Τι είναι ο Χάλκινος; Σύνθεση, χρήσεις και ιδιότητες

Χάλκινο είναι ένα χρυσοκαφέ κράμα χαλκού και κασσίτερου με άλλα στοιχεία. Ήταν το σκληρότερο μέταλλο σε κοινή χρήση κατά την Εποχή του Χαλκού και συνεχίζει να είναι ένα σημαντικό μέταλλο στη σύγχρονη εποχή. Ακολουθεί μια συλλογή από στοιχεία από μπρούτζο, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης, των ιδιοτήτων και των χρήσεών του.

Σύνθεση Χάλκινου

Ο μπρούντζος αποτελείται από περίπου 88% χαλκό με περίπου 12% κασσίτερο και άλλα μέταλλα (π.χ. αλουμίνιο, ψευδάργυρο, νικέλιο, μαγγάνιο, μόλυβδος) και μερικές φορές άλλα μεταλλοειδή ή αμέταλλα (αρσενικό, πυρίτιο, φώσφορος).

Διαφορά μεταξύ ορείχαλκου και μπρούτζου

Σύμφωνα με τους σύγχρονους ορισμούς, ο μπρούντζος είναι ένα κράμα χαλκού και κασσίτερου, ενώ ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου. Ωστόσο, η διάκριση μεταξύ των δύο κραμάτων δεν ήταν πάντα τόσο σαφής. Στην πραγματικότητα, η λέξη «χάλκινο» προέρχεται από τη γαλλική λέξη bronze , που με τη σειρά του προέρχεται από την ιταλική λέξη bronzo , που σημαίνει «μέταλλο ή ορείχαλκος». Η ιταλική λέξη έχει τις ρίζες της σε μια παλιά περσική λέξη για τον ορείχαλκο. Τα παλαιότερα αντικείμενα ονομάζονται καλύτερα "κράματα χαλκού" λόγω της διαφορετικής τους σύνθεσης.

Πρώιμη ιστορία

Ο χαλκός αντικατέστησε την εύθραυστη πέτρα και τον μαλακό χαλκό τουλάχιστον ήδη από την 5η χιλιετία π.Χ. Ο χαλκός που χρησιμοποιήθηκε στην Εποχή του Χαλκού ήταν ο χαλκός από αρσενικό, τον οποίο οι άνθρωποι ανακάλυψαν στη φύση ή τον έφτιαχναν με την ανάμειξη μεταλλευμάτων χαλκού και αρσενικού. Ο κασσίτερος μπρούτζος τέθηκε σε χρήση την 3η χιλιετία π.Χ. Ο μπρούντζος από κασσίτερο είναι ανώτερος από τον ορείχαλκο με αρσενικό, καθώς είναι πιο ισχυρός, πιο εύκολος στη χύτευση και δεν είναι τοξικός στον καθαρισμό.

Ιδιότητες χαλκού

Οι ιδιότητες του χαλκού εξαρτώνται από τη σύνθεση και την επεξεργασία του. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του μπρούτζου έχει πολλές κοινές ιδιότητες:

Το χάλκινο χρώμα κυμαίνεται από καφέ έως χρυσό.
Είναι συνήθως πιο θαμπό από ορείχαλκο.
Ο μπρούτζος έχει ελαφρώς υψηλότερο σημείο τήξης από τον ορείχαλκο.
Τόσο το μπρούτζο όσο και το ορειχάλκινο μέταλλο φέρουν συνήθως αμυδρά σημάδια σε σχήμα δακτυλίου στη μεταλλική επιφάνεια.
Ο μπρούτζος είναι ένα πολύ όλκιμο μέταλλο.
Ο μπρούτζος παρουσιάζει χαμηλή τριβή έναντι άλλων μετάλλων.
Το χτύπημα του μπρούτζου σε μια σκληρή επιφάνεια δεν δημιουργεί σπινθήρες. Αυτό καθιστά το κράμα χρήσιμο για εφαρμογές που περιλαμβάνουν εκρηκτικά ή εύφλεκτα υλικά.
Σε αντίθεση με τα περισσότερα μέταλλα, ο μπρούτζος διαστέλλεται ελαφρώς καθώς στερεοποιείται από ένα τήγμα. Αυτό είναι επιθυμητό για χύτευση, καθώς σημαίνει ότι το μέταλλο γεμίζει ένα καλούπι καθώς κρυώνει.
Το μπρούτζο είναι σχετικά εύθραυστο, αλλά όχι τόσο όσο ο χυτοσίδηρος.
Το κράμα έχει χαμηλότερο σημείο τήξης από τον σίδηρο ή τον χάλυβα.
Ο μπρούτζος άγει τον ηλεκτρισμό και τη θερμότητα καλύτερα από τους περισσότερους χάλυβες.
Στον αέρα, ο μπρούτζος οξειδώνεται και δημιουργεί μια θαμπή χάλκινη πατίνα. Όμως, η πατίνα επηρεάζει μόνο την επιφάνεια, προστατεύοντας το υποκείμενο μέταλλο. Αρχικά, η πατίνα αποτελείται από οξείδιο του χαλκού, το οποίο τελικά μετατρέπεται σε ανθρακικό χαλκό.
Ενώ η χάλκινη πατίνα προστατεύει το κράμα από τον αέρα, ο μπρούτζος διαβρώνεται στο θαλασσινό νερό. Τα χλωρίδια προκαλούν «ασθένεια του χαλκού», όπου η διάβρωση διαπερνά το μέταλλο. Όμως, όπως ο χαλκός και ο ορείχαλκος, ο μπρούντζος έχει γενικά καλή αντοχή στη διάβρωση του αλμυρού νερού.

Χρησιμοποιήσεις

Ο μπρούτζος εμφανίζεται σε κοινά, καθημερινά αντικείμενα. Ακολουθούν ορισμένες χρήσεις του μπρούτζου:

Αρχιτεκτονικά στοιχεία, όπως κιγκλιδώματα σκαλοπατιών, γραμματοκιβώτια, διακοσμητικά στοιχεία και κουφώματα παραθύρων
Ρουλεμάν
Κουδούνια
Μαλλί μπρούτζου, το οποίο είναι μια εναλλακτική λύση στο χαλύβδινο μαλλί που δεν αποβάλλει μεταλλικά νήματα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν σορτς και σπινθήρες
Κέρματα, συμπεριλαμβανομένων των παλιότερων πένας
Κύμβαλα
Ηλεκτρικές επαφές και υποδοχές
Βιομηχανικά προϊόντα χύτευσης, όπως αντλίες, στελέχη βαλβίδων και μεταδόσεις αυτοκινήτων
Ναυτική αρχιτεκτονική, συμπεριλαμβανομένων σκαφών, αντλιών, εξαρτημάτων κινητήρα, έλικες διαφημίσεων
Μετάλλια
Καθρέφτες
Στοιχεία εξέδρας άντλησης πετρελαίου
Μερικά σαξόφωνα
Γλυπτά
Μικροί ηλεκτροκινητήρες
Χορδές κιθάρας και πιάνου
Μεταλλικά κλιπ
Εργαλεία ασφαλείας (σφυριά, σφυριά, κλειδιά)
Βίδες
Ελατήρια

Κράματα μπρούτζου

Οι μεταλλουργοί ταξινομούν τα κράματα μπρούτζου ανάλογα με τη σύνθεσή τους. Ακολουθούν ορισμένα κοινά κράματα:

Χάλκινο αλουμίνιο :Ο μπρούτζος αλουμινίου περιέχει 6% έως 12% αλουμίνιο, έως 6% σίδηρο και έως 6% νικέλιο. Είναι ένα ισχυρό κράμα με εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη φθορά. Ο μπρούτζος αλουμινίου είναι το κράμα επιλογής για αντλίες, βαλβίδες ή άλλο υλικό που εκτίθεται σε διαβρωτικά υγρά.
Κουπρονικέλιο :Το Cupronickel ή το νικέλιο χαλκού είναι ένα κράμα μπρούτζου που περιέχει 2% έως 30% νικέλιο. Το κράμα εμφανίζει υψηλή θερμική σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση, ιδιαίτερα σε υγρό αέρα ή ατμό. Είναι επίσης ανώτερο από άλλους τύπους μπρούτζου στο θαλασσινό νερό. Οι χρήσεις του χαλικονικελίου περιλαμβάνουν γάστρα πλοίων, αντλίες, βαλβίδες, ηλεκτρονικά είδη και εξοπλισμό πλοίων.
Ασήμι νικελίου :Παρά την κοινή του ονομασία, το νικέλιο ασήμι δεν περιέχει ασήμι. Πήρε το όνομά του για το ασημί χρώμα του. Το νικέλιο ασήμι περιέχει χαλκό, νικέλιο και ψευδάργυρο. Είναι μέτρια ισχυρό και έχει αξιοπρεπή αντοχή στη διάβρωση. Το νικέλιο ασήμι βρίσκει χρήση σε μουσικά όργανα, οπτικό εξοπλισμό, διακοσμητικά και σερβίτσια.
Χάλκινος φώσφορος (κασσίτερος μπρούτζος):Ο φωσφορικός μπρούτζος περιέχει 0,5% έως 1,0% κασσίτερο και 0,01% έως 0,035% φώσφορο. Αυτό το κράμα είναι σκληρό και ισχυρό και έχει λεπτόκοκκο, χαμηλό συντελεστή τριβής και υψηλή αντοχή στην κόπωση. Ο φωσφορικός μπρούτζος βρίσκει χρήση σε ελατήρια, πλυντήριο, ηλεκτρικό εξοπλισμό και φυσούνες.
Χάλκινο πυρίτιο :Το Silicon bronze περιλαμβάνει τόσο ορείχαλκο από κόκκινο πυρίτιο όσο και ορείχαλκο κόκκινο πυρίτιο. Ο κόκκινος ορείχαλκος περιέχει περίπου 20% ψευδάργυρο και 6% πυρίτιο, ενώ ο κόκκινος ορείχαλκος περιέχει λιγότερο ψευδάργυρο. Ο μπρούτζος πυριτίου έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε μόλυβδο και μπορεί να περιέχει μαγγάνιο, κασσίτερο ή σίδηρο. Ο μπρούτζος πυριτίου έχει υψηλή αντοχή στη διάβρωση και αντοχή. Χρησιμοποιείται για αντλίες και στελέχη βαλβίδων.

Αναφορές

Alavudeen, A.; Venkateshwaran, Ν.; Winowlin Jappes, J. T. (2006). Ένα Εγχειρίδιο Μηχανικών Υλικών και Μεταλλουργίας . Τείχος προστασίας μέσων. ISBN 978-81-7008-957-5.
Gale, W. F.; Totemeier, T. C. (επιμ.) (2003). Βιβλίο αναφοράς Smithells Metals (8η έκδ.). Butterworth-Heinemann. ISBN 9780750675093.
Thornton, C.; Lamberg-Karlovsky, C.C.; Liezers, Μ.; Young, S.M.M. (2002). «Σε καρφίτσες και βελόνες:ανίχνευση της εξέλιξης του κράματος με βάση τον χαλκό στο Tepe Yahya, Ιράν, μέσω ανάλυσης ICP-MS ειδών κοινής θέσης». Journal of Archaeological Science . 29 (12):1451–60. doi:10.1006/jasc.2002.0809
Tylecote, R.F. (1992). Ιστορία της Μεταλλουργίας (2η έκδ.). Λονδίνο:Maney Publishing, για το Ινστιτούτο Υλικών. ISBN 978-1-902653-79-2.