نحاس البريليوم
نحاس البريليوم ( BeCu )، والمعروف أيضًا باسم نحاس البريليوم ( CuBe )، وبرونز البريليوم ، ونحاس الزنبرك ، هو سبيكة نحاس تحتوي على 0.5-3٪ من البريليوم . [1] غالبًا ما تُستخدم سبائك النحاس البريليوم بسبب قوتها العالية وتوصيلها الجيد للحرارة والكهرباء. [2] يتم استخدامه لمرونته وقابليته للتلحيم في تشغيل المعادن وخصائص الآلات. له العديد من التطبيقات المتخصصة في الأدوات المستخدمة في البيئات الخطرة والآلات الموسيقية وأجهزة القياس الدقيقة والرصاص وبعض الاستخدامات في مجال الفضاء . نحاس البريليوم وسبائك البريليوم الأخرى هي مواد مسرطنة ضارة تشكل خطر استنشاق سام أثناء التصنيع.
ملكيات
النحاس البريليوم هو سبيكة مطاوعة وقابلة للحام والتشغيل الآلي. مثل النحاس النقي، فهو مقاوم للأحماض غير المؤكسدة (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض الكربونيك ) ومنتجات تحلل البلاستيك، [ بحاجة لشرح إضافي ] للتآكل الكاشط ، والتآكل . يمكن معالجته بالحرارة لزيادة القوة والمتانة والتوصيل الكهربائي .
يصل نحاس البريليوم إلى أعظم قوة (تصل إلى 1400 ميجا باسكال (200000 رطل/بوصة مربعة)) من أي سبيكة أساسها النحاس. [3] وله موصلية حرارية تبلغ 62 وحدة حرارية بريطانية/ساعة-قدم-درجة فهرنهايت (107 واط/متر كلفن)، وهي أعلى من الفولاذ المستخدم في الأدوات بنحو 3-5 مرات . وله نقطة انصهار صلبة تبلغ 1590 درجة فهرنهايت (866 درجة مئوية ) ونقطة انصهار سائلة تبلغ 1800 درجة فهرنهايت (982 درجة مئوية). وله قدرة عالية على التشكيل الساخن. يتمتع سبيكة نحاس البريليوم C17200 بقوة وصلابة مماثلة لتلك الموجودة في الفولاذ؛ وتتراوح خصائص صلابة روكويل في حالة ذروتها [ بحاجة لشرح إضافي ] بين 200 كيلوباسكال وRC45.
تتمتع مادة C17200 بخواص مقاومة للتآكل فعالة عند تعرضها لظروف قاسية مثل مياه البحر وبيئات الحفر . كما أنها ستقاوم التشقق الناتج عن إجهاد الكبريتيد أو الكلوريد وستقاوم تأثيرات ثاني أكسيد الكربون والهشاشة الهيدروجينية .
لطالما اعتُبرت سبائك النحاس بشكل عام غير قابلة للشرارة. تتمتع C17200 بالقوة اللازمة لتحمل الاستخدام في الأدوات اليدوية والميكانيكية. تُستخدم هذه الميزات غير القابلة للشرارة بشكل أفضل في البيئات المتفجرة مثل صناعات النفط والغاز والبارود. [4]
سمية
يمكن أن يؤدي استنشاق الغبار أو الضباب أو الأبخرة المحتوية على البريليوم إلى الإصابة بمرض البريليوم المزمن ، والذي يحد من تبادل الأكسجين بين الرئتين ومجرى الدم. تدرج الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) البريليوم على أنه مادة مسرطنة للإنسان من المجموعة 1. كما يدرج البرنامج الوطني لعلم السموم (NTP) البريليوم على أنه مادة مسرطنة. لا يتم تصنيف سبيكة البريليوم النحاسية التي تحتوي على أقل من 2.5٪ من البريليوم (في النحاس) على أنها مادة مسرطنة.
الاستخدامات
النحاس البريليوم هو سبيكة غير حديدية تستخدم في الزنبركات ، وأسلاك الزنبرك، وخلايا الحمل ، والأجزاء الأخرى التي يجب أن تحتفظ بشكلها تحت الضغط والانفعال المتكرر. يتمتع بموصلية كهربائية عالية ويستخدم في جهات الاتصال ذات التيار المنخفض للبطاريات والموصلات الكهربائية.
النحاس البريليوم غير قابل للشرارة ولكنه قوي فيزيائيًا وغير مغناطيسي ، مما يلبي متطلبات توجيه ATEX للمناطق 0 و1 و2. تتوفر مفكات براغي وزردية ومفاتيح وأزاميل باردة وسكاكين ومطارق من النحاس البريليوم للبيئات ذات المخاطر المتفجرة ، مثل منصات النفط ومناجم الفحم ومصاعد الحبوب. المعدن البديل المستخدم أحيانًا للأدوات غير القابلة للشرارة هو البرونز الألومنيوم . بالمقارنة مع الأدوات الفولاذية، فإن أدوات النحاس البريليوم أكثر تكلفة وليست قوية، ولكن خصائص النحاس البريليوم في البيئات الخطرة قد تفوق العيوب. تشمل بعض الاستخدامات المتنوعة للنحاس البريليوم ما يلي:
- بعض الآلات الإيقاعية، وخاصة الدفوف والمثلثات ، بسبب النغمة والرنين المتسقين للنحاس البريليوم.
- معدات التبريد ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، مثل ثلاجات التخفيف ، بسبب قوتها الميكانيكية والتوصيل الحراري العالي نسبيًا في نطاق درجة الحرارة هذا.
- قوالب تصنيع الحاويات البلاستيكية (بما في ذلك معظم أباريق الحليب البلاستيكية)، باستخدام عملية النفخ . [5]
- الرصاص الخارق للدروع ، [6] على الرغم من أن مثل هذا التطبيق غير عادي، حيث أن الرصاص المصنوع من سبائك الفولاذ أقل تكلفة بكثير وله خصائص مماثلة.
- أدوات القياس أثناء الحفر (MWD) في صناعة الحفر الاتجاهي . يلزم استخدام سبيكة غير مغناطيسية، حيث تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية لبيانات قوة المجال المستلمة من الأداة.
- صيانة أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، حيث تجعل المجالات المغناطيسية عالية القوة استخدام الأدوات الحديدية أمرًا خطيرًا، وحيث يمكن للمواد المغناطيسية الموجودة في المجال أن تشوش الصورة.
- الحشيات المستخدمة في إنشاء ختم محكم ضد تسرب الترددات الراديوية، والختم الإلكتروني على الأبواب المستخدم في اختبار التوافق الكهرومغناطيسي ، والغرف المقاومة للصدى .
- في ثمانينيات القرن العشرين، استُخدم النحاس البريليوم في تصنيع مضارب الجولف ، وخاصةً المضارب ذات الأسافين والمضارب الصغيرة . ورغم أن بعض لاعبي الجولف يفضلون ملمس رؤوس مضارب الجولف المصنوعة من النحاس البريليوم، فإن المخاوف التنظيمية والتكاليف المرتفعة جعلت من الصعب العثور على مضارب مصنوعة من النحاس البريليوم في الإنتاج الحالي.
- قام كيفر بلاتينج (المتوفى) من إلكهارت بولاية إنديانا بتصنيع أجراس بوق من النحاس والبيريليوم لشركة شيلك ميوزيك في شيكاغو. تنتج هذه الأجراس خفيفة الوزن صوتًا يفضله بعض الموسيقيين. [7]
- يتم إنتاج سلك النحاس البريليوم [8] في أشكال عديدة: دائرية، ومربعة، ومسطحة، ومشكلّة، في ملفات، وعلى بكرات، وبأطوال مستقيمة.
- تُستخدم مقاعد الصمامات وموجهاتها المصنوعة من نحاس البريليوم في المحركات رباعية الأشواط عالية الأداء ذات الصمامات المطلية بالتيتانيوم. يبدد نحاس البريليوم الحرارة من الصمام بسرعة أكبر سبع مرات من المقاعد وموجهات الفولاذ أو الحديد المطحون. يقلل نحاس البريليوم الأكثر ليونة من تآكل الصمام ويزيد من عمره. [ بحاجة لمصدر ]
سبيكة صلبة مع مرور الزمن
النحاس البريليوم (C17200 وC17300) هو سبيكة صلبة بالعمر تصل إلى أعلى قوة من أي سبيكة ذات قاعدة نحاسية. يمكن أن يتم تصلبها بالعمر بعد تشكيلها في نوابض أو أشكال معقدة. وهي ذات قيمة لمرونتها ومقاومتها للتآكل واستقرارها وموصليتها وانزلاقها المنخفض.
النحاس البريليوم المقسّى هو C17200 وC17300، وقد تم تقسيته بالشيخوخة وسحبه على البارد. ولا يلزم إجراء المزيد من المعالجة الحرارية إلا لتخفيف الضغط الخفيف المحتمل. وهو قابل للسحب بدرجة كافية ليتم لفه على قطره ويمكن تشكيله في نوابض ومعظم الأشكال. والسلك المقسّى مفيد للغاية حيث تكون خصائص النحاس البريليوم مرغوبة، ولكن تقسية الأجزاء النهائية بالشيخوخة ليست عملية.
تتمتع سبائك النحاس والبيريليوم C17510 وC17500 بقدرة عالية على التصلب مع مرور الزمن وتوفر توصيلًا كهربائيًا جيدًا وخصائص فيزيائية ومقاومة للتآكل. وتُستخدم في الينابيع والأسلاك حيث يكون التوصيل الكهربائي أو الاحتفاظ بالخصائص عند درجات الحرارة المرتفعة أمرًا مهمًا.
المتغيرات المتخصصة
تحتوي سبائك النحاس عالية القوة على ما يصل إلى 2.7٪ من البريليوم (مصبوب)، أو 1.6-2٪ من البريليوم مع حوالي 0.3٪ من الكوبالت (مطروق). يتم تحقيق القوة عن طريق التصلب بالعمر. تقع الموصلية الحرارية لهذه السبائك بين تلك الخاصة بالفولاذ والألمنيوم. غالبًا ما يتم تشكيل السبائك المصبوبة باستخدام قوالب الحقن. تم تصنيف السبائك المطروقة من قبل UNS على أنها C17200 إلى C17400، وسبائك الصب هي C82000 إلى C82800. تتطلب عملية التصلب تبريدًا سريعًا للمعدن المُلَدن، مما ينتج عنه محلول صلب من البريليوم في النحاس، والذي يتم الاحتفاظ به بعد ذلك عند 200-460 درجة مئوية لمدة ساعة على الأقل، مما ينتج عنه ترسب بلورات البريليوم غير المستقرة في مصفوفة النحاس. يؤدي الشيخوخة الزائدة بعد مرحلة التوازن إلى استنزاف بلورات البريليد وتقليل قوتها. تتشابه البريليدات الموجودة في السبائك المصبوبة مع تلك الموجودة في السبائك المشغولة.
تحتوي سبائك النحاس عالية التوصيل على ما يصل إلى 0.7% من البريليوم مع بعض النيكل والكوبالت. الموصلية الحرارية لهذه السبائك أكبر من الموصلية الحرارية للألومنيوم وأقل قليلاً من الموصلية الحرارية للنحاس النقي؛ وغالبًا ما تستخدم كجهات اتصال كهربائية. [9]
مراجع
- ^ "نحاس البريليوم". Belmont Metals . 17 مايو 2017. تم الاسترجاع في 2023-01-20 .
- ^ "الموارد: المعايير والخصائص - البنية الدقيقة للنحاس وسبائك النحاس: النحاس والبريليوم". www.copper.org . تم الاسترجاع في 2023-01-20 .
- ^ باوتشيو، مايكل، محرر (يناير 1993). كتاب مرجعي عن المعادن من ASM، الطبعة الثالثة . Materials Park، أوهايو: ASM International. ص. 445. ISBN 0-87170-478-1.
- ^ "نحاس بيريليوم C17200". Aviva Metals .
- ^ "حل مشاكل التشكيل باستخدام النحاس البريليوم: صناعة القوالب - مكتبة مجانية على الإنترنت". www.thefreelibrary.com . تم الاسترجاع في 2022-07-28 .
- ^ "القانون الفيدرالي وذخيرة AP". Nucnews.net. مؤرشف من الأصل في 2009-11-14 . تم الاسترجاع في 2009-11-02 .
- ^ "خيارات الجرس والانزلاق واللمسة النهائية | The Schilke Loyalist | Jim Donaldson". www.everythingtrumpet.com . تم الاسترجاع في 2022-07-28 .
- ^ "نحاس البريليوم". مؤرشف من الأصل في 2009-06-27 . تم الاسترجاع في 2009-05-08 .
- ^ "Feature -- EDMing Beryllium Copper: An Introduction". Mmsonline.com. مؤرشف من الأصل في 2011-06-14 . تم الاسترجاع في 2010-10-17 .
روابط خارجية
- المعايير والخصائص - البنية الدقيقة للنحاس وسبائك النحاس - النحاس البريليوم
- جرد الملوثات الوطنية - ورقة حقائق عن البريليوم ومركباته
- جرد الملوثات الوطنية - ورقة حقائق حول النحاس ومركباته
- أوراق بيانات عن النحاس والبريليوم والنيكل والبريليوم
- أوراق بيانات أسلاك النحاس والبريليوم والنيكل والبريليوم محفوظ في 2009-06-27 على موقع Wayback Machine
- "Beralcast – سبائك الألومنيوم البريليوم". IBC Advanced Alloys . مؤرشف من الأصل في 2015-07-23 . تم الاسترجاع في 2015-07-22 .
- "سبائك النحاس والبريليوم الرئيسية". مصنع أولبا للمعادن، كازاخستان .
- "سبائك النحاس والبيريليوم". ماتيريون، مايفيلد هايتس، أوهايو .
