مس - نیکل - روی : این آلیاژ ها بi علت رنگ آلیاژ به عنوان نقره های نیکل معروف می­ باشند. این گروه حاوی روی و نیکل به عنوان عناصر آلیاژی اصلی بوده، همچنین ممکن است سایر عناصر آلیاژی نیز به آن افزوده شود.

     مس های سرب دار : مس های سرب دار آلیاژهای مس ریختگی هستند که دارای 20% و یا بیشتر افزودنی سرب می­ باشند. همچنین آنها حاوی مقادیر کمی نقره هستند اما عناصر قلع و یا روی در آنها وجود ندارد.

6- آلیاژهای خاص : وقتی آلیاژها دارای ترکیبات شیمیایی هستند که در هیچ یک از گروه های ذکر شده قرار نمی­ گیرد، تحت عنوان آلیاژ های خاص نامگذاری می­ شوند.

     مس های اتومات : این خواص با افزودن گوگرد و تلوریم به مس بدست می­ آید.

     مس بازیافتی : آلیاژهای مس برای بازیافت بسیار مناسب هستند. حدود 40% مصرف سالیانه آلیاژ های مس از مواد مسی بازیافت شده تامین می­ شود.

خواص کلیدی مس و کاربردهای آن

مس دارای خواص سفتی، داکتیلیته و چکش خواری می­باشد. این خواص، مس را بصورت گسترده­ ای برای کاربرد های شکل دهی لوله، کشش سیم و کشش عمیق مناسب می­ سازد. سایر خواص کلیدی مس و آلیاژهای آن شامل:

هدایت حرارتی عالی هدایت الکتریکی عالی مقاومت به خوردگی خوب مقاومت زیستی خوب ماشین کاری خوب حفظ خواص الکتریکی و مکانیکی در دماهای تبرید غیر مغناطیسی کاربردهای مس خطوط انتقال نیرو کاربردهای معماری وسایل آشپزی سیم های الکتریکی، کابل ها و جعبه تقسیم سیم های با هدایت بالا الکترود ها مبدل های حرارتی لوله های تبرید لوله کشی خانه ها بوته های مسی خنک شونده با آب

خواص ضد میکروبی

مس بطور طبیعی یک فلز بهداشتی است که رشد جرم های مضر مانند E.Coli، MRSA و  لژیونلا را کاهش می ­دهد. شکل دهی آسان، مقاومت به خوردگی و خواص ضد میکروبی مس را به ماده­ ای ایده آل برای کاربرد در مخازن تبدیل می­ کند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

ASM Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials,  vol: 2

ASM Specialty Handbook Copper and Copper Alloys

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است