http://www.tcmetal2549.com
สร้างเว็บไซต์Engine by iGetWeb.com 
 หน้าแรก  โลหะที่ผลิต  เว็บบอร์ด  ติดต่อเรา
ค้นหา  ประเภทการค้นหา   Cart รายการสั่งซื้อ (0) 
« May 2024»
SMTWTFS
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031 
สถิติ
เปิดเว็บไซต์ 28/02/2009
ปรับปรุง 23/07/2021
สถิติผู้เข้าชม2,192,363
Page Views2,927,135
Menu
หน้าแรก
โลหะที่ผลิต
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์
ชิ้นงานหล่อไล่ขี้ผึ้ง
ชิ้นส่วนเครื่องจักรผลิตขวดแก้ว
อลูมิเนียม
ทองเหลือง
เหล็กหล่อเหนียว(fcd)
เหล็กหล่อ(fc)
สแตนเลส
อะไหล่เครื่องจักร
อะไหล่เครื่องยิงทราย
เหล็กดิบ
เตาถลุงเหล็กดิบ
เหล็กกล้า
เหล็กหล่อ
มาตรฐานเหล็กในงานอุตสาหกรรม
คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ ที่ผสมลงในเหล็ก
โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
ตารางเทียบเกรดมาตรฐานและหนังสืออ้างอิง
เว็บบอร์ด
ติดต่อเรา
 

Nonferrous Metal

(อ่าน 7648/ ตอบ 4)

อ.อรอุมา กอสนาน

Nonferrous Metal


 


1.  คำนำ


                         บทนี้เป็นเรื่องของโลหะอื่นๆ นอกกลุ่มเหล็กที่สำคัญ ที่วิศวกรควรทราบ  โดยเลือกให้เรียนเฉพาะโลหะบางตัว โดยมีหัวข้อต่าง ๆ ดังนี้


                                                  1.   อะลูมิเนียม และอะลูมิเนียมผสม  (Aluminium and its alloys)


                                                  2.   แมกนีเซียมและแมกนีเซียมผสม (Magnesium and its alloys)


                                                  3.   ไทเทเนียมและไทเทเนียมผสม (Titanium and its alloys)


                                                  4.   ทองแดงและทองแดงผสม  (Copper and its alloys)


                                                         4.1  การผลิตทองแดง             


                                                         4.2  ทองเหลือง (Brasses)


                                                         4.3  บรอนซ์ (Bronzes)


                                                         4.4  โลหะผสมทองแดง-นิกเกิล (Cupro-niclels)


                                                  5.   นิกเกิลและนิกเกิลผสม (Nickel and its alloys)


                                                         5.1 นิกเกิล


                                                         5.2 โลหะผสมนิกเกิล-ทองแดง


                                                         5.3 โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-เหล็ก


                                                  6.   ดีบุก ตะกั่ว และพลวง  (Tin, Lead and Antimony)


                                                        6.1 ตะกั่ว


                                                         6.2 ดีบุก


                                                         6.3 พลวง


                                                  7.   สังกะสีและสังกะสีผสม (Zinc and its alloys)


                                                  8.   โลหะทนความร้อนสูง (Refractory metals)


                                                  9.   โลหะมีค่า (Precious metals)


                                                  10. โลหะหายาก (Rare-earth metals)


                                                         10.1  การผลิตและสกัดโลหะหายาก


                                                         10.2  ประโยชน์ของโลหะหายาก


                                                  11. โลหะจำรูป (Shape memory alloy)


                                                  12. โลหะกักเก็บไฮโดรเจน


                                                  13. กระบวนการทางความร้อนของโลหะนอกกลุ่มเหล็ก


                                                  14  โลหะผง (Metal powders)


 


 


 


 


 


2.  อะลูมิเนียม  (Aluminium)


·     ผลิตจากแร่บ๊อกไซท์โดยใช้ไฟฟ้า  มีราคาแพง


·     มีคุณสมบัติสำคัญคือ


             -     ไม่เป็นสนิม  มี Al2O3  เคลือบผิว


             -     มีโครงสร้าง FCC  ขึ้นรูปง่าย


             -     นำความร้อน นำไฟฟ้าได้ดี


             -     มีน้ำหนักเบา


             -     อะลูมิเนียมบริสุทธิ์มีความแข็งแรงต่ำ


             -     สามารถนำธาตุอื่นมาผสมได้หลายธาตุ


·     การเพิ่มความแข็งแรง


             -     โดยการผสมธาตุ  (Solid Solution)


             -     โดยการแปรรูปเย็น (Work Hardening)


             -     โดยการบ่มแข็ง (Aged  Hardening)


·     อะลูมิเนียมผสมแบ่งเป็น กลุ่มบ่มแข็งได้และบ่มแข็งไม่ได้


 


2.1       แหล่งผลิตอะลูมิเนียม


 










































แหล่ง



%



United states



22.8



Europe



21.7



Canada



8.9



Latin/South America



8.8



Asia



5.6



Oceania



7.8



Africa



3.1



Others



21.3



 


 


2.2       การกำกับชื่อชิ้นงานขึ้นรูปขึ้นรูปของอะลูมิเนียมผสม  (Designation for wrought aluminum alloys)


                   ในปี พ.. 2497 สมาคมอะลูมิเนียมแห่งอเมริกา  (The Aluminum Association of America)  ได้จัดโลหะผสมของอะลูมิเนียมขึ้นรูปเป็นหมวดหมู่ตามส่วนผสมและใช้เลข 4 หลักเป็นสัญลักษณ์ในการกำกับชื่อของโลหะ  ในปัจจุบันนี้การกำกับชื่อตามนี้เป็นที่รู้จักและใช้กันอย่างแพร่หลายจนเป็นสากลนิยม


                   ความหมายของระบบเลข 4 หลักมีดังนี้


                   เลขหลักที่หนึ่งเป็นสัญลักษณ์ที่สำคัญที่สุดในการแสดงกลุ่มของโลหะผสมซึ่งมีอยู่ 8 กลุ่ม  ตามตารางเช่น 1XXX แทนโลหะที่มีอะลูมิเนียมไม่น้อยกว่า 99.0 เปอร์เซ็นต์  โดยน้ำหนักเป็นต้น


                   เลขหลักที่สองใช้สำหรับกำกับเมื่อมีการดัดแปลงส่วนผสมของโลหะให้ผิดไปจากโลหะผสมดั้งเดิม ตัวเลข 0 แสดงว่าเป็นโลหะผสมดั้งเดิม  ตัวเลข 1-9  แสดงว่าเป็นส่วนที่ได้จากการดัดแปลงให้ผิดไปจากเดิม เช่น 2024 (4.5 Cu, 1.5Mg, 0.5Si, 0.1 Cr) เทียบกับ 2218  (4.0 Cu, 2.0 Ni, 1.5 Mg, 0.2 Si) ซึ่งสังเกตได้ว่าโลหะ 2218  มีนิกเกิลผสมเพิ่มเติมเข้าไป


                   ตัวเลขหลักที่สามและหลักที่สี่ใช้แสดงชนิดย่อย ๆ ของโลหะผสมที่อยู่ในกลุ่มเดียวกัน ความแตกต่างนี้มักจะเป็นส่วนผสมที่แตกต่างกัน เช่น 2014 (4.4 Cu, 0.8 Si, 0.8 Mn, 0.4 Mg) และ 2017 (4.0 Cu, 0.8 Si, 0.5 Mn, 0.5 Mg, 0.1 Cr) เป็นต้น


                   เฉพาะอะลูมิเนียมในกลุ่ม 1XXX ตัวหลักที่สามและหลักที่สี่จะแสดงปริมาณของอะลูมิเนียมที่เป็นจุดทศนิยม 2 ตำแหน่ง  ที่ปรากฎภายหลัง 99 เปอร์เซ็นต์  เช่น 1060 และ 1080 หมายถึงอะลูมิเนียมขึ้นรูปที่มีอะลูมิเนียมอยู่ 99.60 เปอร์เซ็นต์ และ 99.80 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ


 


ตารางสัญลักษณ์ที่ใช้แทนอะลูมิเนียมขึ้นรูป














































สัญลักษณ์



ธาตุที่เป็นส่วนผสมหลักในอะลูมิเนียม



1XXX



อะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์ไม่น้อยกว่า 99.0%



2XXX



ทองแดง



3XXX



แมงกานีส



4XXX



ซิลิคอน



5XXX



แมกนีเซียม



6XXX



แมกนีเซียม กับ ซิลิคอน



7XXX



สังกะสี



8XXX



ธาตุอื่น ๆ



9XXX



ยังไม่มีที่ใช้



 


หมายเหตุ             สัญลักษณ์ตัวเลข 4 หลักนี้ ไม่มีความเกี่ยวข้องกับสัญลักษณ์ตัวเลข 4 หลัก ที่ใช้ในโลหะผสมของ


                         เหล็กโดยสิ้นเชิง


 


2.3       การกำกับชื่อชิ้นงานหล่อของอะลูมิเนียมผสม  (Designation for cast aluminum alloys)


                   การตั้งชื่อชิ้นงานหล่อ (cast alloys)  ของอะลูมิเนียมผสมยังไม่มีมาตรฐานที่ถือเป็นสากลนิยม  ในสหรัฐอเมริกามีมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับกันอยู่ 2 มาตรฐาน คือ มาตรฐานของ ASTM เช่น ASTM B 26, B 85 และ B 108 อีกมาตรฐานหนึ่งเป็นมาตรฐานของบริษัทอะลูมิเนียมแห่งอเมริกา  ซึ่งเป็นบริษัทที่ผลิตอะลูมิเนียมที่ใหญ่ที่สุดในอเมริกา  มาตรฐานของเขาจึงมีอิทธิพลในวงการค้ามากและเป็นที่นิยมใช้มากกว่ามาตรฐานแรก ในที่นี้จะกล่าวเฉพาะการตั้งชื่อโลหะผสมตามระบบของบริษัทหลัง  ส่วนการตั้งชื่อตามระบบ ASTM นั้น สามารถศึกษาได้จากการตั้งชื่อโลหะแมกนีเซียม  ซึ่งใช้หลักการเดียวกัน


                   ระบบการตั้งชื่ออะลูมิเนียมหล่อตามมาตรฐานของบริษัทอะลูมิเนียมแห่งอเมริกานั้น  ใช้ตัวเลข 2 หลัก หรือ 3 หลักแทนชื่อโลหะ


                   ตัวเลข 2 หลักใช้แทนโลหะอะลูมิเนียมผสมที่มีซิลิคอนเป็นธาตุผสมหลัก  สำหรับตัวเลข 3 หลักนั้นตัวเลขหลักแรกใช้แทนกลุ่มโลหะผสมที่มีธาตุ ๆ หนึ่งเป็นธาตุผสมหลัก เช่น 1XX เป็นกลุ่มโลหะผสมของอะลูมิเนียมที่มีทองแดงเป็นธาตุผสมหลัก  เป็นต้น  สัญลักษณ์ที่ใช้แทนธาตุผสมหลักตัวอื่น ๆ ดูได้จากตาราง 


                   โลหะบางตัวอาจมีตัวอักษรภาษาอังกฤษนำหน้าตัวเลขที่แทนชื่อของโลหะ เช่น A, B,C,D….. ทั้งนี้เพื่อแสดงว่ามีการดัดแปลงส่วนผสมของโลหะให้ผิดไปจากเดิม  เพื่อให้เหมาะกับเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น วิธีการหล่อดังตัวอย่าง เช่น 214 (3.8 Mg) เหมาะสำหรับหล่อลงแบบทราย (sand cast)  A 214 (3.8 Mg 1.8 Zn)  เหมาะสำหรับหล่อลงแบบโลหะ (permanent mold) ฯลฯ


 


ตารางแสดงกลุ่มของอะลูมิเนียมหล่อ




































กลุ่ม



แทนโลหะผสมระหว่าง



กลุ่ม



แทนโลหะผสมระหว่าง



1-99



Al-Si



4 XX



Al-Mn



1XX



Al-Ci



5 XX



Al-Ni



2XX



Al-Mg



6 XX



Al-Zn



3XX



Al-Si



7 XX



Al-Sn



                                หมายเหตุ             กลุ่ม 4XX และกลุ่ม 5XX ไม่ค่อยมีที่ใช้สำหรับงานหล่อ


 


2.4       Heat Treatment


 


             2.4.1    Solid solution heat treatment


                   วิธีนี้เรียกสั้น ๆ ได้ว่า อบละลาย  ซึ่งใช้หลักที่ว่า  ความสามารถในการละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกับอะลูมิเนียมของธาตุผสมที่สำคัญ อย่างเช่น ทองแดงนั้นเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ  ที่อุณหภูมิสูง ธาตุผสมละลายได้มากกว่าที่อุณหภูมิต่ำ  เพราะฉะนั้นถ้าเผาอะลูมิเนียมที่ผสมทองแดงให้ร้อนขึ้นไปจนถึง 5400 C เป็นเวลานานพอให้ทองแดงที่ผสมอยู่ซึ่งไม่เกินจุดอิ่มตัวละลายเข้าในเนื้อของอะลูมิเนียมให้หมด  จากนั้นก็ทำให้อะลูมิเนียมเย็นตัวอย่างรวดเร็วโดยการชุบลงในน้ำ เนื่องจากการเย็นตัวเกิดขึ้นรวดเร็วมาก  ทองแดงที่เกินจุดอิ่มตัวที่อุณหภูมิห้องจึงถูกกักอยู่ในเนื้ออะลูมิเนียมและไม่มีโอกาสเคลื่อนที่แยกตัวออกจากเนื้ออะลูมิเนียมเป็นเฟสใหม่


                   เมื่อมองในระดับจุลโครงสร้าง  อะตอมของทองแดงถือเป็นสิ่งแปลกปนเมื่ออยู่ในเนื้อของอะลูมิเนียมทำให้การเรียงตัวของอะตอมของอะลูมิเนียมบิดเบี้ยวไปจากที่ควรจะเป็น ก่อให้เกิดสเตรนขึ้น  และมีผลให้โลหะสร้างแรงต้านทานต่อแรงทางกลภายนอกที่มากระทำได้มากขึ้น  คือโลหะมีความแข็งแรงมากขึ้นอันเป็นผลจากการที่มีทองแดงละลายผสมอยู่ในเนื้อ (solid solution hardening)


 


ตารางแสดงสมบัติทางกลของ Al-4.5% Cu  ที่ผ่านการอบให้ทองแดงละลายเป็นเนื้อเดียวกับอะลูมิเนียม
















































สภาพของโลหะ



เทนไซล์สเตร้ง,


ksi



ยีลด์สเตร้ง,


ksi



ความยืด,


ใน 2 นิ้ว, %



ความแข็ง


BHN



เพิ่งได้จากการหล่อใหม่ ๆ



20.1



8.8



7.5



45



อบละลายที่ 5400C 1 ชม. แล้วชุบน้ำ



32.2



22.6



5.5



76



อบละลายที่ 5400C 8 ชม.แล้วชุบน้ำ



40.2



22.4



14.6



74



อบละลายที่ 5400C 40 ชม. ชุบน้ำแล้วทิ้งไว้ 2 วัน



42.3



24



19.0



83



อบละลายที่ 5400C 40 ชม. ชุบน้ำแล้วทดสอบทันที



35.8



17.4



20.7



62



 


             2.4.2    Precipitation hardening


                   วิธีนี้ทำต่อเนื่องจากการทำให้ธาตุผสมละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกับอะลูมิเนียม


                   ทองแดงที่มีปริมาณเกินจุดอิ่มตัวแต่ละลายอยู่เป็นเนื้อเดียวกับอะลูมิเนียมนั้นไม่มีเสถียรภาพ มันพยายามก่อตัวเป็นเฟสใหม่แยกตัวออกจากเนื้ออะลูมิเนียม  การก่อตัวนี้ต้องอาศัยการเคลื่อนที่ของทั้งอะตอมอะลูมิเนียมและของทองแดง  แต่การเคลื่อนตัวของอะตอมในเนื้อโลหะในสภาพของแข็งทำได้ลำบากมากในทางปฏิบัติถือได้ว่าไม่เกิดขึ้น  จึงต้องมีการเผาให้อะลูมิเนียมร้อนขึ้นเพื่อช่วยให้อะตอมของธาตุในเนื้อโลหะสามารถเคลื่อนตัวได้ง่ายขึ้น  อุณหภูมิที่ใช้เผาอยู่ช่วง 1500-1800C


                   เนื่องจากเฟสใหม่ที่จะเกิดจากทองแดงที่เกินจุดอิ่มตัวกับอะลูมิเนียมบางส่วนนั้นมีระบบผลึกแตกต่างจากระบบผลึกของเนื้ออะลูมิเนียมที่มีอยู่เดิม  ดังนั้น ในช่วงของการจุติของเฟสใหม่นี้ อะตอมทั้งของธาตุทองแดงและอะลูมิเนียมต้องขยับตัวไปอยู่ในตำแหน่งที่สมดุลของเฟสใหม่  ความเริ่มไม่สอดคล้องในเรื่องขนาดและรูปทรงของผลึกของเฟสใหม่และเฟสเก่าก่อให้เกิดสเตรนขึ้นในเนื้อของอะลูมิเนียม  ทำให้โลหะสามารถต้านทานต่อแรงกระทำได้สูงขึ้นคือแข็งแรงมากขึ้น


                   การทำกรรมวิธีทางความร้อนแบบนี้จึงเป็นการให้พลังงานที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดภาวะของการเริ่มจุติเป็นเฟสใหม่พอดี  บางครั้งก็เรียกวิธีการนี้ว่า  การบ่ม (aging)


                   อนึ่ง  ความแข็งแรงของโลหะจะมีมากเฉพาะในช่วงที่อยู่ระหว่างขบวนการจุติของเฟสใหม่เท่านั้นถ้าผ่านพ้นช่วงนี้ไปถึงขั้นที่เกิดเฟสใหม่เป็นรูปเป็นร่างที่แน่ชัดจากเนื้ออะลูมิเนียมเดิมแล้ว  อะตอมของธาตุในเฟสใหม่จะไม่เหนี่ยว  (coherent bond)  กับอะตอมของธาตุในเฟสเก่า  หมายความว่าไม่เกิดสเตรน และความแข็งแรงของอะลูมิเนียมจะลดลงกว่าเดิม  ปรากฎการณ์นี้เรียกว่า  การบ่มมากเกินไป  (overaging)


 


             2.4.3    Annealing


                   วิธีนี้ทำเพื่อให้โลหะคลายสเตรนและสเตรสตกค้างต่าง ๆ ที่สะสมอยู่ในเนื้อโลหะภายหลังผ่านการขึ้นรูปทางกลมา  ผลก็คือ ทำให้โลหะมีความแข็งแรงลดลง  แต่ความเหนียวเพิ่มขึ้นมาก  ทำให้สามารถรับการแปรรูปทางกลเพิ่มขึ้นได้อีกโดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหักและยังใช้แรงทางกลน้อยลง  กรรมวิธีนี้จึงนิยมใช้แทรกอยู่ระหว่างกรรมวิธีการรีดแผ่นอะลูมิเนียม  ซึ่งเริ่มจากท่อนอะลูมิเนียมหนาหลายนิ้ว  เพื่อรีดให้เป็นแผ่นอะลูมิเนียมห่ออาหาร หรือห่อบุหรี่  เนื่องจากปริมาณการแปรรูปจากวัตถุดิบเริ่มแรกจนเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปนั้นมีมาก  ถ้ารีดไปเรื่อย ๆ โดยไม่อบอ่อน  สเตรนและสเตรสตกค้างในเนื้อโลหะจะมากเกิดไปจนทำให้แผ่นอะลูมิเนียมขาดได้  ดังนั้นจึงต้องใช้วิธีอบอ่อนแทรกเข้าระหว่างขบวนการ  เพื่อเพิ่มความเหนียวให้อะลูมิเนียมก่อนที่จะเริ่มรีดต่อไป


 


2.5       ชนิดของโลหะอะลูมิเนียม


 


             2.5.1    Commercially puse aluminium


                   บริสุทธิ์กว่า 99.0% โดยน้ำหนัก  ใช้ทำภาชนะเครื่องครัว  ภาชนะใส่อาหาร  Aluminium foil  ที่บริสุทธิ์มาก เกรด EC (Electrical conductivity grade)  ใช้ทำสายไฟฟ้าเปลือย (สายไฟแรงสูง) และ bus bar


                   ชิ้นงานขึ้นรูปของโลหะนี้จัดอยู่ในกลุ่ม 1XXX


 


             2.5.2    Al-Cu alloy  (กลุ่ม 2XXX)


                   แข็งแรงมากโดยการทำ  Precipitation hardening  (มี Cu 2.5-5.5%)  ถ้ามี Mg ด้วยจะเกิด PH  โดยไม่ต้องทำ Heat treatment  ได้แก่เกรด  2024  (2.5 Cu, 1.5Mg)  ใช้ทำกระทะล้อรถยนต์  (ล้อแม็ก)


 


             2.5.3    Al-Mn alloy (กลุ่ม 3XXX)


                   ใช้กับงานขึ้นรูป  ไม่นิยมทำงานหล่อเพราะกำลังวัสดุไม่สูงนัก  Mn  ช่วยทำให้โลหะ  มีกำลังวัสดุสูงขึ้น และทนทานต่อ Corrosion  ใช้แทนกลุ่ม  1XXX  ที่นิยมมากคือโลหะ  3003  (1.2 Mn)  ที่ใช้ทำเครื่องครัว  ภาชนะอะลูมิเนียมในอุตสาหกรรมอาหาร  และคิ้วรถยนต์


 


             2.5.4    Al-Si alloy  (กลุ่ม 4XXX)


                   Si  ช่วยให้เบาขึ้น  สมบัติการไหลขณะหล่อหลอมดีขึ้น หล่อชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้คมชัด  การหดตัวหลังการแข็งตัวน้อยกำลังวัสดุสูงมากขึ้นและทนต่อ  corrosion  ได้ดีมาก  เหมาะกับงานหล่อ


                   ตัวอย่างการใช้ได้แก่  Aluminium  4032  (12 Si, 1Mg 1 Cu 1 Ni)  ใช้ตี (forge)  ให้เป็นลูกสูบรถยนต์  (แทนการหล่อ)


                   โลหะ 13  (12%Si)  ใช้ทำหัวลูกสูบรถยนต์  และหล่องานที่มีผนังบาง ๆ และรูปร่าง  ซับซ้อน


             2.5.5    โลหะผสมอื่น ๆ


                   i)    Al-Mg


                   ได้แก่ 5052  (2.5 Mg 0.5 Cr) , 5056 (5.2 Mg 0.5 Cr 0.1 Mn)  และ 5186  ( 4.5 Mg 0.5 Cr 0.8 Mn)  มีน้ำหนักเบา กำลังวัสดุปานกลาง ทน Corrosion  ในบรรยากาศทั่วไปได้ดีเลิศ  พวกนี้ใช้ทำหมุดย้ำ (rivet) ปลอกหุ้มสายไฟฟ้า  ล้อแม็ก  และ Aluminium frame


                   ii)   Al-Mg-Si  allog (6XXX)


                   ขึ้นรูปง่าย ทำด้วย forging  และ extrude  ใช้ทำกรอบประตูหน้าต่างกระจก  (เช่น 6061 (0.6Si, 1Mg)


                   iii)  Al-Zn (7XXX)


                   เช่น 1718-T6  (6.8 Zn  2.7 Mg 2.0Cu) มี Tensile strength สูงมาก  เหมาะสำหรับทำโครงสร้างในอากาศยาน


                   iv) A750 (6.3Sn 2.5Si 1Cu 0.5Ni) สำหรับหล่อทำแบริ่งสำหรับโรงรีดขนาดใหญ่


 


2.6       อะลูมิเนียมผสมสำหรับงานหล่อ


                   (เนื้อหาส่วนนี้เป็นบางส่วนที่ตัดมาจาก  John T. H. Pearce. 2543 เทคโนโลยี และโลหะวิทยาของอะลูมิเนียมหล่อ  แปลโดย  บัญชา  ธนบุญสมบัติ  ศูนย์โลหะและวัสดุแห่งชาติ  (MTEC)  สวทช.  กรุงเทพมหานคร)


 


                   โลหะอะลูมิเนียมผสมสำหรับงานหล่อพัฒนามาจากระบบยูเทกติกของระบบ 2 ธาตุ เช่น อะลูมิเนียมซิลิคอน (Al-Si), อะลูมิเนียม-ทองแดง (Al-Cu) และอะลูมิเนียม-แมกเนีเซียม (Al-Mg) อย่างไรก็ตาม โลหะที่ใช้งานส่วนใหญ่มักจะพัฒนามาจากระบบอะลูมิเนียม-ซิลิคอน  โดยการเติมธาตุแมกนีเซียม (Mg) และ/หรือทองแดง (Cu) ทำให้โลหะผสมเหล่านี้สามารถชุบแข็งได้ด้วยกระบวนการตกตะกอนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง  (preciptitation hardening heat treatment)  การเพิ่มธาตุผสมบางอย่าง (เช่น Ni, Cr  และ Mn)  ยังช่วยทำให้โลหะผสมแข็งเพิ่มขึ้นโดยกลไกการเพิ่มความแข็งด้วยการทำให้เป็นสารละลายของแข็ง  (solid solution hardening) และยังช่วยปรับปรุงความแข็งแรงในการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (hot strength)  ได้ด้วย


 


                   ชนิดของโลหะอะลูมิเนียมผสม  (alloy type) ที่ใช้ทั่วไปมี 3 แบบหลัก ๆ ได้แก่


                   -     โลหะผสมไฮโปยูเทกติก  (hypo-eutectic alloys) เช่น LM4, LM25


                   -     โลหะผสมใกล้ยูเทกติก (near-eutectic alloys) เช่น LM, LM2


                   -     โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทกติก (hyper-eutectic alloys)  เช่น LM28


 


 


 


                   เกรดที่นิยมากที่สุดได้แก่


                   -     LM4, LM6, LM25, LM27 ใช้สำหรับการหล่อในแบบหล่อทราย (sand casting)  การหล่อในแบบหล่อชนิดแม่พิมพ์เหล็ก (gravity diecasting)  และการหล่อชนิดใช้แรงดันต่ำ (low pressure diecasting)


                   -     LM2, LM6, LM20, LM24 สำหรับการหล่อแบบใช้แรงดัน


 


                   เนื่องจากกรรมวิธีการหล่อแบบอัดด้วยความดันเข้าสู่แบบนั้น สามารถใช้อะลูมิเนียมผสมที่มีปริมาณธาตุผสมของเหล็ก  (Fe) และสังกะสี (Zn) สูงได้มากกว่าวิธีอื่น ๆ ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้กับโลหะผสมเกรด LM2 (ADC12)  และ LM24 (ADC10Z)


 


             2.6.1    อะลูมิเนียมผสมไฮโปยูเทกติก


                   โลหะไฮโปยูเทกติก 2 ธาตุของ Al-Si alloy  ไม่เป็นที่นิยมใช้กันมากนักเนื่องจากข้อจำกัดด้านสมบัติทางกลดังนั้นอะลูมิเนียมไฮโปยูเทกติกมักได้รับการผสมทองแดง  และ/หรือ แมกนีเซียม (เช่น LM4, 16, 25, 27) เพื่อให้สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ด้วยวิธีการตกตะกอนเพิ่มความแข็ง (precipitation hardening) โครงสร้างจุลภาคของอะลูมิเนียมผสมชนิด Al-5%Si  จะประกอบด้วยเดนไดรต์ของอะลูมิเนียมและยูเทกติกซิลิคอนที่แยกตัวออกมาอยู่ระหว่างเดนไดรต์ (interdendritic “divorced” eutectic Si)  และจะเห็นโพรงหดตัว (shrinkage pore)  กระจายอยู่บ้าง เนื่องจากโลหะผสมไฮโปยูเทกติกมีช่วงการแข็งตัวกว้าง (wide freezing range)


 


             2.6.2    อะลูมิเนียมผสมยูเทกติก


                   โลหะผสมยูเทกติก  Al-Si  สามารถใช้ได้โดยตรงในลักษณะของโลหะผสมที่อบชุบเพื่อเพิ่มความแข้งแรงไม่ได้ (non-heat-treatable alloys)  เช่น LM6 และ LM20 หรือสามารถผสมธาตุทองแดง  และ/หรือ แมกนีเซียม หรืออื่น ๆ เพื่อทำให้สามารถเกิดการตกตะกอนเพื่อเพิ่มความแข็ง (preciptitation hardening) เช่น LM9 และ LM13 อะลูมิเนียมผสมพวกนี้จะไหลตัวในสภาพเหลวได้ดีมาก  ใช้งานได้หลากหลายและสามารถผลิตได้มากแบบ  ทั้งหล่อในแบบหล่อทรายและหล่อโดยใช้แม่พิมพ์โลหะ ส่วน LM6 และ LM20 จะใช้ในการผลิตแบบใช้แม่พิมพ์โลหะ (diecasting alloy) มากกว่า LM2 และ LM24 เมื่อต้องการความทนต่อการกัดกร่อน  โลหะซึ่งมีธาตุผสมทองแดงต่ำ  เช่นอะลูมิเนียมเกรด  LM6  และ LM20 จะทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า ทำให้สามารถใช้เป็นชิ้นงานหล่อสำหรับเรือเดินทะเล ข้อต่อของยานพาหนะ  ปลอกกันน้ำ  (water jacket)  ตัวถัง (cases)  และโคมไฟตามถนน เป็นต้น


                   เฟสยูเทกติกซิลิคอน  (eutectic Si)  ในอะลูมิเนียมผสมกลุ่มนี้สามารถทำให้ละเอียดได้โดยการดัดแปลงโครงสร้าง (modification)  เมื่อหล่อด้วยแบบหล่อทรายหรือแบบหล่อถาวร  (permanent mold)  โดยการเติมธาตุโซเดียม  (Na) หรือ สตรอนเซียม (Sr)  ในน้ำโลหะซึ่งผ่านการลดแก๊สมาแล้วก่อนการเทลงแบบหล่อ ในปริมาณเพียง 0.01-0.015%  Na เป็นต้น  การทำเช่นนี้เป็นการทำให้จุดยูเทกติกย้ายจาก 11.7%  Si ไปเป็น 13% Si  เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดซิลิคอนปฐมภูมิ  (primary Si)  และทำให้เฟสยูเทกติกของซิลิคอนละเอียด  แต่อะลูมิเนียมผสมที่ผลิตด้วยวิธีการอัดด้วยความดัน (pressure diecasting)  ไม่จำเป็นต้องดัดแปลงโครงสร้างในระหว่างการหล่อ  เนื่องจากการหล่อแบบนี้อะลูมิเนียมจะเย็นตัวได้เร็ว  ทำให้เกรนมีความละเอียดเสมือนการถูกดัดแปลงโครงสร้าง  ความละเอียดของเฟสซิลิคอนที่เกิดจากการเย็นตัวเร็วหรือการถูกดัดแปลง จะช่วยให้ความแข็งแรงของอะลูมิเนียมผสมสูงขึ้น  ตัวอย่างเช่น


 





















 



หล่อในแบบทราย



หล่อแบบเย็นตัวเร็ว



UTS (MPa)



170 [100]



200 [140]



Elongation (%)



8 [3]



4 [2]



                         ค่าใน [ ] คือค่าก่อนการดัดแปลง


 


             2.6.3    อะลูมิเนียมผสมไฮเปอร์ยูเทกติก


                   อะลูมิเนียมผสมชนิดไฮเปอร์ยูเทกติก  (hyper-eutectic alloys)  จะใช้งานในสภาวะที่ต้องการการขยายตัวจากความร้อนต่ำและในขณะเดียวกันทนการเสียดสีได้ดี  เช่น ลูกสูบ (piston)  ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน (internal combustion engine; IC)  ได้แก่กลุ่ม LM28 และ LM29 และเสื้อสูบเครื่องยนต์รถที่ผลิตด้วยการหล่อในแม่พิมพ์เหล็ก (diecast car engine)  ซึ่งใช้ได้โดยไม่ต้องมีปลอกสูบเหล็ก  (iron cylinder liners)  ได้แก่ LM30 อะลูมิเนียมผสมไฮเปอร์ยูเทกติกเหล่านี้ต้องเติมฟอสฟอรัส (p)  เพื่อทำให้เฟสซิลิคอนปฐมภูมิ (primary Si) มีขนาดเล็กละเอียด


 


             2.6.4    การเติมธาตุผสมเพื่อปรับปรุงสมบัติทางกลด้วยกรรมวิธีทางความร้อน


                   โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนชนิดไฮโปยูเทกติก  (hupo-eutectic Al-Si alloy)  ทุกชนิดจะมีส่วนผสมของทองแดง (Cu) และ/หรือแมกนีเซียม (Mg) การผสมธาตุเหล่านี้กระทำเพื่อเพิ่มเฟสยูเทกติกอื่น ๆ เช่น  CuAl2 และ Mg2Si  ชิ้นงานหล่อจึงสามารถใช้กรรมวิธีทางความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงด้วยวิธีการตกตะกอนเพื่อเพิ่มความแข็ง  (precipitation hardening)  ในงานหล่อที่ผลิตในแบบหล่อทราย (sand mold)  และ แบบหล่อพิมพ์เหล็ก (gravity diecasting)  การทำการอบคืนโครงสร้างให้เป็นสารละลายของแข็ง (solution treatment)  ที่อุณหภูมิในช่วง 500-5200C  เพื่อละลายเฟส CuAl2 และ Mg2Si  เมื่อชุบด้วยน้ำ (water quenching)  จะทำให้ธาตุ Cu, Mg และ Si  ตกค้างในโครงสร้างของสารละลายของแข็ง  ซึ่งภายหลังสามารถทำการบ่มแข็ง (aging)  ได้ที่อุณหภูมิ 160-2000C  กระบวนการนี้จะทำให้เกิดการตกตะกอนของเฟสอินเตอร์เมทัลลิก  ซึ่งมีความละเอียดมากและช่วยเพิ่มความแข็งได้ เช่น อะลูมิเนียมผสมเกรด LM4 จากแบบหล่อทรายในสภาพหล่อเสร็จ (as-cast) ให้ความต้านทานแรงดึงสูงสุด (UTS) คือ 140-170 MPa  และจะเพิ่มสูงถึง 230-300  MPa ได้ หากผ่านการอบให้เป็นสารละลายของแข็ง  แล้วทำการบ่มแข็ง


                   ดังที่ได้กล่าวถึงในข้างต้น  สมบัติทางกลของอะลูมิเนียมผสมชนิดไฮโปยูเทกติกได้รับอิทธิพลจากขนาดช่วงห่างระหว่างเดนไดรต์ทุติยภูมิ (secondary dendrite arm spacing; das)  ซึ่งขึ้นกับอัตราการเย็นตัวระหว่างการแข็งตัวในภาคตัดที่บางและ/หรือการหล่อในแบบหล่อที่นำความร้อนได้ดี (เช่น ในแบบหล่อที่มีการใช้ทุ่นเย็น; metal chill)  การเย็นตัวเร็วจะทำให้เดนไดรต์ปฐมภูมิโตอย่างรวดเร็วและทำให้การเกิดแขนเดนไดรต์ตามด้านข้างเกิดถี่ขึ้น  ผลก็คือเกิดช่องระหว่างเดนไดรต์ทุติยภูมิ  ขนาดเล็ก การที่ das มีขนาดเล็กลงจะมีผลให้เฟสยูเทกติกที่แยกตัวออกมา (divorced eutectic constituents)  ซึ่งแข็งตัวภายในช่องว่างระหว่างแขนเดนไดรต์มีความละเอียดขึ้น  เช่นเดียวกันการกระจายตัวของโพรงหดตัวระหว่างเดนไดรต์ (interdendritic shrinkage)  ก็จะมีขนาดเล็กลงด้วย


                   ตามที่กล่าวไปแล้ว  การที่อะลูมิเนียมมีเกรนละเอียดจะช่วยทำให้มีสมบัติทางกลของชิ้นงานดีขึ้น  แต่ประโยชน์ประการสำคัญของการทำให้เกิดเกรนละเอียดคือ  การช่วยต้านทานการเกิดรอยแยกในระหว่างการเย็นตัว(hot tearing)* และลดการเกิดพร้อมกับเปลี่ยนแปลงการกระจายของรอยตำหนิจำพวกโพรงหดตัว  (shrinkage porosity)  ป้องกันการเสียหายสำหรับชิ้นงานที่มีแรงดันอยู่ภายใน  (pressure tightness) การปรับปรุงคุณภาพในการทำให้เกรนละเอียดสามารถทำได้ด้วยการผสมไททาเนียม (Ti)  และโบรอน (B) ที่อยู่ในรูปของชิ้นแท็บเบล็ทสำหรับใส่เพื่อการปรับปรุง (treatment tablet)  หรือผสมอยู่ในฟลักซ์ (flux)  ก็ได้  ซึ่งสามารถใช้เป็นส่วนผสมในอะลูมิเนียมได้มาถึง 0.15%


 


หมายเหตุ :


*  Hot tearing (รอยแตกขณะร้อน)   คือ การเกิดรอยแยกบริเวณมุมหรือสันด้านในของงานหล่อในระหว่างแข็งตัว  เนื่องจากส่วนที่เกิดมุม (ส่วนใหญ่เกิดจากการมีคอร์) มักกีดขวางการหดตัวของโลหะ  ทำให้บริเวณดังกล่าวเกิดแรงดึงจนกลายเป็นรอยแตกในที่สุด


  Pressure  tightness (ความต้านทานการขยายตัวจากแรงดันภายใน) คือความแข็งแรงต่อแรงดึงรูปแบบหนึ่งโดยรูปร่างที่รับแรงลักษณะนี้จะต้องเป็นจำพวกท่อที่มีของไหลและแรงดันอยู่ภายใน แรงดันจะทำให้เกิดความเค้นขึ้นที่ผิว  ซึ่งหากแรงดันมากพอจะทำให้เกิดการฉีกขาดทำให้รั่วก่อนเกิดการแตกหัก


 


                   โดยทั่วไปอะลูมิเนียมชนิดไฮโปยูเทกติก  (hypo-eutectic Si)  ไม่ต้องการการดัดแปลงโครงสร้าง แต่อย่างไรก็ตาม  ถ้าโลหะผสมมีปริมาณทองแดงต่ำ  ก็ต้องทำการดัดแปลงเพิ่มในบางกรณีเพื่อทำให้ซิลิคอนที่อยู่ระหว่างแขนเดนไดรต์มีขนาดละเอียดขึ้น  ซึ่งจะทำให้ความสามารถยืดตัว  (ductility)  เพิ่มขึ้น  สิ่งสำคัญมากสำหรับอะลูมิเนียมชนิดนี้คือต้องควบคุมปริมาณเหล็ก  (Fe)  และ  แมงกานีส  (Mn)  เพื่อหลีกเหลี่ยงความเปราะที่เกิดจากเฟส  Al-Fe-Si ซึ่งมีโครงสร้างเป็นรูปเข็มที่หยาบ  (coarse needles)  ปริมาณเหล็ก (Fe)  ควรมีให้ต่ำที่สุดเท่าที่ทำได้ คือไม่เกิน 0.8% ในขณะที่แมงกานีส (Mn)  ควรมีอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 0.65% เพื่อรักษาเหล็กให้ยังคงอยู่ในรูปของเฟส Al-Mn-Fe-Si ซึ่งมีลักษณะเหมือนตัวอักษรจีน (Chinesescript)” เฟส Al-Mn-Fe-Si  นี้มีผลกระทบในทางลบต่อสมบัติของชิ้นงานน้อยกว่าเฟสรูปเข็มของ Al-Fe-Si  จะเห็นได้ชัดเจนว่า สำหรับอะลูมิเนียมหล่อ กระบวนการหล่อที่ดีควรหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน  (contamination) ของเหล็ก  หรือธาตุและสารเจือปน (impurity)  อื่น ๆ ที่จะกลายเป็นสารมลทินและทำให้เกิดผลเสียหายตามมาได้


 


 


             2.6.5    ข้อมูลอะลูมิเนียมและวัสดุในอินเทอร์เน็ต


                   ในภาคผนวกนี้  ขอนำเสนอตัวอย่างของเว็บไซต์  (web site)  ในเครือข่ายในพิภพ  (world wide web)  ที่เกี่ยวข้องกับอะลูมิเนียมและวัสดุอื่น ๆ ที่น่าสนใจและอาจจะเป็นประโยชน์  (ไม่จำกัดเฉพาะอะลูมิเนียมหล่อ)


 


ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับอะลูมิเนียม






















หัวข้อเรื่อง



เว็บไซต์



พื้นฐานเกี่ยวกับโลหะอะลูมิเนียม



http://scifun.chem.wisc.edu/CHEMWEEK/Aluminum/ALUMINUM.html



สารประกอบของอะลูมิเนียม



http://nobel.scas.bcit.bc.ca/resource/ptable/al.htm



Basic Aluminum Facts and


Extractive Metallurgy


จุดเริ่มต้นที่ดีในการศึกษา


อะลูมิเนียม



http://www.aec.org/cyberg/aluminumoverview.htm



 


องค์กรและบริษัทเอกชนที่เกี่ยวกับอะลูมิเนียม


































หัวข้อเรื่อง



เว็บไซต์



The Aluminum Association, Inc.



http://www.aluminum.org/



Cast Aluminum Corporation



http://aaacastco.Com/



GEMTEC Aluminium Products



http://www.gemtec.co.za/



3D Guys Aluminum Castings



http://www.3dguys.com/castings/



Ahresty-Die Casing Technology



http://www.ahresty.com/



Cosworth Technology



http://www.cosworth-technology.co.uk/



 


แหล่งข้อมูลทางด้านวัสดุอื่น ๆ ที่น่าสนใจ





















หัวข้อเรื่อง



เว็บไซต์



MatWeb – แหล่งค้นคว้าข้อมูลเกี่ยวกับวัสดุนับหมื่นชนิด



http://matweb.com/



ASM International – องค์กรระดับสากลทางด้านวัสดุ



http://www.asm-intl.org/



Light Metal Age – วารสารเกี่ยวกับโลหะน้ำหนักเบา



http://www.lightmetalage.com/index.shtml



 


 


 


 


 


3.  ทองแดง


·     สกัดจากแร่ซึ่งมีส่วนผสมของทองแดงซัลไฟด์


·     คุณสมบัติสำคัญของทองแดง


                   -     นำความร้อน  นำไฟฟ้าได้ดีมาก


                   -     ไม่เป็นสนิม


                   -     มีความเหนียวดี  ขึ้นรูปง่าย


                   -     มีสีสวย


                   -     ผสมกับธาตุอื่นได้ดี


·     ธาตุผสมที่สำคัญได้แก่


                   -     สังกะสี                         ทองเหลือง


                   -     ดีบุก                             บรอนซ์ดีบุก


                   -     อลูมิเนียม                    บรอนซ์อลูมิเนียม


                   -     แมงกานีส                   แมงกานีสบรอนซ์


                   -     นิกเกิล                         โมเนลและคูโปนิกเกิล


 


3.1       ทองแดงบริสุทธิ์


                   ทองแดงค่อนข้างบริสุทธิ์ หมายถึง  ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์ตั้งแต่ 99.9 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักทั่วไปทองแดงพวกนี้ใช้ทำสายไฟฟ้า บัสบาร์ (bus bar)  หน้าสัมผัสไฟฟ้า  หม้อน้ำรถยนต์  หม้อต้ม  ภาชนะในการกลั่นหมักแอลกอฮอล์  ฯลฯ  ทองแดงที่อยู่ในกลุ่มนี้ได้แก่


                   -Toygh pitch copper  (99.95% Cu


                   -     Oxygen-free high conductivity copper


                   -     Deoxidized copper


                   -     Silver-beareng copper


 


3.2       Copper alloy


 


             3.2.1    Brass (ทองเหลือง)


                   มี Zn ไม่เกิน 40% ถ้าเกิน 40% ความเหนียวลดลงจนใช้งานไม่ได้ดี


                   ถ้า Zn  ไม่เกิน 15% จะมีสีคล้ายทองคำดูสวยงามและมีค่าจึงใช้ทำเหรียญตราและเครื่องดนตรี


 


 


 


             3.2.2    Bronze


 


                   a)  Tin bronze  (ทองสำริด)


                   ใช้ทำ  Bearing,  Bushing (18% Sn)  ทำระฆังในวัด  ทำสปริง  (Sn + P)


 


                   b)  Aluminium bronze (บรอนซ์อะลูมิเนียม (aluminum bronze)


                   บรอนซ์อะลูมิเนียม  หมายถึงโลหะผสมของทองแดงที่มีอะลูมิเนียมเป็นธาตุผสมหลักปริมาณอะลูมิเนียมในบรอนซ์ที่นิยมมีประมาณ  9-11  เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก  บรอนซ์ชนิดนี้  มีข้อดีคือ


                   -     เป็นบรอนซ์ที่สามารถชุบแข็งได้  เทนไซล์สเตร้งจะขึ้นได้สูงถึง  100  ksi  หลังการชุบแล้ว


                   -     คงกำลังวัสดุได้ที่อุณหภูมิสูงถึง  4000C  ได้อย่างสบาย


                   -     ทนทานต่อการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ที่อุณหภูมิสูงเพราะมีอะลูมิเนียม


                   -     ทนทานต่อการผุกร่อนในภาวะทั่วไป


                   -     ทนทานต่อการสึกกร่อน


                   -     มีสีเหลืองอร่ามคล้ายทอง 18 กะรัต  ใช้ทำเครื่องประดับและเครื่องตกแต่งได้  (ทองคำ 100 เปอร์เซ็นต์  มี 24 กะรัต)


                   ธาตุอื่น ๆ ที่นิยมผสมเข้าในบรอนซ์อะลูมิเนียมได้แก่  นิกเกิล  เหล็ก  และ แมงกานีส  ธาตุทั้งสาม ต่างช่วยเพิ่มกำลังวัสดุให้กับบรอนซ์  นิกเกิลเพิ่มความทนทานต่อการผุกร่อนให้มากขึ้นไปอีก เหล็กและแมงกานีสช่วยทำให้บรอนซ์นี้มีขนาดของเกรนละเอียด  และยังช่วยคงความแข็งแรงให้กับโลหะมีอุณหภูมิสูงขึ้นด้วย


                   โลหะนี้เหมาะสำหรับทำปั๊มที่ใช้ในงานเหมือง  อุปกรณ์ในเรือเดินสมุทร  วาล์ว  คอวาล์ว  (valve seat)  สลักและแป้นเกลียว  เครื่องตกแต่ง  และเครื่องใช้ไม้สอยอื่น ๆ


 


                   c)   Silicon bronze (บรอนซ์ซิลิคอน )


                   บรอนซ์ซิลิคอนเป็นโลหะผสมระหว่างทองแดงกับซิลิคอน  โดยทั่วไปมีซิลิคอนประมาณ 1-4% หากมีซิลิคอนน้อยกว่านี้  ผลสืบเนื่องของซิลิคอนที่มีต่อบรอนซ์จะมีไม่เด่นชัด แต่ถ้าซิลิคอนมีมากเกินไปจะทำให้โลหะแข็งมากเกินไปจนขึ้นรูปลำบากมาก


                   ธาตุอื่นที่ผสมเข้าโลหะเพื่อส่งเสริมให้มีกำลังวัสดุเพิ่มขึ้นโดยใช้ปริมาณของซิลิคอนน้อยลง  ได้แก่เหล็ก  แมงกานีส  ดีบุก สังกะสี และ นิกเกิล  บรอนซ์ชนิดนี้ต้องมีตะกั่วปนอยู่ไม่เกิน 0.05  เปอร์เซ็นต์  โดยน้ำหนัก  หากมากกว่านี้จะทำให้เปราะแตกหักเมื่อร้อน  ทำให้การขึ้นรูปร้อนทำได้ลำบากมาก


                   บรอนซ์ซิลิคอนเป็นบรอนซ์อีกกลุ่มหนึ่งที่ทำให้กำลังวัสดุสูงมาก  ทนทานต่อการผุกร่อนทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำ  และอุณหภูมิสูงได้ดีกว่าบรอนซ์ดีบุก  จึงใช้แทนบรอนซ์ดีบุกเมื่อต้องการโลหะที่มีคุณภาพดีกว่า


                   โลหะนี้เหมาะสำหรับทำท่อในเครื่องไฮดรอริก  ท่อร้อยสายไฟ  สลักและแป้นเกลียว  เพลา  หม้อต้มภาชนะใส่สารเคมี เป็นต้น


                   d)  Beryllium bronze (บรอนซ์เบริลเลียม)


                   บรอนซ์ชนิดนี้เป็นบรอนซ์อีกกลุ่มหนึ่งที่สามารถเพิ่มความแข็งได้โดยกรรมวิธีทางความร้อนและมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีมาก  ทนทานต่อการล้า  นำไฟฟ้าได้ดีพอสมควรและไม่เป็นสารแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังมีสมบัติพิเศษ คือ  ไม่เกิดประกายไฟเมื่อถูกตีหรือกระทบกระแทก  เหมาะสำหรับทำสปริงแผนไดอะแฟรม  หน้าสัมผัสทางไฟฟ้า  ซอคเก็ต  (sockets)  ทำเครื่องมือในงานขุดเจาะระเบิด  (non-sparking tools)  และชิ้นส่วนทางโครงสร้างอื่น ๆ ที่ต้องการกำลังวัสดุมาก ๆ


 


                   e)   Chromium bronze


                   บรอนซ์โครเมียมคือ  โลหะผสมระหว่างทองแดงกับโครเมียม ส่วนผสมที่นิยม คือ 1 เปอร์เซ็นต์โครเมียม  บางครั้งก็เรียกว่าทองแดงโครเมียม  (chromium copper)  บรอนซ์ชนิดนี้มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีกำลังวัสดุสูง  เหมาะจะใช้งานที่มีอุณหภูมิสูง


                   ตัวอย่างการใช้งานที่สำคัญ คือ เป็นหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า  และชิ้นส่วนทางโครงสร้างที่เป็นตัวนำไฟฟ้าด้วย  (1%Cr)


 


             3.2.3    Cu-Ni alloy


                   ทองแดงอาจมีนิกเกิลผสมอยู่ประมาณ  4-30 เปอร์เซ็นต์  โดยน้ำหนักเพื่อให้มีกำลังวัสดุสูง ทนทานต่อการผุกร่อนได้ดีมาก  ใช้ทำท่อกลั่น  (condenser tube)  ปลอกกระสุนปืน  ลูกกุญแจ  เนื่องจากโลหะนี้มีคุณค่าของมันพอสมควร  จึงนิยมใช้ทำเหรียญกษาปณ์ เช่น เหรียญบาท  และเหรียญห้าบาท


                   นิกเกิลเงิน (nickle silver)  ที่จริงเป็นโลหะผสมระหว่างทอแดง  สังกะสี  และนิกเกิล  ไม่มีส่วนผสมของเงินอยู่เลย  ที่เรียกชื่อนี้เป็นเพราะโลหะชนิดนี้มีสีขาวคล้ายเงิน  การใช้งานในช่วงแรก ๆ ของการค้นพบส่วนใหญ่ใช้แทนภาชนะที่ทำด้วยเงิน  ทำให้ได้โหละที่มีราคาถูกลง  แต่ยังมีสีสันที่น่านิยมใช้ และดูมีคุณค่า ที่จริงสีของนิกเกิลเงินอาจไม่เป็นสีขาว  แต่จะมีสีออกชมพูเรื่อ ๆ  หรือฟ้าเรื่อ ๆ หรือเหลืองเรื่อ ๆ ก็ได้  ขึ้นอยู่กับส่วนผสมของนิกเกิลสังกะสี  และทองแดงที่อยู่ในโลหะนั้น


                   โลหะนี้เหมาะสำหรับทำเครื่องประดับ ซิป ถาด จาน ช้อน ส้อม  อุปกรณ์ในกล้องถ่ายรูป แผ่นป้าย ฯลฯ


 




4.  สังกะสี (Zinc)


 


                   .   สังกะสีหล่อ


                   .   สังกะสีฉาบบนเหล็ก


                         i)    hot dip galvanizing


                         ii)   electrogalvanizing


                         iii)  Sherardizing


                         iv) Spraying


                   .   Sacrificial electrode


                   ใช้ทำแท่ง electrode  ให้ผุแทนเหล็ก  เป็นการป้องกันการผุกร่อนของโครงสร้างเหล็ก


 


                   4.1       การใช้งานทั่ว ๆ ไป (คัดจากเอกสารประชาสัมพันธ์ของบริษัทผาแดงอินดัสตรีจำกัด (มหาชน)


 


                   4.1.1.   ใช้ในอุตสาหกรรมชุบเหล็ก


                   เนื่องจากสังกะสีมีคุณสมบัติทนต่อการผุกร่อนได้ดี  ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นและอากาศเข้าถึงเนื้อเหล็กจนทำให้เหล็กเกิดสนิม  อุตสาหกรรมเหล็กชุบในประเทศไทยจึงนิยมใช้โลหะสังกะสีมาเป็นตัวเคลือบชุบเหล็กกล้า เช่น ใช้ในอุตสาหกรรมแผ่นเหล็กชุบสังกะสี  ลวดเหล็กชุบสังกะสี  ข้อต่อท่อเหล็กชุบสังกะสี ข้อต่อท่อเหล็กชุบสังกะสี  ลวดเหล็กชุบสังกะสี  เป็นต้น  โดยร้อยละ 70 สังกะสีภายในประเทศจะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมดังที่กล่าวมานี้


 


                   4.1.2.   ใช้ในอุตสาหกรรมทองเหลือง


                   ทองเหลืองเป็นโลหะผสมที่เกิดจากการนำเอาทองแดงมาผสมสังกะสี  โลหะทองเหลืองมีความแข็งแกร่ง ทนต่อการผุกร่อน  สามารถนำมาขึ้นรูปหรือหล่อผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้จึงนิยมใช้ทำอุปกรณ์ตกแต่งบ้านภาชนะ  และเครื่องประดับต่าง ๆ ในประเทศไทยมีการใช้โลหะสังกะสีในอุตสาหกรรมทองเหลืองประมาณร้อยละ 11 ของปริมาณการใช้โลหะสังกะสีทั้งหมด


 


                   4.1.3.   ใช้อุตสาหกรรมโลหะผสมสังกะสี  (Die Casting Alloy No.3, Zamak – 3)


                   โลหะผสมสังกะสี  คือ โลหะผสมที่มีสังกะสีเป็นเนื้อหลักมีธาตุอื่น ๆ เช่น อะลูมิเนียมและแมกนีเซียม ผสมเข้าไปด้วยทำให้มีความแข็งแกร่งกว่าโลหะสังกะสีธรรมดา  ทนต่อการผุกร่อนได้ดี  นำมาหล่อเป็นรูปต่าง ๆ ได้ง่าย และคงขนาดแม่นยำ  จึงใช้มากในอุตสาหกรรมหล่อผลิตภัณฑ์ เช่น คาร์บูเรเตอร์  มือจับประตูของเด็กเล่น  ตะแกรงหน้าของรถยนต์  บานพับประตู เป็นต้น


 


                   4.1.4    ใช้ในอุตสาหกรรมสังกะสีออกไซด์ (Zinc Oxide)


                   สังกะสีออกไซด์  คือสารประกอบของสังกะสีที่มีสภาพเป็นแป้งหรือผงใช้ในอุตสาหกรรมยาง สีเซรามิค  ยา และ อาหารสัตว์  สังกะสีออกไซด์เกิดจากการนำสังกะสีมาหลอมละลายจนระเหยกลายเป็นไอ  เมื่อสังกะสีกระทบกับอากาศจะรวมตัวกับออกซิเจนกลายกลายเป็นออกไซด์ซึ่งมีลักษณะเป็นแป้งหรือผง  มีขนาดแตกต่างกันไปตามลักษณะของการใช้งาน ในประเทศไทยมีการใช้โลหะสังกะสีในอุตสาหกรรมสังกะสีออกไซด์ประมาณร้อยละ  11  ของปริมาณการใช้โลหะสังกะสีทั้งหมดภายในประเทศ


 


                   4.1.5    ใช้ในอุตสาหกรรมปลอกถ่านไฟฉาย


                   ปลอกถ่านไฟฉายทำจากโลหะผสมสังกะสีที่มีปริมาณของแคดเมียมร้อยละ 0.05 และปริมาณเหล็กไม่เกินร้อยละ 0.005  การที่มีปริมาณของเหล็กต่ำ ก็เพื่อช่วยลดการผุกร่อนของปลอกถ่านไฟฉายทำให้เก็บไว้ได้นาน  ส่วนการเติมแคดเมียมเพื่อช่วยให้โลหะผสมสังกะสีขึ้นรูปเป็นปลอกถ่านไฟฉายได้ง่ายขึ้นในประเทศไทยใช้โลหะสังกะสีมาทำปลอกถ่านไฟฉายร้อยละ 6 ของปริมาณการใช้โลหะสังกะสีทั้งหมด


 


                   4.1.6    ประโยชน์ของแคดเมียม


                   1.   ใช้ในอุตสาหกรรมต่อเรือเป็นตัวชุบเหล็กกล้ากันสนิม


                   2.   ใช้ในอุตสาหกรรมแก้วเซรามิค  เม็ดพลาสติก โดยใช้เป็นรงควัตถุที่ใช้สีสดใสโดยเฉพาะสีแดง  สีเหลือง


                   3.   ใช้ในอุตสาหกรรมของเด็กเล่น


                   4.   ใช้ในอุตสาหกรรมพีวีซีทำให้มีความทนทานไม่แตกง่าย


                   5.   ใช้ในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ที่สามารถอัดไฟฟ้าเข้าใหม่ได้  เช่น ถ่านนิคเคิลแคดเมียม


 


5.  ตะกั่วดีบุก - พลวง


 


                   5.1       ตะกั่ว (Lead)


                   ตะกั่วเป็นโลหะที่มีความหนาแน่นมาก  หนักแต่อ่อนนิ่มและเหนียว  ขึ้นรูปได้ง่าย  จุดหลอมเหลวต่ำและทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี  ใช้ทำแผ่นตะกั่วในหม้อแบตเตอรี่รถยนต์  ความหนักของตะกั่วมีประโยชน์สำหรับใช้ทำน้ำหนักถ่วงความสมดุล  ตะกั่วยังใช้ทำฉากป้องกันกัมมันตรังสีต่าง ๆ แผ่นตะกั่วใช้บุตามผนังห้องและพื้นเพื่อเก็บเสียงและลดการสั่นสะเทือน  สารประกอบของตะกั่วใช้ผสมในน้ำมันเบนซินเพื่อให้มีออกเทนสูง  นอกจากนี้ยังใช้ผสมในสีและในหมึกพิมพ์


                   พลวง (Antimony)  เมื่อผสมปนในเนื้อตะกั่ว  ช่วยทำให้มีความแข็งแรงสูงกว่าตะกั่วธรรมดา  ซึ่งใช้ทำตะกั่วแผ่นสำหรับทำปลอกหุ้มรอยเชื่อมต่อของสายส่งไฟฟ้าและสายโทรศัพท์  แคลเซียมยังอาจผสมเข้าไปในตะกั่วเพื่อเพิ่มสมบัติความต้านทานต่อการเกิดครีพของตะกั่ว  นิยมใช้ทำท่อระบายน้ำที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมาก ๆ ในโรงงานทำสารเคมี


                   ตะกั่วที่มีดีบุกผสมอยู่ประมาณ 10-25 เปอร์เซ็นต์ มีชื่อทางการค้าว่า Terne Metals เหมาะสำหรับใช้เป็นโลหะสำหรับอาบบนแผ่นเหล็กที่จะนำไปทำถังเก็บน้ำมัน  โลหะผสม  80 Pb-20 Sn ใช้ทำสีโป้วรถเพื่อลบรอยต่อและรอยขีดข่วนต่าง ๆ


 


                   5.2       ดีบุก (Tin)


                   ดีบุกเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ  เนื้ออ่อน แต่ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก  ไม่เป็นพิษ จึงใช้ฉาบบนแผ่นเหล็กเพื่อทำกระป๋องบรรจุอาหาร  ในงานวิศวกรรมใช้ดีบุกมากในการทำโลหะบีดกรี แบริ่งและผสมในตะกั่ว ฯลฯ


 


                   5.3       พลวง (Antimony)


                   พลวงบริสุทธิ์เป็นโลหะที่แข็งเปราะมาก  จึงไม่ค่อยมีที่ใช้งาน  พลวงถูกใช้มากในรูปที่เป็นธาตุผสมในตะกั่ว  และดีบุก  เพื่อเพิ่มความแข็งแรง


 


                   5.4       ตัวอย่างการใช้งาน


                   .   โลหะหล่อตัวพิมพ์  เป็นโลหะผสมตะกั่ว-ดีบุก-พลวง  เช่น 86 Pb-3Sn-11Sb (Linotype)


                   .   โลหะทำแบริ่ง


                                            Lead babbitts            ตะกั่วเป็นหลัก  มีดีบุก  พลวงปน


                                            Tin babbetts              ดีบุกเป็นหลัก ผสมกับพลวงและทองแดงโดยอาจมีตะกั่วปนด้วยก็ได้


                   .   Solders  ดีบุก-ตะกั่ว


                   .   Pewter  ดีบุกส่วนใหญ่มีพลวง 1-8% ทองแดง 0.25-3%  ใช้ทำของที่ระลึก แจกัน เหยือก


                   .   ฟิวส์ไฟฟ้า  ตะกั่ว-ดีบุก-บิสมัส  อาจมี   Indium และ  Cadmium ปนด้วย


 


6.  นิกเกิล  (Nickel)


 


                   6.1       Nickel and low alloy nickel (นิกเกิลและนิกเกิลผสมน้อย)


                   นิกเกิลค่อนข้างบริสุทธิ์ได้รับการใช้งานในอุตสาหกรรมเคมี เช่น โรงงานทำโซดาไฟ อุตสาหกรรมประกอบอาหาร และชิ้นส่วนในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ นิกเกิลผสมน้อยที่นิยมใช้กันได้แก่พวกที่ผสมด้วยอะลูมิเนียมประมาณ  4.5 เปอร์เซ็นต์  และมีชื่อทางการค้าว่า  ดิวรานิกเกิล  (duranickel)  อะลูมิเนียมช่วยเพิ่มเทนไซล์และยีลด์สเตร้งของนิกเกิลได้มากถึงประมาณ 3 ถึง 10 เท่าตามลำดับ  จัดเป็นพวกที่มีกำลังวัสดุสูง  เหมาะสำหรับทำสปริง แผ่นไดอะแฟรม  ฯลฯ


                   นิกเกิลที่ผสมด้วยแมงกานีสประมาณ 4.5 เปอร์เซ็นต์  มีชื่อทางการค้าว่าดีนิกเกิล (D-nickel) เป็นพวกที่เหมาะสำหรับใช้งานในบรรยากาศที่มีซัลเฟอร์ปนอยู่ได้ดี  นิยมใช้ทำเขี้ยวหัวเทียนของเครื่องยนต์และสายไฟหัวเทียน


                   นิกเกิลเกรดที่ใช้หล่อทำอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องใช้กับสารเคมีอย่างเช่น โซดาไฟ เป็นพวกที่มีธาตุผสมอยู่อย่างละเล็กละน้อยเพื่อทำให้สมบัติหล่อหลอมดีขึ้น 


 


                   6.2       High alloy nickel  (กลุ่มโลหะนิกเกิลผสมมากที่ทนทานต่อการกัดกร่อนจากสารเคมี)


                   นิกเกิลกลุ่มนี้ได้แก่  โมเนล (monel)  และ แฮสเทลลอย (hastelloy)


                   โมเนล  เป็นโลหะผสมระหว่างนิกเกิลกับทองแดงในอัตราส่วนประมาณ 2 : 1  โดยน้ำหนัก ธาตุผสมอื่น ๆ ที่สำคัญ คือ เหล็ก แมงกานีส  และอะลูมิเนียม  โมเนลมีความทนทานต่อกรดเกลือและน้ำทะเลได้ดีมากจึงใช้ทำภาชนะอุปกรณ์สำหรับงานด้านนี้  เช่นทำท่อและชิ้นส่วนในเครื่องส่งผ่านความร้อน ทำชิ้นส่วนของวาล์วของปั๊ม  ทำสปริง ฯลฯ  นอกจากนี้โมเนลยังไม่ดูดติดแม่เหล็ก  จึงใช้ทำชิ้นส่วนที่ต้องใช้ในที่อุณหภูมิสูงและต้องไม่เป็นแม่เหล็กในอากาศเย็น


                   แฮสเทลลอยเป็นโลหะผสมระหว่างนิกเกิลกับโมลิบดินัมเป็นหลัก  (ยกเว้นแฮสเทลลอย-ดี  ซึ่งไม่มีโมลิบดินัมผสมอยู่)  เป็นโลหะผสมที่มีชื่อเสียงในด้านทนทานต่อการถูกกัดกร่อนจากสารเคมีได้ดีมาก  (ยกเว้นบรรยากาศเฉพาะที่หมายเหตุไว้ในตารางข้างล่างนี้)


 


ตัวอย่างนิกเกิลผสมมากที่นิยมใช้ในงานวิศวกรรม






























































ชื่อ



ส่วนผสมที่สำคัญ



เทนไซล์สเตร้ง


(ksi)



ยีลด์สเตร้ง


(ksi)



ความยืด


(%)



หมายเหตุ



โมเนล 400



67 Ni-32Cu



70-90



25-50



35-60



 



โมเนล K-500



67Ni-30Cu-3Al



130-190



85-160



15-35



 



แฮสเทลลอยเอ



57Ni-20Mo-20Fe


(อบอ่อน)



110-120



47-52



40-48



ห้ามใช้ในบรรยากาศแบบออกซิไดซิ่งและกับกรดเกลือร้อน ๆ



แฮสเทลลอย บี



60Ni30Mo-5Fe


(อบอ่อน)



130140



56-63



50-55



ทนทานต่อกรดเกลือร้อน ๆ แต่ยังห้ามใช้ในบรรยากาศแบบออกซิไดซิ่ง



แฮสเทลลอย ซี



54Ni-17Mo-15Cr-5Fe-4W (อบอ่อน)



120-130



55-65



40-50



ทนทานต่อกรดออกซี่และบรรยากาศออกซิไดซิ่งได้ดี



แฮลเทลลอย ดี



84Ni-10Si-4Cu-1Mn-1Cr (สภาพหล่อ)



110-125



-



0.2



ไม่มีโมลิบดีนัมผสมอยู่ เปราะมากใช้กับกรดกำมะถันเดือดได้ดี และต่อการสึกกร่อนได้ดีมาก



 


 


                   6.3       Ni-baseSuperalloys (ซูปเปอร์แอลลอยกลุ่มนิกเกิล)


                   ซูปเปอร์แอลลอย  หมายถึง กลุ่มโลหะที่สามารถคงความแข็งแรงได้จนถึงอุณหภูมิสูงถึงประมาณ10000C  พวกที่ใช้กันมากมี  3  กลุ่มคือ


                   (1)       กลุ่มเหล็กไร้สนิมที่มีนิกเกิลผสมอยู่มากเป็นพิเศษ


                   (2)       ซูปเปอร์แอลลอยกลุ่มนิกเกิล


                   (3)       ซูปเปอร์แอลลอยกลุ่มโคบอลต์


 


                   บทนี้จะกล่าวเฉพาะซูปเปอร์แอลลอยกลุ่มนิกเกิล


                   ซูเปอร์แอลลอยในงานวิศวกรรมแต่ละตัวมีชื่อทางการค้าหลายชื่อ ซึ่งเรียกตามชื่อที่บริษัทผู้ผลิตได้ตั้งไว้ ชื่อเหล่านี้เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนแล้วแทบทั้งสิ้น ตัวอย่างซูปเปอร์แอลลอยนิกเกิลบาง


                   สังเกตว่า  ซูเปอร์แอลลอยมีธาตุต่าง ๆ ผสมอยู่มาก  ตัวที่สำคัญมากคือโครเมียม ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้โลหะถูกออกซิไดซ์ในที่อุณหภูมิสูง ทั้งยังช่วยเพิ่มความแข็งแรง  ธาตุผสมสามัญอื่นๆ ได้แก่ C, Al, Ti, Mo, B, Zr และ Nb  ธาตุเหล่านี้ช่วยกันส่งเสริมให้โลหะมีความแข็งแรงในที่อุณหภูมิสูง ข้อเสียของการผสมธาตุมาก ๆ ในนิกเกิลก็มีคือ  ในบางภาวะธาตุเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นสารประกอบและเกิดเป็นเฟสที่เปราะขึ้นในเนื้อโลหะ  ทั้งยังทำให้ความทนทานต่อการถูกกัดกร่อนลดลง


                   ซูเปอร์แอลลอยเป็นโลหะที่มีราคาค่อนข้างแพง เพราะทั้งตัวโลหะหลักและธาตุผสมต่างมีราคาแพงงานวิศวกรรมนิยมใช้ซูเปอร์แอลลอยของนิกเกิล ทำชิ้นส่วนและใบของเครื่องยนต์เจท (jet)  และในเครื่องยนต์กังหันก๊าซในโรงไฟฟ้า


 


                   6.4       Nickel alloy  ที่ใช้ทำลวดความต้านทานไฟฟ้า


                   ที่นิยมใช้กันมี 3 กลุ่มคือ  ไนโครม  ไนโครมที่ผสมเหล็ก  และคอนแสตนแทน  (constantan)  ดังในตารางต่อไปนี้


 


โลหะผสมของนิกเกิลที่ใช้ทำลวดความต้านทานไฟฟ้า




















ชื่อ



ส่วนผสมที่สำคัญ



ความต้านทานไฟฟ้า


ที่ 200 C ไม่โครโอห์ม-ซม.



เทนไซล์สเตร้ง


ksi (ที่6500C)



ความยืด


(%)



ไนโครม


ไนโครมผสมเหล็ก


 


คอนสแตนแทน



80Ni-20Cr


60Ni-24Fe-16Cr


35Ni-45Fe-20Cr


45Ni-55Cu



108


112


10


50



90


38


36


-



20


13


20


-



หมายเหตุ         คอนสแตนเทนมีสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้าเมื่อเทียบกบอุณหภูมิน้อยมาก  จึงนิยมใช้


                         ทำลวดวัดอุณหภูมิ (thermocouple wire)  ด้วย
อาจาร์ย อรอุมา กอสนาน 


sakda

metal

7.โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก




 


           


            โลหะที่ไม่ใช่เหล็กในทางอุตสาหกรรมการผลิตแล้วจะใช้ประมาณ 25% โดยน้ำหนักของโลหะเหล็กเท่านั้น อาจเนื่องมาด้วยการขาดความแข็งแรงทางด้านโครงสร้างหรือคุณสมบัติทางเชิงกลที่ไม่ดีนัก จึงทำให้การนำไปใช้โดยตรงไม่เป็นที่นิยม แต่จะถูกใช้ในรูปแบบของสารประสมเพิ่มหรือธาตุที่เพิ่มเติมคุณสมบัติพิเศษให้กับโลหะอื่น ๆ เช่น คุณสมบัติทางด้านความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง  การนำไฟฟ้า  หรือการทำให้โลหะอื่นง่ายต่อการขึ้นรูป


            การถลุง (Smelting) โลหะที่ไม่ใช่เหล็กนั้นจะเริ่มจากการคัดแยกหรือแต่งสินแร่(Ore Dressing)ก่อนแล้วจึงนำไปถลุงในเตาสูง (Blast Furnace) ที่นำมาใช้ในการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กนั้นจะมีลักษณะ และรูปร่างรวมทั้งคุณสมบัติเหมือนกับเตาสูงที่ใช้สำหรับผลิตเหล็กดิบ (Pig Iron) ยกเว้นเพียงแต่มีขนาดที่เล็กกว่า และ ถลุงในเตาสะท้อน(Reverberatary Furnace)ซึ่งเป็นเตาอีกชนิดที่นิยมใช้กันมากในการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก โดยจจะมีการใช่ตัวล่อขี้ตะกรัน (Slag Inducer) หรือ ฟลักซ์ (Flux) ลงไปเพื่อลดการออกซิเดชั่น (Oxidation)


            โลหะที่ไม่ใช่เหล็กสามารถแบ่งออกตามความหนาแน่นได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ


โลหะหนัก (Heavy Metal) คือโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 5 kg/dm3 เช่น ทองแดง  ตะกั่ว  สังกะสี  หรือดีบุก


โลหะเบา     (Light Metal) คือโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความหนาแน่นมากกว่า 5 kg/dm3 เช่น อลูมิเนียม  แมกนีเซียม  เบริลเลียม  โซเดียม  แคลเซียม  และลิเทียม


 


 



7.1 ทองแดง (Copper)





         


ทองแดง (Copper)  เป็นโลหะที่ไม่ใช้เหล็กที่ใช้มาก มาเป็นที่สองรองมาจากเหล็ก มีสัญญลักษณ์ทางเคมี คือ Cu มีความแข็งตามสเกลของมอห์ (Moh’s scale) 2.5 – 3.0 มีจุดหลอมเหลว 1083o C จุดเดือนที่ 2595o C อ่อนตัวที่ 20o C มีความหนาแน่น 8.89 มีความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistevity) 1.71 ที่ 20o C และมีความนำฟฟ้า (Electrical Conductivity) ในแนวตั้ง และโดยน้ำหนักที่เด่นมากเป็นรองก็แต่เงินและอลูมิเนียมเท่านั้น มนุษย์รู้จักใช้ประโยชน์ของทองแดง ทำเครื่องใช้ไม้สอยและอาวุธต่าง ๆ ตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ที่เรียกว่ายุคสัมฤทธิ์ (Bronzeage) มาตราบจนปัจจุบันนี้ทองแดงยังเป็นโลหะที่ใช้งานอย่างแพร่หลายมาก มาเป็นที่สองรองลงมาจากเหล็กและเป็นโลหะที่สำคัญในกลุ่มโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (Non – Ferrous Metals) ทองแดงเป็นสัสตุที่เป็นตัวนำความร้อนที่ดีและมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนดีอีกด้วย ดังนั้นทองแดงจึงถูกใช้ทำเป็นส่วนประกอบของหม้อต้มน้ำเครื่องถ่ายเทความร้อน ฯลฯ คุณสมบัติของทองแดงอีกประการหนึ่งก็คือ มีความต้านทานจำเพาะต่ำ เป็นที่สองรองจากเงิน ปริมาณทองแดงที่ผลิตได้ประมาณครึ่งหนึ่งใช้ในการอุตสาหกรรมไฟฟ้า เช่น ใช้ทำสายไฟฟ้าขดลวดที่ใช้ในมอเตอร์และเยนเนเรเตอร์ (Generators) ไฟฟ้า ฯลฯ ความต้านทานจำเพาะของทองแดงที่มีค่าสูงกว่าเงินเพียงเล็กน้อยและต่ำกว่าอลูมิเนียมประโยชน์ในด้านอื่น ๆ ของทองแดงก็คือโลหะสำหรับผสมเป็นโลหะผสม (Alloy) มีหลายชนิด เช่น ทองเหลือง (Brass) ทองบรอนซ์ (Bronze) พวกโลหะโมเนล และใช้ทำลวด Thermocouple ชนิด Copper – Constant


           


          ทองแดงและทองแดงผสมมีคุณสมบัติดีเด่นหลายประการ เช่น





1.    คุณสมบัติต้านทานแรงดึงดี และมีช่วงพิกัดกว้าง (ขึ้นกับชนิดของทองแดงและกรรมวิธีผลิตทองแดงบริสุทธิ์มีคุณสมบัติอ่อนและเหนียวสามารถรีดให้เป็นแผ่นบาง ๆ ขนาด 1/500" สามารถดึงเป็นเส้นลวดเล็ก ๆ ขนาด 1/1000" โดยไม่ขาดทุบตีเป็นวัตถุสำเร็จรูปโดยไม่มีการแตกร้าว


2.      ความเหนียวของทองแดงสูงมากสามารถขึ้นรูปโดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก


3.      เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก (100 เปอร์เซ็นต์ แต่เงิน 106 เปอร์เซ็นต์)


4.      เป็นตัวนำความร้อนที่ดีมาก (100 เปอร์เซ็นต์ แต่เงิน 108 เปอร์เซ็นต์)


5.      กลึงไสขึ้นรูปได้ง่าย เมื่อผสมธาตุอื่นบางตัวเข้าไป


6.      ต้านทานความล้าได้ดี


7.      ไม่มีสารแม่เหล็ก


8.      ทนทานต่อการกัดกร่อนโดยเฉพาะเมื่อใช้กับกรดและน้ำทะเล


9.      ทดทานต่อการสึกกร่อน (wear resistance)


10.  มีสีสวยน้ำใช้


11.  ทองแดงและโลหะผสมทองแดงแทบทุกชนิดสามารถเชื่อมได้อย่างง่ายดาย


 


 


โดยทั่วไปเราเรียกโลหะว่าทองแดง (Copper) เมื่อโลหะนั้นเป็นทองแดงเกือบบริสุทธิ์มีสิ่งแปลกปนอื่น ๆ ผสมปนอยู่ไม่เกิน 0.5% โดยน้ำหนักและเรียกว่าทองแดงผสมหรือโลหะผสมของทองแดงเมื่อโลหะนั้นมีทองแดง เป็นธาตุที่ผสมอยู่มากที่สุด แต่ไม่น้อยกว่า 40% และไม่สูงกว่า 99% โดยน้ำหนัก


 


คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของทองแดง




น้ำหนักอะตอม (Atomic weight)  63.57


โครงสร้างของผลึก Face Centered Cubic (FCC.)


มิติของแลททิช  (oA)                    3.6078      (o  =   Angstrom) Unit


ความหนาแน่น (20o C)               8.94                 =   หน่วยวัดขนาดคลื่นแสง


จุดหลอมเหลว                             1083o C                            เท่ากับหนึ่งในร้อยล้าน


จุดเดือดกลายเป็นไอ                     2595o C                            ของเซนติเมตร


ความร้อนจำเพาะ (25o C)                        0.0919 cal/go C                 (1o A = 10-8 ซม.)


สัมประสิทธิ์การขยายตัว               16.47 x 10-6o C


ความต้านทานจำเพราะ  (30o C)    1.682  ไมโครโอห์ม/ซม3


คุณสมบัติทางกล


Tensile Strength                                   17 Kg/mm2


Elastic Limit                              10 Kg/mm2


Elongation                                35 – 50 %


Hardness                                 35 – 50 HB


Modulus of Elasticity                12,000 Kg/mm2


 


สินแร่ทองแดง (Copper Ores)





            เราพบอนุสาวรีย์ของชาวอียิปต์โบราณซึ่งสร้างไวเมื่อ 2600 ปีก่อนคริสตวรรษ ทำด้วยโลหะทองแดงบริสุทธิ์ จึงทำให้เราสันนิษฐานกันว่าอาจจะมีแหล่งแร่ทองแดงบริสุทธิ์โดยธรรมชาติ (Native Copper) ในแถบนั้นซึ่งก็เป็นความจริงที่เราพบแหล่งแร่ทองแดงบริสุทธิ์อยู่บ้านในเอธิโอเปีย (Ethiopia) เป็นแร่ทองแดงบริสุทธิ์มีลักษณะเป็นก้อนสีดำ ดูคล้ายหินมากกว่าโลหะ ปัจจุบันนี้ยังพบในที่ต่าง ๆ อยู่บ้างที่ปะปนอยู่กับแร่อื่น ๆ เช่น แร่เงินหรือแร่ทองแต่มีปริมาณไม่มาก สินแร่ทองแดงที่จัดว่ามีความสำคัญในการผลิตโลหะทองแดงส่วนมากจะเป็นแร่ประเภทซัลไฟด์ (SulFide) มีสองชนิดคือ แร่ทองแดงแคลโคไซท์ (chalcocite) (Cu2S) มี Cu ประมาณ 79.8% และแร่ทองแดงแคลโคไพไรท์ (chalcopyrite) (Cu FeS2มี Cu ประมาณ34.5% นอกจากแร่ซัลไฟด์แล้วยังมีแร่ทองแดงออกไซด์ (Cu2O) แต่ปริมาณที่พบมีน้อย แร่ทองแดงอีกชนิดหนึ่งที่เป็นแร่ทองแดงคาร์บอเนต CuCO3 (OH2เรียกกันทั่ว ๆ ไปว่า Malachite มีสีเขียวสวยงามมากใช้เจียรนัยทำเป็นเครื่องประดับ


            แร่ทองแดงมีหลายชนิด แร่ที่สำคัญ ๆ ได้แก่


1.      แร่ทองแดงไพไรท์ ซึ่งเกิดเป็นแร่ควบคู่กับแร่เหล็กที่เรียกว่า Chalcopyrite (CuFeS2)


2.      แร่ทองแดงออกไซด์ (Cuprite) Cu2สีแดง


3.      แร่ทองแดงดำ Copper glance (chalcocite) Cu2S


4.      แร่ทองแดงคาร์บอเนต CuCO3 Cu (COH)2 ซึ่งเป็นแร่สีเขียวสวยงามมาก ใช้เจียรนัยเป็นเครื่องประดับได้สวยมาก


5.      แร่ทองแดงบอร์ไนท์ (Cu2FeS2)


6.      แร่ทองแดงโคเวลไปรท์ (CuS)


 


ประโยชน์ของทองแดง




เนื่องจากทองแดงมีคุณสมบัติ ductility สูงและมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ดังนั้น Cu ประมาณมากกว่า 50% ใช้ในการทำ Alloy เช่น Brass, Bronze และ Monel และอีกประมาณ 20% ใช้ทำเครื่องมือถ่ายเทความร้อน เช่น Condenser, evaporator และอื่น ๆ


ตัวอย่างของ Cu เช่น คอมพิวเตอร์ (Cu + Ag) ขึ้นส่วนในเครื่องยนต์ปลอกกระสุนระฆัง (Cu + Sn) สปริงชนิดต่าง ๆ ทำจากบรอนซ์ ดีบุก ผสมฟอสฟอรัสคาร์บิวเรเตอร์ (Cu + Sn + Zn + Pb) บูชและแบริ่ง เป็นต้น โลหะผสมทองแดง เช่น ท่อกลั่น (condensortube) ปลอกกระสุนปืน ดอกกุญแจ เหรียญกระษาปณ์ เช่น เหรียญบาท และห้าบาท ทองแดงที่ใช้ในงานไฟฟ้าวิทยะจะต้องมีความบริสุทธิ์มากถึง 99 – 99% ถ้าทำให้บริสุทธิ์ 100 เปอร์เซ็นต์ ต้องใช้วิธีแยกด้วยไฟฟ้าถ้าต้องการความบริสุทธิ์เพียง 99.5% ใช้วิธีหลอมธรรมดาแล้วกวนด้วยไม้สด


 



7.2สังกะสี (Zine)





 


            สังกะสี (Zn) เป็นโลหะที่ค่อนข้างหนักมีสีขาวปนน้ำเงินนิยมใช้กันมากเพราะราคาถูกทนการกัดกร่อนและใช้ผสมกับโลหะอื่น ๆ ได้มีความหนาแน่นน้อยกว่าทองแดงเล็กน้อย สังกะสีบริสุทธิ์มีความแข็งแรงต่ำมาก อุณหภูมิการคืบตัวทีอุณหภูมิห้องที่อุณหภูมิความแข็งแรงจะลดลงมาก ถ้าอุณหภูมิต่ำมาก อุณหภูมิการคืบตัวที่อุณหภูมิห้องที่อุณหภูมิความแข็งแรงจะลดลงมาก ถ้าอุณหภูมิต่ำมาก สังกะสีมักจะเปราะ สังกะสี เป็นโลหะที่มีจุดหลอมตัวต่ำ หล่อหลอมง่ายกลึงไส่ขึ้นรูปง่ายสีขาวสวยน่าใช้ ทนทานต่อการเกิดสนิมและโลหะผสมของสังกะสีมีกำลังวัสดุสูงพอใช้ ในปัจจุบันจึงได้รับความนิยมในการทำชิ้นส่วนเครื่องใช้สอยและเครื่อกตกแต่งต่าง ๆ ที่ทำด้วยโลหะ เช่น ขอบวิทยุ โทรทัศน์ ขอบกระจกและเครื่องตกแต่งในรถยนต์ นอกจากนี้ยังใช้ทำกระบอก ถ่านไฟฉาย ทำแผ่นบล๊อค ป้ายชื่อ ชิ้นส่วนบางอย่างของรถยนต์ ภาชนะในครัวของเด็กเล่นและกุญแจ เป็นต้น


            สังกะสียังนิยมใช้ อาบบนโลหะอื่น ๆ เช่น เหล็กแผ่น ลวดเหล็กสลักและน๊อต เหล็ก เพื่อป้องกันการเกิดสนิมบนเหล็ก นอกจากนี้แล้วสังกะสียังมีประโยชน์มากในการผสมกับทองแดง ทำทองเหลือและบรอนซ์ชนิดต่าง ๆ


 


          สินแร่และกรรมวิธีถลุงสังกะสี




            แร่สังกะสีที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมได้แก่  สังกะสีซัลไฟต์เรียกกันว่า Zine blende หรือ Sphalerite เป็นแร่ที่มีหลายสี คือ เหลือง น้ำตาล หรือดำ มีความแข็ง 3.5 – 4 Mon’s scale ความถ่วงจำเพาะ นอกจากนี้ยังมีแร่สังกะสีออกไซด์(ZnO) ซึ่งเรียกว่า Zincite และแร่สังกะสีคาร์บอเนต (ZnCO3เรียก Smithsonite แต่แร่สองชนิดหลังนี้พบน้อยจึงไม่ค่อยนำมาใช้ การถลุงแร่สังกะสี Zine blende จะเริ่มโดยนำแร่มาแยกเพื่อเอาแร่ที่ไม่ต้องการออกจากนั้นนำเอาแร่ไปบดให้เป็นก้อนเล็ก ๆ และนำไปเผาในเตา Reverberatory Furnace เพื่อเปลียนแร่สังกะสีซัลไฟด์ให้เป็นสังกะสีออกไซด์ (กรรมวิธี Roasting) แล้วจึงไปเผาไล่ออกซิเจนออกอีกครั้งโดยใช้ถ่านหิน หรือถ่านโค๊กเป็นตัวดึงออกซิเจน (Reducer) ให้การเผาเพื่อไล่ออกซิเจนนี้จะต้องใช้อุณหภูมิสูงเกินกว่า 930ซึ่งเราจะได้โลหะสังกะสีที่เป็นไอผสมกับแกสคาร์บอนไดออกไซด์ เราแยกเอาโลหะสังกะสีออกได้โดยผ่านไอของสังกะสีกับแกสคาร์บอนไดออกไซด์เข้าห้องเย็น (cooling chambers) สังกะสีจะกลั่นตัวเป็นของเหลว ส่วนแกสคาร์บอนไดออกไซด์ จะไม่กลั่นตัวเป็นแกสแยกตัวออกต่างหาก สังกะสีที่ได้นี้จะเทลงในแบบทำเป็นแท่งเรียงสังกะสี Spelter มีความบริสุทธิ์ 98% เมื่อต้องการทำสังกะสีให้บริสุทธิ์มากขึ้นไปอีกจะต้องนำเอา Spelter ไปกลั่นใหม่อีกครั้งโดยการควบคุมอุณหภูมิให้แน่นอนก็จะได้สังกะสีที่มีความบริสุทธิ์มากยิ่งขึ้นอาจจะทำได้ถึง 99.99%


            การทำสังกะสีบริสุทธิ์โดยใช้การแยกด้วยกระแสไฟฟ้าก็ทำได้โดยเริ่มตั้งแต่เอาแร่สังกะสีออกไซด์ที่ได้จากกรรมวิธี Roating มาละลายในกรดกำมะถันจะได้สารละลาย Zine Sulfate ซึ่งจะใช้เป็น electrolyte สำหรับความถี่ก็คงอาศัยหลักเดียวกับการแยกทองแดง ความบริสุทธิ์ของสังกะสีที่จะได้ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของ Zine Sulfate ความหนาแน่นของทองแดง 7.1 กก/ดม3 จุดหลอมเหลว 419oจุดระเหยเป็นไอ 907ความเค้นแรงดึงสูงสุด สังกะสีหล่อ กก/มม2  สังกะสีรีด 14กก/มม2  อัตรายึดตัว ณ อุณหภูมิห้อง 1% ณ 90 – 160o C 25%


แร่งสังกะสี ที่สำคัญได้แก่




1.      แร่ซิงค์เบลนด์ (Zine blends) หรือแร่สปาเลอไรท์ (Sphalerite) หรือบางทีเรียก Black Jack มีสูตรทางเคมี Zns ส่วนประกอบ Zn 67%, S 33%  มักจะมีเหล็กประกอบอยู่ด้วยอาจมากที่สุดถึง 36%


2.      แร่สมิทโซไนท์ (Smithsonite) (Dry – bone ore) มีสูตรเคมี ZnCO3 ส่วนประกอบ ZnO 64.8%  Co2  35.2%


3.      แร่เฮมิมอร์ไฟท์ (Hemimorphite) หรือแร่คาลาไมน์ (Calamine) สูตรเคมี Zn4(Si2O7) (OH)2 H2มี Zno 67.5% SiO2 25.0% H2O 7.5%


4.      แร่ซิงค์ไซท์ (Zincite) สูตรเคมี Zno ส่วนประกอบ Zn 80.3% O 19.7%


5.      แร่วิลเลมไมท์ (Willemite) สูตรเคมี Zn2 (SIO4) ZnO 73.0% SiO2 27.0%


6.      แร่แฟรงคลินไนท์ (Franklinite) สูตรเคมี (Zn.Fe.Mn) (Fe.Mn)2O4 ส่วนประกอบส่วนใหญ่จะเป็น Zn Fe2O4


 


 


คุณสมบัติของ Zine





1.      เป็นโลหะค่อนข้างหนัก มีสีขาวปนน้ำเงิน


2.      เป็นโลหะที่อ่อนแต่มี ductility ต่ำที่อุณหภูมิบรรยากาศ


3.      ถ้าเผาให้ร้อน 100 – 150o C สังกะสีจะมีค่า ductility สูง


4.      สามารถรีดเป็นแผ่นหรือเป็นเส้นได้ง่าย


5.      มีคุณสมบัติสามารถทนต่อการกัดกร่อน (Corrosion) ในบรรยากาศธรรมดาได้ดี แต่ไม่ทนต่อกรดและด่าง


ข้อเสียของสังกะสีคือ อัตราการขยายตัวสูงเมื่อถูกความร้อน


 


ประโยชน์ของ Zine





1.   ใช้เคลือบแผ่นเหล็ก (Galvanizing) และท่อน้ำประมาณ 40% ของสังกะสีที่ผลิตได้


2.    ใช้เป็นโลหะผสมทำพวกโลหะผสม เช่น ทองเหลืองประมาณ 20% ทำโลหะผสมที่ใช้กับ Die Casting ประมาณ 26% ทำสังกะสีแผ่นประมาณ 12% ทองเหลืองประมาณ 2% ใช้ทำสารประกอบอื่น ๆ เช่น ทำสังกะสีคลอไรด์ ใช้สำหรับรักษาเนื้อไม้


3.      ใช้ในการหล่อแบบถาวร (Die casting) โลหะผสมสังกะสีหลายอย่างทำโดยวิธีหล่อแบบถาวร


4.   ใช้ทำทองเหลืองโดยทั่วไปมีสังกะสี 10 – 30 เปอร์เซ็นต์


5.      การรีดขึ้นรูปสังกะสีที่รีดที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีความบริสุทธิ์ต่าง ๆ กัน ส่วนมากผสมทองแดงลงไปถึง 10% สังกะสีนี้อ่อนตัวและทำงานง่ายที่อุณหภูมิห้อง


 


7.3 ดีบุก (Tin)





 


            ดีบุกมีสัญญลักษณ์ว่า  Sn ความหนาแน่น 7.3 กก/ดม3 จุดหลอมเหลว 232o C ความเค้น แรงดึงดูด 4 – 5 กก/มม2 อัตราการยืดตัว 40% ดีบุกเป็นโลหะที่ให้การเปลี่ยนแปลงอันยรูป (Allotropic) คล้ายคลึงกับเหล็ก กล่าวคือดีบุกจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจากระบบหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งคือจาก เบต้า (bไปเป็น แอลฟ่า (µการเปลี่ยน b à µ จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 18ปกติดีบุก µ จะเปราะแตกง่ายและมักจะเกิดการขยายตัวมากในขณะเกิดการเปลี่ยนแปลงจาก b ไปเป็น µ ดังนั้นดีบุกมักจะแตกได้ง่ายเมื่ออยู่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 18o C เรียกลักษณะนี้ว่าโรคดีบุก (Sickness of tin or warts) ทั่ว ๆ ไปที่อุณหภูมิบรรยากาศดีบุกเป็นโลหะอ่อนที่จุดหลอมตัวต่ำและมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ดีบุกเป็นโลหะสีขาวคล้ายเงิน อ่อน และรีดเป็นแผ่นได้ง่าย ดีบุกเป็นโลหะยุทธปัจจัยเพราะมีปรากฏอยู่บนผิวโลกไม่มากแห่ง ดีบุกมีในประเทศไทย เช่นภาคใต้จังหวัดภูเก็ต ตะกั่วป่า พังงา ตรัง ยะลา สงขลา นครศรีธรรมราช สุราษฎร์ธานี ชุมพร ภาคกลางจังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ราชบุรี กาญจนบุรี และภาคเหนือ แม่ฮ่องสอน เชียงราย เชียงใหม่ ลำปาง ตาก อุทัยธานี และคาบสมุทรอินโดจีน มีมากอีกแหล่งหนึ่งที่มีดีบุก คือ ประเทศโบลิเวียในทวีปอเมริกาใต้


 


สินแร่และการถลุงดีบุก




            ดีบุกมาจากออกไซด์ของมันเอง เช่น Cassiterite ส่วนมากพบที่โบลิเวียตะวันออก อัฟริกากลาง ไทย มาเลเซีย ทำการถลุงโดยใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิว (Reduce) ในเตาพ่นลม (Blast Furnace) จะได้ดีบุกเป็นของเหลวแล้วทำให้บริสุทธิ์โดยElectrolytical หรือโดยวิธี Chemical process


            แร่ดีบุกที่สำคัญในการผลิตดีบุก ได้แก่ แร่ดีบุกอ๊อกไซด์ (SnO2ซึ่งเรียกว่า Cassiterite หรือ tenstone เป็นแร่ที่มีดีบุกประมาณ 80% แร่ดีบุกนี้พบหลายสี แต่ที่พบกันมากได้แก่ สีน้ำตาลหรือดำ มีความวาวเหมือนเพชร แข็ง 6 – 7 และมี ถ.. 6.8 – 7.1 จึงหนักและทนต่อการสึกกร่อน ผุพัง แร่ดีบุกที่จะนำมาถลุงจะต้องผ่านการแยกแร่เอาหินหรือแร่อื่น ๆ ที่ติดมาออกในบางกรณีอาจจะต้องเอามาทำ Roasting หรือผสมกับกรดเกลือเพื่อแยกเอาพวก impurities ออก เช่น เหล็กเมื่อได้แร่ดีบุกออกไซด์แล้วก็นำไปถลุงในเตา Blast Furnace โดยใช้ทั้งถ่านหิน และหินปูน เป็นตัวดึงออกซิเจนออก ดีบุกที่ได้อาจจะมีโลหะอื่น ๆ ปนอยู่เล็กน้อย ซึ่งจะต้องนำไปทำให้บริสุทธิ์ต่อไปการทำดีบุกบริสุทธิ์อาจใช้การแยกด้วยกระแสไฟฟ้า หรือใช้วิธีการหลอมซึ่งง่ายและสะดวกกว่าเพราะดีบุกมีจุดหลอมละลายต่ำอยู่แล้ว เมื่อหลอมดีบุกในอ่านแล้วพยายามรักษาอุณหภูมิอย่าให้สูงกว่า 232o C (450o F) ดีบุกจะละลาย ส่วนสารเจือปนซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงกว่ายังคงเป็นของแข็ง เราก็ระบายเอาดีบุกบริสุทธิ์ออกนำไปหล่อเป็นแท่ง ลักษณะกรรมวิธีถลุง หากเป็นแร่ดีบุกซัลไฟต์ก็ต้องเผาคั่วให้เป็นดีบุกออกไซด์เสียก่อน ต่อจากนั้นจึงถลุงโดยลดออกซิเจนออกจากดีบุกโดยใช้คาร์บอน


SnO2 + C  à CO2  á + Sn


 


ประโยชน์และการใช้ดีบุก




            เนื่องจากดีบุกมีสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดี จึงใช้ดีบุกเคลือบแผ่นเหล็ก และภาชนะใส่อาหารเพื่อป้องกันสนิมและผลิตภัณฑ์กันขึ้น เช่น ห่อบุหรี่ใบชาประมาณ 40% ของดีบุกที่ผลิตได้ใช้เคลือบแผ่นเหล็กหรือที่เราเรียกว่าเหล็กวิลาศ (Tin plate) ที่ใช้มุงหลังคาและผลิตภัณฑ์ทำโลหะผสมเพื่อทำตัวพิมพ์หนังสือ ทำหลอดบรรจุของเหลวเช่น ยาสีฟัน ประมาณ 20% ใช้ทำโลหะบัดกรีและ 15% ของดีบุกที่ผลิตได้ใช้ทำโลหะผสม เช่น บรอนซ์ (phosphor bronze) “white metal” bearing die casting และโลหะตัวพิมพ์ใช้ผสมในน้ำมันหล่อลื่นหรือตัวยาบางอย่างและโลหะผสมดีบุกที่สำคัญ เช่น ทองสัมฤทธิ์เป็นโลหะผสมระหว่างทองแดง ดีบุก และสังกะสี เป็นต้น


            ตะกั่วบริสุทธิ์จุดหลอมละลายที่ 621o F เป็นโลหะที่สามารถนำไปใช้ทำอะไรได้หลายอย่างซึ่งได้มาจากคุณสมบัติพิเศษของตะกั่วคือน้ำหนักอะตอมสูงและความหนาแน่น ความอ่อน ความเหนียว ความแข็งแรงต่ำ จุดหลอมละลายต่ำต้านทานการกัดกร่อนและความสามารถในการหล่อลื่นความแข็งแรงทางด้านความล้าไม่ดี ดังนั้นจึงไม่สามารถจะนำมาใช้ภายใต้สภาวะของการสั่นสะเทือนมันจะเกิดการคืบตัว ณ อุณหภูมิห้องและยังมีข้อเสียอื่น ๆ อีกคือเป็นสารประกอบที่มีพิษ


 


7.4 ตะกั่ว (Lead)





           


ตะกั่วมีสัญญลักษณ์ทางเคมีว่า (Pb) เป็นโลหะที่มีความหนาแน่นมาก หนักอ่อนนิ่มและเหนียวขึ้นรูปง่าย จุดหลอมเหลวต่ำ และทนทานต่อการผุกร่อนได้ดีเลิศ ตะกั่วใช้มากในการทำแผ่นตะกั่ว และหม้อแบตเตอรี่รถยนต์ สารประกอบของตะกั่วใช้ผสมในน้ำมันเบนซินที่มีอ๊อคเทนสูง และใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับทำสีที่มีคุณภาพสูง โลหะตะกั่วยังใช้เป็นน้ำหนักถ่วงความสมดุลย์และเป็นฉากป้องกันรังสีเบต้า และรังสีแกมม่าจากสารกัมมันตะรังสีต่าง ๆ นอกจากนี้ยังใช้บุฝาผนังของห้องเก็บเสียง โลหะตะกั่วที่ผสมกับพลวงเรียกว่า ตะกั่วผสมพลวง (Antimonial Lead) จะมีความแข็งและมีกำลังวัสดุสูงกว่าตะกั่วธรรมดาใช้ทำตะกั่วแผ่นสำหรับทำปลอกโลหะหุ้มรอยเชื่อมของสายส่งไฟฟ้า (Cable sheathing) นอกจากนี้ยังใช้ทำแผ่นตะกั่วในหม้อแบตเตอรี่รถยนต์ อาร์เซนิคและแคลเซี่ยมยังอาจผสมกับตะกั่วเพื่อใช้ทำตะกั่วสำหรับทำปลอกหุ้มรอยเชื่อมของสายไฟฟ้า นอกจากนี้แคลเซี่ยมยังช่วยเพิ่มสมบัติความต้านทานต่อการเกิดครีพ (creep) ของตะกั่วนิยมใช้ทำท่อน้ำที่มีดีบุกผสมอยู่ประมาณ 10 – 25% มีชื่อทางการค้าว่า (Tern Metal) เหมาะสำหรับใช้เป็นโลหะสำหรับอาบบนแผ่นเหล็กที่จะนำไปทำถังเก็บน้ำมัน


          คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของตะกั่ว


            น้ำหนักอะตอม                                       207.2


            โครงสร้างของผลึก                                  Face Centerd cubic (F.C.C)


ความหน้าแน่น                                       11.34


จุดหลอมเหลว                                         327.35o C


คุณสมบัติทางกล         


Ultimate Tensile strength                                 1.5 kg/mm2


Elastic Limit                                          0.3 kg/mm2


Modulus of Electicity                            1000 kg/mm2


Hardness                                             5 H.B


Elongation                                            60%


 


สินแร่ตะกั่วและกรรมวิธีถลุงตะกั่ว




1.    แร่ตะกั่วซัลไฟด์ หรือที่เรียกกันว่าแร่กาลีนา (Galena) มีสูตรเคมีคือ Pbs มีส่วนประกอบ Pb 86.6% S 13.4% เป็นแร่ที่ค่อนข้างหนักมีสีเทาปนสีเงิน (silverygray) และอาจมีสังกะสีแคดเมียม พลวง สารหนู และบิสมัสปนอยู่ด้วย ระบบผลึกแบบ Isometric มักจับเป็นผลึกรูปสี่เหลี่ยมลูกเต๋า สีและสีผงเป็นสีเท่าตะกั่วมีความแข็ง 2.5 ความถ่วงจำเพาะ 7.4 – 7.6


ลักษณะเด่นชัดในการสังเกตแร่กาลีนา คือ ความมันวาวบนโลหะมักแสดงรอยแตกแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือผลึกแบบลูกเต๋า มีน้ำหนักมากผิดปกติจะรู้สึกหนักมือเนื้อแร่อ่อนขูดได้ง่าย แม้แต่ด้วยเล็บมือ


2.    แร่เซอรัสไซท์ (Cerussite) มีสารเคมีคือ Pbco3 ส่วนประกอบ Pbo 83.5% co 16.5% ระบบผลึกแบบ orthorhombic มีรูปผลึกได้หลายแบบไม่มีสี สีขาวหรือเทาความแข็ง 3 – 3.5 ความถ่วงจำเพาะ 6.55 มีความวาวแบบ adamantine Luster มีลักษณะโปร่ง – แสง โปร่งใส


ลักษณะเด่นชัดในการสังเกตแร่เซอรัสไซท์ คือเป็นแร่ที่ไม่มันวาวแบบโลหะที่มีน้ำหนักมาก เนื่องจากมีความถ่วงจำเพาะถึง 6.55 ละลายได้ในกรดไนตริกอย่างเจือจางอุ่นเล็กน้อยจะฟู่เป็นฟองซึ่งทำให้สามารถเห็นความแตกต่างจากแร่ แองกลีไซท์


3.    แร่แองกลีไซท์ (Angly site) สูตรเคมีคือ Pbso4 ส่วนประกอบ Pbo 73.6% So3 26.4% ระบบผลึก orthorhombic ไม่มีสี สีขาวเท่าหรือสีเหลืองอ่อน ถ้ามีสิ่งเจือปนอาจทำให้เป็นสีเท่าเข้ม ความแข็ง 3.0 ความถ่วงจำเพาะ 6.2 – 6.4 เมื่อเป็นผลึกจะมีความวาวแบบ adamantine แต่ถ้าไม่เป็นผลึกจะด้าน


ลักษณะเด่นชัดเป็นการสังเกตแร่แองกลีไซท์ โดยความหนักของแร่ความมันวาวแบบเพชร (adamantine) มักเกิดร่วมกับแร่กาลีนาต่างกับแร่เซอรัสไซท์ที่ไม่เกิดฟองฟู่กับกรดไนตริก


การถลุงแร่ตะกั่วมีลักษณะคล้ายคลึงกับแร่สังกะสี เพราะเป็นแร่ที่เป็นซัลไฟด์ (sulfide) เหมือนกับการถลุงจะต้องเริ่มโดยการ Roasting เพื่อเปลี่ยนเป็น Lead oxide และจากออกไซด์ก็นำมาถลุงโดยใช้คาร์บอนเป็นตัว Reducer ดึงเอาออกซิเจนเพื่อให้ได้ตะกั่ว แต่ตะกั่วที่ได้จากการถลุงแบบนี้ไม่บริสุทธิ์ อาจมีสารอื่น ๆ ปนอีก เช่น อาจมีเงิน ทอง และอื่น ๆ ซึ่งจะทำให้ตะกั่วบริสุทธิ์ ก็จะต้องนำแยกด้วยกระแสไฟฟ้า ตามลักษณะของสารเจือปนที่ปนอยู่


ประโยชน์และการใช้ตะกั่ว


1.      ใช้บุผนังแทงค์น้ำเพื่อป้องกันการกัดกร่อน


2.      ใช้ในหม้อแบตเตอรี่รถยนต์ชนิดตะกั่ว – กรด


3.      ทำท่อและข้อต่อระบายน้ำสำหรับห้องสุขาและอ่างล้างชาม


4.      เพิ่มความสามารถในการตกแต่งแปรรูปได้ง่ายขึ้น


5.      ในด้านชีววิทยาใช้เป็นเกราะกำบังเพื่อกั้นไม่ให้รังสีแกมม่าผ่านได้ (แต่ไม่สามารถกั้นนิวตรอนได้)


6.      ตะกั่วใช้หุ้มสายเคเบิ้ลไฟฟ้า


7.      ตะกั่วผสมดีบุกใช้ทำตะกั่วบัดกรีที่มีจุดหลอมละลายต่ำ


8.      ใช้ผสมทำโลหะตุ๊กตา (Bearing metal)


9.      ทำให้โลหะผสมละลายได้ง่าย และทำให้จุดหลอมละลายของโลหะผสมต่ำ เหมาะสำหรับใช้ในวัตถุประสงค์ต่าง ๆ


10.  ใช้ทำตัวพิมพ์โลหะสำหรับงานโรงพิมพ์


11.  ผสมกับดีบุกใช้เคลือบเหล็กกล้าที่เรียกว่า Tern plate


12.  ตะกั่วเป็นส่วนผสมในน้ำมันเบนซิน


13.  ตะกั่วใช้เป็นส่วนผสมสี


ตะกั่วใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ประมาณหนึ่งในสามของตะกั่วที่ผลิตได้นอกจากนี้ใช้สำหรับสายเคเบิ้ลไฟฟ้า ใช้ในอุตสาหกรรมสีทำโลหะบัดกรี ทำโลหะ Bearing และอื่น ๆ


 


 


 


 


 



7.5นิเกิ้ล (Nickel)





           


นิเกิ้ลมีสัญญลักษณ์ว่า Ni ความหนาแน่น 8 – 8.5 กก/ดม3 จุดหลอมเหลว 1453o C องศาเซนติเกรดจุดเดือด 2730o C ความเค้นแรงดึงสูงสุด เมื่ออบให้เหนียว 40 – 50 กก/มม2 เมื่อรีดจนผิวแข็ง 70 – 80 กก/มม2  โครงสร้างของผลึก เป็นแบบFace centered cubic (F.C.C) อัตราการยืดตัว เมื่ออบให้เหนียว 40 – 50% เมื่อรีดผิวแข็ง 2%


            นิเกิ้ลเป็นโลหะสีขาวเหมือนเงิน เนื้อเหนียว และขัดขึ้นมันได้สวยงาม นิเกิ้ลทนต่อการกัดกร่อนได้ดี เมื่อผสมลงในเนื้อเหล็กจะทำให้เหล็กนั้นมีคุณสมบัติแม่เหล็กดีขึ้นมาก


          สินแร่นิเกิ้ล  นิเกิ้ลส่วนมากได้มาจากแร่ที่เป็นออกไซด์ ของมันซึ่งมีปะปนอยู่ในสินแร่ AS Cu Mn และเหล็ก (Fe) ส่วนใหญ่ที่ใช้ผลิตที่สำคัญที่สุดในปัจจุบันคือนิเกิลซัลไฟด์ (sulphide) Nis ซึ่งก็คือแร่เพนแลนไดท์ (Penlandite) ซึ่งประกอบด้วย เหล็ก – นิเกิ้ล – ซัลไฟด์ (Fe . Ni) S ซึ่งมีมากที่สุดที่ซัดเบอรี่ในคานาดา และรัสเซียเกิดปนอยู่กับทองแดงซัลไฟด์และเหล็กไพไรท์เป็นจำนวนมหาศาล นิเกิลที่ผลิตใช้กันอยู่ทั่วไปในปัจจุบันส่วนใหญ่มาจากแหล่งแร่แห่งนี้จำนวนของทองแดงที่ผสมอยู่ในแร่นี้มีประมาณ 1 – 4% ปริมาณของนิเกิ้ลอยู่ระหว่าง 2 – 5% ทั้งยังมีโลหะประเภท ทอง เงิน และทองขาว ผสมอยู่ไม่น้อย ซึ่งเป็นผลพลอยได้อันล้ำค่าในการถลุงนิเกิ้ล


          การถลุงนิเกิ้ล


            แร่นิเกิ้ลซัลไฟด์นี้ จำเป็นต้องนำไปเผาไล่กำมะถันออกเสียบ้างบางส่วน เช่นเดียวกับการถลุงทองแดง เสร็จแล้วก็นำไปใส่เตานอนเพื่อถลุงทำเป็นแมทท์ (Mette) ซึ่งประกอบด้วยซัลไฟด์ของนิเกิ้ล ทองแดง และเหล็กผสมกันอยู่ต่อจากนั้นก็พ่นลมเข้าไปใน Matte เหลว ๆ เพื่อไล่เหล็กออกเป็นขี้ตะกรันจนเกือบหมด Matte ที่เหลือจะประกอบด้วยซัลไฟด์ของนิเกิ้ลและทองแดง เป็นส่วนประกอบซึ่งเป็นขั้นต่อไปจะต้องนำไปแยกเอานิเกิลบริสุทธิ์ออกทำได้ วิธีด้วยกัน วิธีหนึ่ง อาศัยใช้เหล็กที่ว่าเมื่อผสมโซเดียวซัลไฟด์เข้าไปกับแมทท์เหลว ทองแดงซัลไฟด์ และนิเกิลซัลไฟด์จะแยกออกจากกันเป็นสองชั้นทองแดงและโซเดียวซัลไฟด์ละลายอยู่ในชั้นบนนิเกิลซัลไฟด์อยู่ข้างล่างซึ่งเมื่อแยกออกมาแล้วก็นำไปเผาไล่กำมะถันและเปลี่ยนเป็นนิเกิลออกไซด์ ทั้งหมดเสร็จแล้วก็ถลุงเปลี่ยนเป็นโลหะนิเกิลโดยใช้ถ่านเป็นตัวลดออกซิเจนโลหะนิเกิลยังมีความบริสุทธิ์ต่ำจำเป็นต้องทำให้สะอาดต่อไป ซึ่งโดยปกติใช้วิธีแยกด้วยไฟฟ้า


            อีกวิธีหนึ่งเรียกว่า Mond Process ซึ่งเป็นวิธีที่บริษัท Mond Nickel Company ในประเทศอังกฤษใช้อยู่วิธีนี้ทำได้โดยอาศัยหลักสำคัญที่ว่านิเกิลมีคุณสมบัติรวมตัวกับแกสคาร์บอนมอนนอกไซด์ กลายเป็นสารประกอบนิเกิ้ลคาร์บอนไนล์(Ni(co4)) ซึ่งระเหยเป็นไอได้เมื่อนำเอาไอระเหยของสารประกอบนี้มาเผาที่อุณหภูมิ 180o C จะสลายตัวกลายเป็นโลหะนิเกิ้ล ซึ่งมีความบริสุทธิ์สูงกว่า ที่แยกได้โดยใช้วิธีไฟฟ้าจึงไม่จำเป็นต้องทำให้สะอาดอีกต่อไปทั้ง วิธีที่กล่าวแล้ว มีเทคนิควิธีการยุ่งยากสลับซับซ้อน จึงมิได้กล่าวถึงโดยละเอียด นอกจากหลักเบื้องต้นโดยสังเขป


          นิเกิ้ลทางการค้า


            นิเกิ้ลทางการค้า เป็นโลหะที่มีนิเกิ้ลอยู่ไม่น้อยกว่า 93% โดยน้ำหนักแบ่งออกเป็นชั้นคุณภาพต่าง ๆ ตามปริมาณนิเกิ้ลและธาตุที่ผสมในโลหะและมีชื่อ ซึ่งรู้จักกันดีในทางการค้าว่า A Nickel D นิเกิ้ล และ นิเกิ้ล เพอร์มานิเกิ้ลและดิวรานิเกิ้ล


          A – นิเกิ้ล เป็นนิเกิลบริสุทธิ์ทางการค้าที่มีปริมาณนิเกิลรวมกับโคบอลท์ไม่น้อยกว่า 99% โดยน้ำหนักสิงแปลกปนที่สำคัญ ได้แก่ แมงกานีส คาร์บอน และเหล็กโลหะนี้เหมาะสำหรับใช้งานที่ต้องการกำลังวัสดุปานกลางและมีความทนทานต่อการกัดกร่อนดี


          D – นิเกิ้ล และ E – นิเกิ้ล  ธาตุผสมที่สำคัญในนิเกิ้ลชนิดนี้คือ แมงกานีสโดย D – นิเกิ้ล มี 4.5%  และใน E – นิเกิล 20% โดยน้ำหนักโลหะนี้มีกำลังสูงกว่า A – นิเกิ้ล แมงกานีสยังช่วยให้นิเกิลนี้สามารถใช้งานภายใต้บรรยากาศของกำมะถันได้ เช่น ใช้ในห้องสันดาปของเครื่องยนต์ สันดาปภายในนิยมใช้ทำเขี้ยวหัวเทียน นิเกิ้ลทั่ว ๆ ไปไม่เหมาะสมสำหรับใช้งานในบรรยากาศที่มีกำมะถัน เพราะจะทำให้โลหะละลายและแตกเมื่อร้อน (hot short)


            เพอร์มานิเกิ้ล  นิเกิลชนิดนี้มีกำลังวัสดุสูงกว่าที่กล่าวมาแล้ว เพราะผสมแมกนีเซียมและไทเทเนี่ยมจำนวนเล็กน้อยเข้าในโลหะ ซึ่งมีผลทำให้โลหะมีกำลังวัสดุสูงขึ้นทั้งยังสามารถปรับปรุงกำลังวัสดุให้สูงขึ้นโดยทางกรรมวิธีทางความร้อน เพ่อให้เกิดการแยกตัวแข็ง (aged hardening) ได้อีกด้วย คุณสมบัติการนำไฟฟ้าดีพอสมควร ดังนั้นโลหะนี้จึงเหมาะสำหรับใช้งานที่ต้องการทั้งกำลังวัสดุและการนำไฟฟ้าดี เช่น ทำสปริง ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน


            ดิวรานิเกิ้ล  ธาตุผสมในนิเกิ้ลชนิดนี้ คือ อลูมิเนียมโดยปกติผสมประมาณ 4.5% โดยน้ำหนักธาตุอื่นที่สำคัญได้แก่ไทเทเนียมและซิลิกอน ช่วยส่งเสริมให้โลหะมีกำลังวัสดุสูงยิ่งขึ้น ทั้งสามารถปรับปรุงกำลังวัสดุให้สูงขึ้นได้อีกโดยการทำกรรมวิธีทางความร้อน


 


โลหะผสมนิเกิ้ล (Nickel Alloys)





            หมายถึงโลหะที่มีนิเกิลเป็นองค์ประกอบสำคัญมีธาตุอื่น ๆ ผสมรวมอยู่ด้วย โดยปกติปริมาณของธาตุผสมเหล่านี้รวมกันจะมีไม่น้อยกว่า 10% โดยน้ำหนักธาติที่ผสมเข้าไปเพื่อลดราคาของโลหะให้ถูกลงโดยอาจมีสมบัติทางกายภาพและทางกลดีกว่าเดิม โลหะผสมนิเกิลที่สำคัญและรู้จักกันดีในอุตสาหกรรมจนมีชื่อสามัญเรียกกันอยู่ทั่วไปได้แก่ โมเนลอันโดเนลไนโครมแฮลเทลอย และอิลเลียม


            โมเนล (Monels) หมายถึงโลหะผสมนิเกิลกับทองแดง โดยมีปริมาณนิเกิลต่อทองแดงปริมาณ 2 ต่อ 1 โดยน้ำหนักธาตุผสมอื่น ๆ ที่สำคัญได้แก่ เหล็ก แมงกานีส ซิลิกอน และอลูมิเนียม นิยมทำลวดความต้านทานไฟฟ้า และทำสายไฟวัดอุณหภูมิ(Thermocouple) โลหะนี้มีชื่อทางการค้าว่าคอนสแตนเทน (constantan)


โมเนล แบ่งย่อย ๆ ได้ดังนี้


1.      โมเนลขึ้นรูป ได้แก่โมเนลสามัญทั่วไป


2.      R –โมเนล ได้แก่โมเนลที่มีกำมะถันสูงประมาณ 0.06 – 0.25% โดยน้ำหนักเพื่อช่วยให้โลหะมีคุณสมบัติการกลึงไสดีขึ้น


3.      K – โมเนล  ได้แก่โมเนลที่ผสมอลูมิเนียมประมาณ 3% โดยน้ำหนักเพื่อให้โลหะมีกำลังวัสดุสูงขึ้น


4.    H – โมเนล และ S – โมเนล  ได้แก่โมเนลที่ผสมซิลิกอน 3 – 4% เพื่อช่วยให้การไหลของโลหะขณะหล่อลื่น นิยมใช้ทำชิ้นส่วนรูปพรรณ H – โมเนล ให้คุณสมบัติทางด้านการกลึงไสดีกว่า          S – โมเนล เพราะมีซิลิกอนน้อยกว่า


อินโคเนล (Inconel)


เป็นโลหะผสมนิเกิลกับโครเมียมและเหล็ก คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของนิโคเนลคล้ายโมเนลมาก ผลิตขึ้นมาเพื่อใช้แทนโมเนลเพราะราคาถูกกว่า ทนทานต่อการกัดกร่อนของสารอินทรีย์ดีมาก นิยมใช้ในอุตสาหกรรม เช่น ทำเครื่องมือสำหรับทำอาหาร เครื่องอบ เครื่องปาสเตอร์ไรซ์ และถังเก็บน้ำนมเป็นต้น ถ้าผสมไทเทเนียม อลูมิเนียมและโคลัมเนียม (Ti + Al + Cb) จำนวนเล็กน้อยลงในอินโคเนล จะสามารถเพิ่มกำลังวัสดุให้กับโลหะ


 


 


แฮลเทลลอย (Hastelloy) เป็นโลหะผสมนิเกิลที่นิยมใช้ในที่มีอุณหภูมิสูง


โลหะที่สำคัญได้แก่


แฮลเทลลอย A (57 NI – 20 Mo – 20 Fe) และแฮลเทลลอย B (62 Ni – 20 Mo – 5 Fe) มี C 0.1% เหมาะใช้งานที่อุณหภูมิสูงในบรรยากาศที่เป็นรีดิ้วซิง (Reducingatomsphere)


แฮลเทลลอย C (54 Ni – 17 Mo – 15 Cr – 5 Fe – 4 W) มีโครเมียมเป็นส่วนผสมที่สำคัญเหมาะสำหรับใช้ในบรรยากาศที่เป็นออกซิไดซิงทั่ว ๆ ไป ที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูงทนต่อการกัดกร่อน โดยกรดออกซีต่าง ๆ เช่น กรดดินประสิว กำมะถัน และกรดโครมิค ใช้มากในอุตสาหกรรมเคมีที่เกี่ยวข้องกับกรด เช่น ปั๊ม วาล์ว หัวฉีด


แฮลเทลลอย X (47 Ni – 9 Mo – 22 cr –18 Fe) มีโครเมียมมากกว่าและโมลิดินั่มน้อยกว่าในแฮลลอย เหมาะสำหรับใช้เป็นชิ้นส่วนต่าง ๆ ในเตาทางอุตสาหกรรมและชิ้นส่วนของเครื่องบิน ที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ท่อนหางของเครื่องยนต์ ใบพัดเทอร์ไบด์ เป็นต้น


แฮลเทลลอย D (85 Ni – 10 Si – 3 Cu – 1 Mn – 1 Al) ผสมซิลิกอนช่วยให้สมบัติการไหลของโลหะดีขึ้น โลหะนี้มีข้อบ่งใช้ที่สำคัญคือใช้รองรับกรดแก่ที่เข้มข้น และร้อนได้ดีมาก โดยเฉพาะกรดกำมะถันเดือด ใช้ทำท่อข้อต่อท่อและภาชนะต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมเคมีที่เกี่ยวกับกรด


นิโครม  (Nichrome) หรือ โครเมล (Chromel)


เป็นโลหะผสมนิเกิลกับโครเมียม คุณสมบัติที่ดีเด่นคือมีความต้านทานไฟฟ้าสูงและคงกำลังวัสดุที่อุณหภูมิสูงได้ดีจนถึง 1100o C ใช้เป็นลวดต้านทานไฟฟ้าได้ดีมาก ทนทานต่อการผุกร่อนและการเกิดสนิมในบรรยากาศทั่ว ๆ ไป ในระหว่างการใช้งาน


อิลเลียม (Illiam) เป็นโลหะผสมนิเกิล โครเมียม โมลิดินัม และทองแดง โลหะนี้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อน โดยกรดกำมะถันและกรดดินประสิวเข้มข้นได้ดีมาก ทั้งยังให้กำลังวัสดุที่สูงมากอีกด้วย อิลเลี่ยมที่สำคัญ ได้แก่ อิลเลี่ยม B (50% Ni – 28% Cr – 8.5 Mo – 5.5% Cu)


 


 


 


 


 


 



7.6โครเมียม (Chromium)





           


โครเมียมมีสัญญลักษณ์ทางเคมีว่า Cr ความหนาแน่น 6.8 กก/ดม 3 จุดหลอมเหลว 1900o C


โครเมียมเป็นโลหะที่มีสีเทาคล้ายเหล็ก เมื่อหักดูรอยหักจะขาวเป็นมันวาบเหมือนเงินโครเมียมเป็นโลหะที่แข็งและเปราะ ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก เหมาะสำหรับใช้ชุบเคลือบผิวเพื่อมิให้เกิดขุมสนิม อุปกรณ์เครื่องมือใดที่ต้องการมิให้สึกหรอก็มักจะชุบโครเมียมแข็ง (Hard Chromium Plating) นอกจากนี้ โครเมียมยังเป็นวัสดุโลหะผสมที่สำคัญยิ่งอีกด้วย เช่น ใช้ทำเหล็กไร้สนิม (Stainless Steel) เป็นต้น เหล็กไร้สนิมที่เราใช้และเห็นกันอยู่ทุกวันนี้ในรูปของมีด ช้อน ส้อม ฯลฯ นั้นส่วนมากมีโครเมี่ยมผสมอยู่ 18 เปอร์เซ็นต์ นิเกิล เปอร์เซ็นต์ ใช้ในการเคลือบนิเกิลหรือแผ่นเหล็กเพื่อทำให้แผ่นโลหะนั้น ๆ ไม่ขึ้นสนิมได้ง่าย สวยเป็นเงาดังจะเห็นได้จากส่วนต่าง ๆ ของรถยนต์ โลหะผสมโครเมียมที่มีประโยชน์อีกชนิดหนึ่งก็คือ โลหะผสมที่มีนิเกิล80 เปอร์เซ็นต์ และโครเมียม 20 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมีความต้านทานไฟฟ้าสูง


            แร่โครเมียม คือ แร่โครไมต์ (Chromite) มีสูตรเคมีว่า FeCr2O4 ในเนื้อสินแร่จะพบออกไซด์ของเหล็กและของโครเมียมปนกันมีมาในอาฟริกาใต้โรดีเซียเตอรกี และรัสเซีย


 


7.7แมงกานีส (Manganes)





           


แมงกานีสมีสัญญลักษณ์ทางเคมีว่า Mn มีความหนาแน่น 7.4 กก/ดม3จุดหลอมเหลว1250o C แมงกานีสเป็นโลหะที่แข็งและเปราะสี เป็นสีเทาคล้ายเหล็ก ส่วนมากใช้เป็นวัสดุโลหะผสมกับเหล็ก เป็นเหล็กกล้า เหล็กหล่อ ทองแดงผสมและโลหะเบาผสมเป็นต้น แมงกานีสบริสุทธิ์ ไม่มีที่ใช้งาน เหล็กกล้าทุกชนิดจะมีแมงกานีสผสมอยู่ตั้งแต่ 0.5 – 14% บรอนซ์ หรือทองแดงซึ่งมีแมงกานีส 3.5% จะมีความแข็งแกร่งเท่า ๆ กับเหล็กกล้าละมุน (Mild steel) ถ่านไฟฉายแบตเตอรี่แห้ง ทำแก้วและในอุตสาหกรรมการทำสี เป็นต้น


          ชนิดของแร่แมงกานีส


1.      แร่ไพโรลูไซท์ (Pyrolusite) มีสูตรทางเคมีว่า MnO2 มักเกิดเป็นก้อนเนื้อหยาบหรือรูปไตมีสีดำหรือเทาดำ ถ.. 4.8 แข็ง 2 - .25 ร่วนบิออกง่ายให้สีผงสีดำ


2.      แร่ซิโลมิเลน (Psilomelane) มีสูตรทางเคมีว่า (Mn2O3 nH2O) หรือที่เรียกกันว่า แร่เหล็กไหล


3.      แร่บรอนไนท์ มีสูตรทางเคมีว่า (2 Mn2O MnSio3)


4.      แร่แมงกาไนท์ มีสูตรทางเคมีว่า (Mn2O3 H2O)


แมกานีสเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดในการใช้เป็นตัวไล่ออกซิเจนในการผลิตเหล็กกล้าทุกชนิด ฉะนั้นจึงเป็นปัจจัยสำคัญในอุตสาหกรรมการผลิตเหล็กกล้า หากปราศจากโลหะชนิดนี้แล้วอุตสาหกรรมเหล็กกล้าอาจจะยังไม่เจริญก้าวหน้ามาจนเท่าทุกวันนี้ก็ได้ แมงกานีสที่ผลิตในโลกนี้กว่า 90 เปอร์เซนต์นำไปใช้ในการผลิตเหล็กกล้า แมงกานิสไม่เป็นแต่เพียงตัวไล่ออกซิเจนอย่างเดียวแต่ยังใช้ผสมทำให้เหล็กกล้ามีคุณภาพดีพิเศษขึ้นอีกด้วย แมงกานีสที่ใช้ในการผลิตเหล็กกว้านี้ส่วนมากใช้ในรูปของ เหล็กกล้าผสมแมงกานีส (Ferro Manganese) ที่มีแมงกานีสอยู่ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ เหล็กกล้าผสมแมงกานีสมีประโยชน์มากสำหรับใช้ทำเครื่องมือบดย่อยหินและรางรถไฟตอนที่เป็นรางโค้างหรือบริเวณที่ตัดและสับหลีกกัน ซึ่งต้องรับการขัดสีมาก ๆ ส่วนเหล็กกล้าที่ใช้ทำหมวกเหล็กสำหรับทหารนั้น มีส่วนผสมประกอบด้วยคาร์บอน 1.3% ซิลิกอน 1.5% และแมงกานิส 12.9% ถือว่าเป็นเหล็กกล้าผสมแมงกานีสชนิดหนึ่งเหมือนกัน


 


7.8อลูมิเนียม (Aluminium)





 


            คุณสมบัติพิเศษอย่างหนึ่งของอลูมิเนียมก็คือ มีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงอยู่ในเกณฑ์สูงจึงทำให้อลูมิเนียมสามารถเข้าไปแทนที่เหล็กได้ แทนที่ทองแดงได้ก็เพราะมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ในเกณฑ์ต่ำรองจากทองแดง นอกจากนี้อลูมิเนียมยังมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกรอนได้ดีในบรรยากาศทั่วไป เพราะอลูมิเนียมเมื่อทิ้งไว้ในอากาศบริเวณผิวจะรวมตัวกับออกซิเจนในอากาศให้อลูมิเนียมออกไซด์ ซึ่งป้องกันไม่ให้ออกซิเจนแทรกซึมลงไปทำปฏิกิริยากับอลูมิเนียมภายในได้ คุณสมบัติที่ดีอีกประกานหนึ่งก็คือ สามารถรวมตัวกับโลหะอื่นให้โลหะผสมที่มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ คุณสมบัติที่ไม่ดีของอลูมิเนียมอย่างเดียวคือ Limit elastic ต่ำ ทำให้การใช้งานต้องอยู่ในขอบเขตจำกัดอลูมิเนียมใกล้เคียงกับทองแดงคือการเป็นสื่อการนำความร้อน และไฟฟ้า


 


 


 


คุณสมบัติทางฟิสิกส์


            อลูมิเนียมมีสัญญลักษณ์ทางเคมีว่า AL ความหนาแน่น 2.7 กก/ดม3


            จุดหลอมเหลว 658o C อุณหภูมิกลายเป็นไอ 1800o C


ความร้อนจำเพาะ (0 – 100C) 0.2259 แคลอรี่/กรัมo C


ความต้านทานจำเพาะ (20o C) 2.699 ไมรครอโอห์ม/..


คุณสมบัติทางกล


            ความเค้นแรงดึงสูงสุด                  2   กก/มม2


            Elastic Limit                              3   กก/มม2


            Modulus of elasticity                7800  กก/มม2


            Hardness                                 16   H.B.


            Elangation                                45%


 


สินแร่และการถลุงอลูมิเนียม      


            แร่อลูมิเนียมพบมากโดยธรรมชาติ เช่น ในดินเกือบทุกชนิด ในดินเหนียวและยังมีในหินต่าง ๆอีกมากมาย แต่แร่อลูมิเนียมที่สำคัญได้แก่ Bauxite (Al2O.2H2O) เป็นแร่ที่มีอลูมิเนียมประมาณ 60% เป็นแร่สีขาวหรืออาจจะเป็นสีน้ำตาล ถ้ามีแร่เหล็กปนความแข็งอยู่ระหว่าง 1 – 2 (Moh’s scale) ความถ่วงจำเพาะ 2.5 แร่บ๊อกไซด์หลังจากที่ขุดมาได้จะต้องบดให้เป็นก้อนเล็ก ๆ แล้วอบให้แห้ง ความจริงแร่บ๊อกไซด์เป็นแร่อลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3อยู่แล้วไม่จำเป็นต้องเผาไล่กำมะถันอาจจะผ่านไปถลุงเพื่อไล่ออกซิเจนได้โดยตรง แต่กรรมวิธีนี้ใช้ไม่ได้กับแร่บ๊อกไซด์ เพราะการรวมตัวระหว่างอลูมิเนียมกับออกซิเจนมีเสถียรภาพสุงมาก คาร์บอนไม่อาจจะดึงออกซิเจนออกได้ การถลุงจะทำได้ต้องอาศัยทางด้านเคมี หรือการแยกด้วยกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่มีราคาถูก และเป็นวิธีที่ใช้ผลิตอลูมิเนียมอยู่ในปัจจุบันนี้


            การแยกอลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้า เริ่มโดยการแยกอลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3ออกจากแร่บ๊อกไซด์ ซึ่งมีสารเจือปนอยู่บ้าน เช่น Sio2 ,Tio2 และเหล็กออกไซด์ (Fe2O3นำเอาแร่ออกไซด์ที่บดเป็นก้อนเล็ก ๆ ผสมกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ ที่กำลังร้อนพวกสารเจือปนทั้งหลายจะไม่ทำปฏิกริยากับโซเดียมไฮดรอกไซด์ ส่วนอลูมิเนียมออกไซด์ จะทำปฏิกริยากับโซเดียมไฮดรอกไซด์ได้ โซเดียมอลูมิเนท (aluminate) ละลายปนอยู่ในน้ำดังสมการ


                        2Na (OH) + Al2O3 . 3H2à 2NaAlo2 + 4 H2O


            ถ้าทำการกรองในขณะที่สารผสมยังร้อนอยู่พวกสารเจือปนต่าง ๆ จะถูกกรองออกหมด เราจะได้สารละลายโซเดียมอลูมิเนท (sodium aluminate) นำมาทำให้เจือจางโดยการเติมน้ำ และทำให้เย็นลงจาปรากฏว่าโซเดียวอลูมิเนทจะแตกตัวให้Al2O3 . 3H2กับ Na (OH) ซึ่งก็เป็นปฏิกริยากลับกับปฏิกริยาที่กล่าวมาแล้ว เราทิ้งให้ Al2O3 . 3H2ตกตะกอนทำการกรองเอา Al2O3 . 3H2ออกแล้วนำไปเผาไล่น้ำออกที่อุณหภูมิประมาณ 900 – 1000ก็จะได้ Alumina บริสุทธิ์ (Al2 O3ซึ่งจะนำไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้าต่อไป โดยเอาอลูมิน่าไปละลายใน Cryolite (Na3 Al F6ที่อุณหภูมิ 980o C ใช้สารละลายนี้เป็นน้ำยาอีเลคโตรไลด์ใส่ในถังที่บุด้วยคาร์บอน ซึ่งจะทำหน้าที่เป็น Cathode และใช