متالوژی

این تعریف که ««متالوژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است»» ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالوژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالوژی را به‌عنوان یک هنر فرا گرفت. این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها

مقدمه

این تعریف که ««متالوژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است»» ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالوژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالوژی را به‌عنوان یک هنر فرا گرفت. این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها (جداسازی از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را در بر می‌گیرد. صنعت متالوژی در جهان از دیرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی ، نقش آن آشکارتر می‌گردد. شواهد باستان شناسی نشان می‌دهد که ساکنین فلات ایران ، جزو اولین اقوامی بوده‌اند که به کشف فلزات و استفاده از آن نائل گردیده‌اند. با در نظر گرفتن این سابقه دیرینه ، همچنین نقش روز افزون فلزات در زندگی بشر و وجود معادن غنی متعدد در کشورمان لازم است که دست‌اندرکاران متالوژی در شناسایی هر چه بیشتر این رشته کوشا بوده ، به طریقی سطح اطلاعات علمی و فنی سایرین را در این زمینه بالا ببرند.

تاریخچه متالوژی

دوره فلزات پس از عصر سنگ بوده ، از حدود 6 تا 7 هزار سال پیش از هجرت آغاز شده است. به نظر می‌رسد که مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با نگاهی به انوع سنگهای مس ، می‌بینیم که آنها کم و بیش از ظاهری فلزی با رنگهای الوان ، نظیر نیلی ، لاجوردی ، سبز ، طلایی و رخ برخوردار می‌باشند این امر می‌تواند یکی از علل عمده توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد. از طرفی مس به‌صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود و قابلیت شکل‌پذیری مناسبی دارد.

برخی از پژوهشگران نیز معتقدند که اولین بار ذرات براق طلا که در کف رودخانه ها پراکنده بوده است، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیش از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشته‌اند. در ایران نیز از دوره هخامنشی ، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است.

با گذشت زمان ، قلع ، نقره ، سرب و آنیتموان (سنگ سرمه) نیز کشف شد. فلزکاران با استفاده از آتش ، سرخ کردن و سپس ذوب فلزات ، آمیختن آنها را تجربه کرده ، به شناخت تجربی آلیاژها توفیق یافتند. از اختلاط قلع و مس ، مفرغ پدید آمده ، عصر مفرغ آغاز شد. مفرغ از هنر زیبایی با مس ، طلا و نقره رقابت می‌کرد و سختی و دوامش از انها بیشتر بود و نیازهای بشر را نیز برای ساخت ابزارهای مختلف تامین می‌کرد، لذا بشر تا مدتها به فکر ساختن آلیاژ یا کشف فلز جدیدی نبود.

بدرستی معلوم نیست که انسان نخستین بار چگونه و از کجا سنگ آهن را کشف و ذوب نمود و فلز آهن را بدست آورد، اما از شواهد امر پیداست که از 5000 سال پیش انسانهای نخستین آهن را بکار می‌گرفتند و تقریبا در نصف این مدت ، آهن بعنوان وسیله ای زینتی و فلزی افسانه‌ای از توجه خاصی برخوردار بوده است. مصریان قدیم به آهن ، با- ان- پتن یا فلز بهشتی می‌گفتند.

به نظر می‌رسد که ابتدا شهاب‌های آسمانی که حاوی آهن و نیکل (15-6 درصد نیکل) بوده‌اند، توسط انسانهای نخستین بکار گرفته شده‌اند. اطلاق سنگ اسمانی و فلز ستارگان به آهن نیز موید همین است. آشوری‌ها ، بابلی‌ها ، کلدانی‌ها و عبری‌ها به‌علت گرانبها بودن آهن از آن در ساختن زیور آلات استفاده می‌کردند. در عهد حمورابی (2700 سال پیش از هجرت) ، بهای آهن هشت برابر نقره و معادل سه‌ربع بهای طلا بوده است.

در ایران قدیم نیز در دوره هخامنشی به مرور مصالح آهنی جای مصالح مفرغی را گرفت، بطوری‌که در اواخر این دوره ، اسلحه‌های آهنی جایگزین اسلحه‌های مفرغی شدند. پیشینیان ، سنگ معدن آهن را با زغال چوب مخلوط کرده ، مشتعل می‌نمودند. در دوران باستان ، در ایران ، بین النهرین ، یونان و روم مجموعا هفت فلز شناخته و بکار برده شده‌اند که شامل مس ، طلا (زر) ، نقره (سیم) ، آهن ، سرب (آبار) ، اقلع (ارزیز) و جیوه (سیماب) و پلاتین می‌باشند.

تولید فلزات در طول زمان

از دوران باستان تاکنون مجموعا 87 فلز کشف شده است که به جز 7 فلز مذکور ، 2 فلز در قرون وسطی ، 15 فلز در قرن دوازدهم هجری ، 43 فلز در قرن سیزدهم هجری و 20 فلز در قرن چهاردهم هجری (قرن معاصر) کسف شده‌اند. البته بین تاریخ کشف و زمانی که تولید فلزات از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شده است، فاصله زمانی طولانی وجود دارد. چون در بررسی مسائل متالوژی ، نه‌تنها تولید فلزات امر مهمی می‌باشد، بلکه موارد کاربرد آنها نیز باید قابل توجیه باشد.

برای مثال اورانیوم در سال 1221هجری خورشیدی کشف شده است، اما تولید صنعتی آن تا سال 1320هجری خورشیدی (1841م.) طول کشیده است. به عبارت دیگر حدود یک قرن پس از کشف اورانیوم ، یعنی زمانی که پدیده شکافت اتمی فلزات هسته‌ای تحت استفاده مطلوب قرار گرفت، تولید آن در سطح صنعتی شروع گردید.

شکل‌گیری علم متالوژی

با گذشت زمان ، کشف روشهای جدید استخراج و تصفیه فلزات ، شناسایی مشخصات ساختاری و فیزیکی مواد و فنون جدید شکل دادن و کاربر روی فلزات ، صنعت متالوژی به عنوان شاخه ای از علم ، جایگاهی مستقل یافت. امروزه علم متلوژی را به دو بخش کلی شامل متالوژی استخراجی و متالوژی صنعتی تقسیم نموده‌اند که این دو بخش ، اخیرا در دانشگاهها نیز به‌عنوان گرایشهای رشته مهندسی متالوژی انتخاب شده‌اند.

متالوژی استخراجی و شیمیایی شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شیمیایی می‌باشد. این گرایش انواع متعددی از روشها را در بر می‌گیرد که از جمله می‌توان به کانه آرایی ، پر عیار کردن مواد معدنی ، شستن ، ذوب کردن ، تصفیه فلز مذاب و تولید شمش اشاره نمود.

متالوژی صنعتی شامل کار بر روی فلزات و مواد و تهیه محصول نهایی می‌باشد. در این گرایش همچنین خواص و مشخصات فیزیکی ، ساختاری و مکانیکی مواد نیز بررسی می‌شوند. منظور از کار کردن روی فلزات ، روشهای مختلف تولید مصنوعات فلزی می‌باشد که مهمترین شیوه‌های تولید عبارتند از: متالوژی ژودر ، شکل دادن ، جوشکاری و ماشینکاری.

انتخاب نوع روش تولید عمدتا به مسائل اقتصادی ، خواص فلزات ، زمان تولید ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نیاز بستگی دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته گری شکل داده می‌شوند.

+ نوشته شده توسط عبادی در یکشنبه یکم مهر 1386 و ساعت 0:56 | نظر بدهید

تهیه’ صابون

از نظر تئوری، می‌توان از واکنش هر نوع روغن یا چربی با هیدروکسیدسدیم یا پتاسیم، صابون درست کرد. شما هم می‌توانید از چربی های حیوانی یا روغن های گیاهی (مثل روغن نارگیل) استفاده کنید. ساختن صابون هم مانند تمام واکنش های شیمیایی دیگر است. کیفیت صابونی که درست می‌کنید به خلوص مواد اولیه، شرایط واکنش و دقت شما در انجام آزمایش وابسته است.
در این فعالیت می‌خواهیم تا با استفاده از مخلوط روغن نارگیل و روغن زیتون و واکنش دادن آن با هیدروکسید سدیم (سود سوزآور) یک صابون جدید بسازیم. می‌توانید با خیال راحت دستان خودتان را با این صابون بشویید، چون گلیسیرین تولید شده در واکنش (به عنوان یک محصول فرعی واکنش صابون سازی) در صابون باقی می‌ماند. گلیسیرین نرم کننده پوست است. آزمایش حدودا سه ساعت طول می‌کشد، اما باید چهار تا شش هفته صبر کنید تا بتوانید از صابون استفاده کنید.

مواد لازم:برای درست کردن 250 گرم صابون، لازم است تا مواد زیر را تهیه کنید:
• 32 گرم سود سوزآور (هیدروکسید سدیم) جامد
• 125 گرم روغن نباتی
• 55 گرم روغن زیتون خالص
• 55 گرم روغن نارگیل
• 100 میلی لیتر آب مقطر یا آب باران (از آب لوله کشی استفاده نکنید.)
• 5 گرم آبلیمو یا اسانس برای معطر کردن صابون
• عینک آزمایشگاه
• دستکش پلاستیکی
• پیش بند پارچه ای (نه نایلونی)
• پیمانه پلاستیکی یا شیشه ای
• دو ظرف شیشه ای مقاوم در برابر حرارت به حجم یک لیتر
• دو قاشق غذاخوری پلاستیکی (یکی برای روغن و یکی برای محلول هیدروکسید سدیم)
• دماسنج (صفر تا 100 درجه سانتی گراد)
• قالب
• روزنامه
این مواد را می‌توانید از مغازه های مواد شیمیایی یا مواد غذایی تهیه کنید.
قبل از شروع کار، حتما به موارد زیر توجه کنید:

• حتما از دستکش و عینک ایمنی استفاده کنید. پیش بند را هم ببندید که وقتی محلول داغ پلق پلق می‌کند، روی لباستان نریزد.
• پیش از اینکه درب ظرف حاوی هیدروکسید سدیم را باز کنید، توصیه های ایمنی روی آن را کاملا مطالعه کنید. هیدروکسید سدیم یک قلیای قوی است و در صورت تماس با پوست، آن را می‌سوزاند. علاوه بر این، به بیشتر ظرف های آشپزخانه نیز صدمه می‌زند.
اگر سود روی پوستتان ریخت، تا زمانی که دیگر احساس نکنید پوستتان صابونی است، آن را با آب بشویید.
اگر با چشمتان تماس پیدا کرد، سریعا چشم را با آب سرد بشویید، و فورا به پزشک مراجعه کنید.
اگر با دهانتان تماس پیدا کرد، آن را با آب بشویید و این کار را تا زمانی که طعم ناخوشایند آن برطرف شود، ادامه دهید.
هرگز از ظرف آلومینیومی یا روی استفاده نکنید، چون با سود سوزآور واکنش می‌دهند.
یک ظرف بزرگ پر از آب سرد پیش خود نگهدارید، تا در صورت وقوع حادثه از آن استفاده کنید.
• موقع کار چیزی نخورید و نیاشامید. کودکان را از محل انجام آزمایش دور نگهدارید و مواد شیمیایی را در دسترس آنها قرار ندهید.
• در محیطی کار کنید که هوا جریان داشته باشد تا بخارات مواد شیمیایی را تنفس نکنید.
روند کار:

ابتدا دستکش را دست کنید. پیش بند و عینک را ببندید.
1. توصیه می‌کنیم این مرحله را در فضای باز انجام دهید. 200 میلی لیتر آب مقطر سرد را در یکی از ظرف‌ها بریزید و سود را به آرامی و در حالی که محلول را هم می‌زنید، به آن بیفزایید. هیچ وقت آب را روی سود نریزید. به هیچ وجه بخارات ناشی از هم زدن را تنفس نکنید. دمای محلول به تدریج بالا می‌رود و تمام سود در آب حل میشود. صبر کنید تا محلول خنک شود و دمای آن به 45 درجه سانتی گراد برسد.

2. سپس روغن نباتی، روغن زیتون و روغن نارگیل را وزن کنید و در ظرف دوم بریزید. ظرف را در آب گرم بگذارید تا کم کم گرم شود و دمای آن به 45 درجه سانتی گراد برسد. دقت کنید که دما از 50 درجه سانتی گراد بالاتر نرود.

3. وقتی دمای هر دو ظرف در حدود 45 درجه سانتی گراد بود، به آرامی محلول هیدروکسید سدیم را به روغنها اضافه کنید. مخلوط را با یک قاشق به مدت 15 دقیقه به خوبی هم بزنید.

4. پیشرفت واکنش به زمان احتیاج دارد. درست کردن صابون از بعضی روغنها ممکن است چند هفته طول بکشد، اما به هر حال بعد از 5 الی 10 دقیقه متوجه یک سری تغییرات خواهید شد. مخلوط کم کم غلیظ می‌شود.

محلول را به آرامی به هم بزنید. این کار را به مدت 5 دقیقه ادامه دهید و سپس در 15 دقیقه آن را به حال خود بگذارید. این سیر را به همین شکل ادامه دهید. پس از گذشت حدود یک ساعت مخلوط مانند فرنی غلیظ می‌شود.
ممکن است فکر کنید این که مثل آشپزی بود، اما در واقع شما یک آزمایش شیمیایی انجام داده اید. با پیشرفت واکنش، روغن و چربی با سود واکنش می‌دهد و گرما تولید می‌کند. حرارت باعث تبخیر آب می‌شود و صابون به تدریج سفت می‌شود.

5. اگر می‌خواهید صابون بوی خوبی داشته باشد، اسانس یا آبلیمو را در این مرحله به آن اضافه کنید.

6. محتوای ظرف را در قالب بریزید و آن را در محل گرم و خشکی قرار دهید.

7. محل کار خود را تمیز کنید و ظرفها را با محلول آب صابون داغ بشویید.

8. بعد از گذشت حدودا یک هفته، صابون به اندازه کافی سفت می‌شود و می‌توانید آن را از قالب جدا کنید. برای این کار از دستکش استفاده کنید، چون هنوز مقداری از سود که در واکنش شرکت نکرده است، داخل صابون وجود دارد. برای اینکه بتوانید از صابون استفاده کنید باید دو یا سه هفته دیگر صبر کنید. صابون را روی روزنامه بگذارید و آن را در هوای باز و در محلی با دمای 20 تا 25 درجه سانتی گراد قرار دهید، تا واکنش به طور کامل انجام شود. هر چه بیشتر صبر کنید، صابون بهتری خواهید داشت.
تا زمانی که مطمئن نشده اید کل سود مصرف شده، از صابون استفاده نکنید! حتی وقتی مطمئن شدید از آن برای شستن صورت استفاده نکنید، اما می‌توانید دستهایتان را با آن بشویید.
اگر دوست داشته باشید، می‌توانید روغنهای مختلف را امتحان کنید. تغییر دادن زمان واکنش هم کار هیجان انگیزی است. اگر به صابونتان رنگ خوراکی بزنید، ظاهر بهتری پیدا می‌کند. کار شیمی دانها هم شبیه کار شماست. آنها هم مواد اولیه و شرایط مختلف واکنش را امتحان می‌کنند تا به نتیجه ای که می‌خواهند، برسند