دانلود مقاله قابلیت جوش پذیری و جوشکاری مس و آلیاژهای آن

مس، اولین فلزی است که توسط انسان مورد استفاده قرار گرفت. پنج هزار سال پیش، یونانی ها و رومیان باستان، آن را از جزیره قبرس کنونی استخراج می کردند. یونانیان آن را به نام کالکو (Chalco) و رومیان به نام آیس (Aes) می شناختند و چون از جزیره قبرس استخراج می شد آن را آیس سیپریم (Cypirum) نامیدند. بعداً در زبان های مختلف اروپایی ، به دلیل تلفظ های متفاوت کلمه، سپیریم شکل های متفاوتی به خود گرفت، به طوری که امروز در انگلیسی آن را کوپر (Copper) و درآلمانی (Kupfer) و در فرانسه (‍Cuivre) می نامند.

این فلز، به دلیل سختی توأم با انعطاف پذیری، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا، قبول عملیات مکانیکی گوناگون، شکل پذیری فوق العاده ، مقاومت در برابر خوردگی، رنگ های زیبا، غیرمغناطیسی بودن، قابلیت ریخته گری مناسب، لحیم کاری نرم و سخت، جوش پذیری، غیر سمی بودن، .... و نیز امکان تهیه آلیاژهای گوناگون در کنار سایر فلزات، به یک عنصر بسیار مفید و غیر قابل چشم پوشی در صنایع بشری آمده است.

مس با جرم اتمی 54/63 و ساختار (FCC) در 0c1083 ذوب می شود. این عنصر، به دلایل متالورژیکی، به عنوان حلال ترین فلز شناخته شده و به غیر از سرب، تقریباً کلیه عناصر با آن، قابلیت انحلال دارند.

از نظر شیمیایی، مس از فلزات نجیب به شمار آمده و در جدول تانسیون، پس از نقره قرار دارد. مس در مجاورت هوا و رطوبت، از یک قشر نازک اکسید مس که مخلوطی از CuO و Cu2O است پوشیده می شود. این قشر نازک، بقیه فلز را از اکسیده شدن محافظت می کند. اگر این اکسیدها مدت زیادی در مجاورت هوا قرار گیرند و یا سطح مس به شدت اکسیده شود، رنگ مایل به سیاه، آن ، به تدریج به رنگ سبز که مخلوطی از سولفات و یا کلرورهای قلیایی است تبدیل می شود که آن را زنگار (Patina) می گویند. هوای محیط، در تشکیل این ترکیبات بسیار مؤثر است. به طوری که اکثراً در نواحی صنعتی، ترکیبات سولفات به فرمول 3Cu(OH)2 و CuSo4 و در مجاورت دریاها ترکیبات کلروری مثل 3Cu(OH)2 و CuCl2 به وجود می آید.

مس مذاب، قابلیت انحلال شدیدی برای گازهای مختلف دارد و این پدیده، هنگام انجماد به سرعت کاهش می یابد. مقدار حل شدن گازها در مس، به درجه حرارت و فشار جزیی گازها در محیط خارج بستگی دارد.

گازها در مس بیشتر به صورت بیشتر به صورت اتمی حل می شوند. مقدار حلالیت گازها را می توان به صورت رابطه  نمایش داد که در آن C مقدار گاز حل شده بر حسب سانتی متر مکعب در هر 100 گرم فلز مس بوده، P فشار جزئی گاز در محیط خارج و K ضریب ثابتی است که به درجه حرارت بستگی دارد. با توجه به رابطه بالا می توان نتیجه گرفت که افزایش دما با افزایش K و در نتیجه افزایش مقدار گاز حل شده مذاب رابطه مستقیم دارد.

بررسی حلالیت گازها در مس و آلیاژهای آن

گازهایی مثل اکسیژن، هیدروژن و ... در مس قابل حل بوده و تأثیراتی بر آن می گذارد و که بدین قرار است :

- حلالیت اکسیژن

اکسیژن، به صورت اتمی در درجه حرارت اوتکتیک 1065 درجه سانیتگراد حدود 009/0 درصد و درجه حرارت محیط حدود 002/0 درصد در مس قابل حل است. در صورتی که مقدار اکسیژن، این حدود باشد، با مس وارد ترکیب شده و اتکتیکی به صورت Cu-Cu2O با حدود 39/0 درصد اکسیژن تشکیل می دهد.

Cu-Cu2O شکل (1) دیاگرام تعادلی

شکل (2) حلالیت اکسیژن در مس

همانگونه که از منحنی های شکل (1) و (2) مشخص است، ترکیب اکسید فلزی Cu2O در درجه حرارت 1000 تا 1050 درجه سانتی گراد پایدار است. در درجه حرارت های پایین تر، این ترکیب به CuO تبدیل می شود. بنابراین پس از جوشکاری، براساس یکی از واکنش های زیر، CuO در اثر سرد شدن تشکیل خواهد شد.

2Cu2O + O2    4 Cu2O

Cu2O     CuO +Cu

در اثر جوشکاری و در درجه حرارت های بالاتر از 1050 درجه سانتیگراد، Cu2O تجزیه شده و اکسیژن آزاد می کند که در اثر فعل و انفعالات شیمیایی جانشینی با سایر عناسر موجود، ترکیب شده و بخار آب و سایر اکسیدهای فلزی، تولید می کند.

همچنین در هنگام پیشگرم کردن و شروع جوشکاری در حرات های حدود 700 درجه سانتی گراد، مس با یک شعله سبز رنگ با اکسیژن محیط ترکیب شده و CuO تولید می کند :

که در درجه حرارت های بالاتر CuO  حاصله بهCu2O    تبدیل خواهد شد.

با توجه به این نتایج و بررسی انجام شده می توان گفت که مقدار جذب اکسیژن در مس مذاب به زمان بستگی دارد و از این رو، برای محافظت مس مذاب از ورود اکسیژن، بهترین روش استفاده از جوشکاری با سرعت بالا و وجود گازهای محافظ حوضچه است.

حلالیت هیدروژن

هیدروژن در مس مذاب، در 1083 درجه سانتیگراد به میزان 6 سانتی متر مکعب در هر 100 گرم از فلز حل می شود ولی در حضور عناصر آلیاژی مثل قلع، روی یا آلومینیوم این حلالیت به شدت کاهش می یابد. به طور مثال ، در آْلیاژ مس با 10 درصد آلومینیوم، حلالیت هیدروژن تا 50 درصد کاهش می یابد. جذب هیدروژن توسط حوضچه مذاب از منابع مختلف مثل هوای محیط، مواد مصرفی، رطوبت و چربی و غیره انجام می گیرد. با انجماد مس نیز، میزان حلالیت آن تا حدود  کاهش می یابد. در صنعت مس، تأثیر هیدروژن چه در حالت مذاب و چه در حالت جامد، یکی از فاکتورهای مهم به حساب می آید. در حالت جامد، اگر مس در درجه حرارت های بالا با هیدروژن در تماس باشد، هیدروژن به دلیل دارا بودن شعاع اتمی بسیار کوچکتر نسبت به مس می تواند در مس نفوذ کرده و سپس تشکیل ملکول H2 بدهد و اگر در مس اکسیژن وجود داشته باشد، واکنش زیر حاصل خواهد شد :

بخار آب تولید شده بر خلاف هیدروژن، در مس نامحلول است و بنابراین در اطراف مرزدانه ها جمع و به علت تراکم و فشار زیادی که ایجاد می کند، مرزدانه ها را سست، ضعیف و شکننده می کند. (3). این خاصیت خطرناک به هیدروژن تردی شهرت پیدا کرده، بنابراین در زمان جوشکاری باید از قطعات مسی و پر کننده هایی استفاده کرد که قبلاً اکسیژن زدایی شده باشند.

شکل (3) هیدروژن تردی در مس

شکل (4) حلالیت هیدروژن در درجه حرارت های مختلف در مس

بر اساس آنچه گفته شد، نتیجه گرفته می شود که معمولاً هیدروژن مازاد بر حلالیت، به دو صورت در مس بروز می نماید:

- هیدروژن ملکولی که تحت تأثیر فشار داخلی و در جه حرارت مس مذاب انبساط یافته، و تخلخل های درشت در وسط جوش ایجاد می کند

- هیدروژن اتمی آزاد شده که در اثر فعل و انفعلاتی تولید بخار آب می کند و در واقع تأثیر مشترک هیدروژن و اکسیژن را به قطعه مسی به صورت تخلخل های ریز و پراکنده، تحمیل می کند.

نکته آخر این که در هر درجه حرارت، افزایش مقدار اکسیژن به تقلیل حلالیت هیدروژن و بالعکس منجر می شود. در نمودار شکل (5)  نسبت حلالیت اکسیژن و هیدروژن در مس مذاب در دمای حدود 1200 درجه سانتی گراد، نشان داده شده است.

...

 34 ص فایل WORD

مقاله بررسی پراکندگی غلظت آلومینیوم در منابع آب زیر زمینی و شبکه توزیع آب آشامیدنی سیستان و بلوچستان

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 23 صفحه

چکیده:

تأمین آب سالم و بهداشتی و حفاظت منابع از آلودگی یکی از دغدغه های کنونی دولت و مراکز تصمیم گیری است. لذا لزوم جلوگیری از تخریب منابع آبی، با شناسایی، اندازه گیری آلاینده ها و وضع و اجرای قوانین بیش از پیش اهمیت پیدا می کند. در این راستا و جهت نیل به این مهم، پروژه اندازه گیری فلز سنگین آلومینیوم در پهنه منابع آب زیر زمینی و شبکه توزیع آب آشامیدنی استان سیستان و بلوچستان جهت تعیین مقدار فعلی این آلاینده و شناسایی منابع بیشتر از حد استاندارد میزان آلومینیوم، تعریف و اجرا شد. در این مطالعه پس از کسب اطلاعاتی در زمینه موقعیت منطقه و جایگاه منابع آب مورد استفاده در استان سیستان و بلوچستان 871 ایستگاه آبی در پهنه استان انتخاب و آزمایشاتpH ، کدورت، TDS و فلز آلومینیوم مطابق با روشهای استاندارد با دو بار تکرار در این منابع از فروردین ماه 1388 لغایت فروردین ماه 1389 انجام پذیرفت. در بررسی مقادیر فعلی فلز آلومینیوم متوسط میانگین، بیشینه، کمینه و انحراف معیار کل منابع آب زیر زمینی استان به ترتیب 015/0، 059/0، 0004/0، 012/0 بر حسبmg/l  تعیین، سپس با استفاده از نرم افزار GIS پراکندگی این فلز، در سفره آبی استان ترسیم گردید. در نهایت با توجه به استاندارد اعلام شده درکشور، می توان عنوان کردکه مقادیر این فلز در این دوره زمانی در محدوده استاندارد بوده و لذا استفاده از آب این منابع هیچ گونه عارضه ی بهداشتی مرتبط با این عنصر را ایجاد نخواهد کرد.

مقدمه:

برخی فلزات بطور طبیعی در بدن انسان یافت می شوند و برای سلامت انسان لازم و ضروری هستند از جمله فلز آهن که از ایجاد کم خونی در بدن ممانعت بعمل می آورد، واژه فلزات سنگین از نظر بیولوژیکی به عناصری اطلاق می شود که مقادیر بالای این عناصر خاصیت بسیار سمی و خطرناک داشته باشند. بر این اساس تعدادی از فلزاتی که در فهرست مواد سمی قرار می گیرند عبارتند از آلومینیم، آرسنیک، برلیوم، بیسموت،کادمیوم، کرم، کبالت، مس و... این فلزات جزء عناصر موجود در سهم غذایی روزانه هستند، فلزات سنگین ممکن است از طریق تنفس، خوردن، آشامیدن، جذب از طریق پوست و یا از طریق بسیاری از مواد شیمیایی و داروئی به بدن انسان وارد شوند[1]. فلز سنگین آلومینیم با ساختار نوشتاری  A، جرم 98/26 گرم، نقطه ذوب ٦٦٠ درجه سانتیگراد، نقطه جوش ١٨٠٠ درجه سانتیگراد، عدد اتمی١٣، سه ظرفیتی و در سال ١٨٢٧ توسط وهلر کشف گردیده است. رنگ سفید، حالت پذیری، هادی جریان برق و گرما، انعکاس نور، بازتاب نور و اکسیده شدن به طور سطحی در هوای مرطوب از جمله مشخصات فیزیکی این فلز سنگین است[1، 2]. فلز سنگین آلومینیم سومین عنصر فراوان پوسته زمین (1/8 درصد) می باشد و اغلب در خاک به میزان 5/6- 9/0 درصد، در آب های جاری به میزان 400 میکرو گرم بر لیتر، در اغلب آب های آشامیدنی به میزان 54 میکروگرم بر لیتر و در آب های زیر زمینی به میزان کمتر از 1/0 میکروگرم بر لیتر و حتی در هوا یافت می شود [3] و به ندرت با غلظتهای بالا به صورت محلول مشاهده می شود تنها در شرایط بسیار اسیدی در pH های زیر ٥ و در فاز محلول قابل اندازه گیری است. مواجهه انسان با آلومینیوم از راههای گوناگونی صورت می گیرد که آب آشامیدنی سهمی کمتر از 5 در صد دارد [4]. آلومینیم در ساختار بسیاری از کانی ها وجود دارد و تنها در شرایط بسیار اسیدی در pH های بسیار کم با تخریب کانی وارد فاز محلول می گردد