سبيكة مركبة

السبيكة هي عبارة عن مادة تتالف من فلز وعنصر آخر واحد على الأقل. تشمل اغلب السبائك على كمية هائلة من الفلز الرئيسي أو فلز الأساس، وكميات أقل من المكونات الأخرى، التي قد تكون فلزات أو لافلزات مثل الكربون والسليكون. والعديد من الفلزات النقية لينة جدًا، أو تصدأ بسهولة، أو بها عيوب أخرى. ولكن هذه العيوب يمكن التغلب عليها بمزج هذه الفلزات بعناصر أخرى. وقد تحتوي السبيكة الواحدة على ثلاث أو أربع مواد مختلفة، أو أكثر.

وينتج الناس السبائك عادة بصهر فلز الأساس، وإضافة المكونات الأخرى إليه، حيث تترك السبيكة السائلة بعد ذلك لتبرد وتتصلب. وتشكل العديد من السبائك إلى شكل نهائي بعد تبريدها. وتصنع سبائك أخرى دون صهر فلز الأساس. فالمصنعون، على سبيل المثال، يمزجون مساحيق بعض الفلزات معًا، ويسخنونها تحت ضغط، حيث يؤدي ذلك إلى امتزاج جسيمات المساحيق لتكوين السبيكة.

خصائص السبائك

تتألف السبائك من بلورات دقيقة تدعى  الحبيبات. وتتراص ذرات كل حبيبة في ترتيب هندسي خاص، وتميل كل حبيبة بطريقة تختلف عن ميلان الحبيبات المجاورة. ويتحكم المصنعون في أحجام الحبيبات بالطرق التي يتبعونها في تسخين المادة وتشكيلها وتبريدها. فالحبيبات الصغيرة، على سبيل المثال، تكوِّن سبائك قوية. وتحدد الحدود الفاصلة بين الحبيبات أيضًا خصائص السبيكة، حيث يمكن أن تصبح مناطق ضعف عندما تكون السبيكة محتوية على شوائب، أو عندما يستخدم الناس السبيكة عند درجات حرارة عالية أو مع مواد كيميائية ضارة.

وهناك نوعان من السبائك

1- سبائك الطور الواحد

- السبائك المتعددة الأطوار.

وتتالف سبائك الطور الواحد من حبيبات ذات تركيب متماثلة . وفي هذه السبائك يذوب فلز في فلز آخر بنفس الطريقة التي يذوب بها الملح في الماء. ويكون خلط النحاس والنيكل بكل النسب سبيكة طور واحد.

وتتألف السبائك المتعددة الأطوار من عدة أنواع من الحبيبات ممتزجة بعضها ببعض. وفي هذه السبائك تترابط الذرات المختلفة معًا بطرق مختلفة لتكوين مركبات قوية ومستقرة. وتتشابه نسب الفلزات المكونة لنوع معين من الحبيبات داخل السبيكة المتعددة الأطوار، ولكنها تختلف عن نسب الفلزات المكونة للأنواع الأخرى من الحبيبات. فالفولاذ سبيكة متعددة الأطوار، تحتوي على بعض حبيبات الحديد المحتوية على كميات قليلة من الكربون، وحبيبات أخرى من مركب كيميائي يسمى كربيد الحديد، يتكون من ذرة كربون واحدة مقابل كل ثلاث ذرات حديد.

واغلب السبائك أقوى وأصلب من الفلزات النقية المكونة لها. وهي أيضًا ذات درجات انصهار أقل من درجات انصهار الفلزات النقية. ومعظم السبائك أقل قابلية للتشكل، مقارنة بالفلزات النقية ؛ أي يصعب طرقها إلى أشكال مختلفة، أو طيها إلى ألواح، أو سحبها إلى أسلاك. ولكن بعض السبائك الفائقة اللدونة ذات قابلية كبيرة للتشكل. والقليل من السبائك جيدة التوصيل للكهرباء مثل الفلزات النقية، ولكن بعض السبائك الفائقة التوصيل موصلات ممتازة للكهرباء.

انواع السبائك

•  السبائك الأولى:

حيث اكتشف الإنسان السبائك في الطبيعة عبر  عصور ما قبل التاريخ. واشتملت هذه السبائك على نيازك الحديد والنيكل، وخلائط الذهب والفضة في قيعان الأنهار. وأول سبيكة صنعها الإنسان البرونز، حيث صنع أقدم البرونز من النحاس والزرنيخ. وقد أنتج صاهرو النحاس في عصور ما قبل التاريخ البرونز بالصدفة في حوالي عام 300 ق.م. وتلت ذلك عدة قرون اكتشف الناس خلالها أن مزج القصدير بالنحاس ينتج نوعًا جيدًا من البرونز، وبدأوا يصنعون منه الأدوات والحلي والأسلحة. والبرونز أصلب من النحاس النقي، وأكثر قابلية للصهر والقولبة إلى أشكال مفيدة.

•  سبائك الحديد:

الحديد هو أهم الفلزات الصناعية وابرزها ، حيث يستعمله الصناعيون عادة في شكل سبيكة بدلاً من استخدامه في شكله النقي. وتسمى السبائك المؤسسة على الحديد السبائك الحديدية.وأكثر السبائك الحديدية استخدامًا سبائك الفولاذ، التي تختلف حسب تركيباتها وطرق صنعها، ولكنها تتشابه في احتوائها على كميات صغيرة من الكربون والمنجنيز وكميات كبيرة من الحديد.

ولكل نوع من الفولاذ امتيازات معينة، وأكثرها استعمالا سبائك الفولاذات الكربوني، التي يحتوي معظمها على الكربون بنسبة تقل عن 1%، حيث يشيع استخدامها ـ لمتانتها وقوة تحملها ـ في صنع دعامات المباني وهياكل السيارات وعلب المواد الغذائية.

وتشتمل سبائك الفولاذ على النيكل والكروم والموليبدنوم. وهي من القوة بحيث تستخدم في صنع منتجات مثل هياكل الدراجات وتروس هبوط الطائرات. ويحتوي الفولاذ غير القابل للصدأ على ما يزيد على 20% من الكروم، كما يدخل النيكل في تكوين أنواع عديدة منه. وهو يقاوم التآكل (الصدأ وغيره من أنواع الاتلاف الكيميائي) جيدًا، ويستخدم في صناعة الأدوات المطبخية ومعدات المشافي.وفولاذ الأدوات نوع آخر من السبائك الحديدية يستخدم في صنع وتشكيل المواد الأخرى، ويحتوي على مكونات مثل التنجستن والكروم والموليبدنوم. وتصنع الماكينات المستخدمة في تشكيل الفلزات من أنواع خاصة من فولاذ الأدوات، تحافظ على صلابتها وحواف القطع الحادة فيها، حتى عندما تحمر بالتسخين عند استخدامها.

•  سبائك القوة وخفة الوزن:

يلزم أن تكون السبائك المستخدمة في المركبات ـ وخاصة الطائرات ـ قوية وخفيفة. ويستخدم الألومنيوم فلز أساس في العديد من هذه السبائك. ولكن الألومنيوم النقي خفيف جدًا وضعيف، ولذلك لا يستخدم في بناء الهياكل. وعوضًا عن ذلك يمزج المصنعون الألومنيوم بمكونات أخرى لتكوين سبائك متينة وذات قدرة تحمل عالية. وتحتوي بعض سبائك الألومنيوم الشائعة على كميات قليلة من النحاس والمنجنيز والمغنسيوم.

وهذه السبائك أثقل من الألومنيوم النقي بقليل، ولكن متانتها تعادل متانة بعض أنواع الفولاذ. وتحتوي سبائك ألومنيوم أخرى على الزنك والمغنسيوم والليثيوم، وهي سبائك قوية جدًا. وتستخدم سبائك الألومنيوم في العديد من المنتجات مثل علب المياه الغازية وحواف إطارات العجلات.والمغنسيوم أخف من الألومنيوم، حيث تبلغ كثافته ثلثي كثافة الألومنيوم. وهو ليس متينًا في حد ذاته، ولذلك لايمكن استخدامه في الأغراض الهيكلية، ولكنه يستخدم فلز أساس في العديد من السبائك المفيدة، التي تدخل في صناعة العديد من المنتجات، مثل أجزاء الطائرات والسيارات، بالإضافة إلى العديد من الأدوات والمعدات. والتيتانيوم فلز أساس آخر في العديد من السبائك المتينة الخفيفة، التي تستخدم في صناعة محركات الطائرات النفاثة وأجزاء الطائرات والمعدات المقاومة للتآكل في المصانع الكيميائية.

• السبائك النفيسة وسبائك الزينة:

استعمل الناس الذهب والفضة منذ زمن طويل في شكل سبائك، عوضًا عن استعماله في شكل فلزات نقية. فالصانعون عادة يضيفون الفلزات الرخيصة إلى الذهب والفضة، حيث يقلل ذلك تكلفة السبيكة الناتجة، مع الاحتفاظ بالمظهر الأصلي لكل من الذهب والفضة. وبالإضافة إلى ذلك يصلب التسبيك الذهب والفضة، ويحفظهما من التلف السريع عبر الاستعمال. والذهب الأصفر سبيكة ذهبية تحتوي على نحاس وفضة، وتستخدم في صناعة المجوهرات وغيرها من أدوات الزينة. ويستخدم أطباء الأسنان سبائك ذهبية مماثلة في صنع حشوات الأسنان.

ينتج بعض أنواع المجوهرات والأواني من السبائك المشتملة على الفضة والنحاس.ويمكن صنع أدوات منزلية جذابة وغير مكلفة باستخدام العديد من السبائك الرخيصة. فالفضة الألمانية مثلاً، سبيكة بيضاء مزرقة، ذات أساس نحاسي، وتحتوي على النيكل والزنك. ويستخدم الناس الفضة الألمانية في صنع الشمعدانات والأدوات المعدنية. والبيوتر سبيكة فضية اللون، قصديرية الأساس، وسهلة التشكيل والتلميع، ولذلك تستخدم في صناعة الأطباق والأباريق والزهريات. وتصنع العملات المعدنية عادة من سبائك النحاس والنيكل.

المراجع

mawsoati.com

التصانيف

فلزات  سبائك   العلوم التطبيقية   معادن