اینفوگرافی و تاریخچه مس

مس در انواع مختلف غذاها , آب آشامیدنی و حتی هوا وجود دارد و به دلیل پر کاربرد بودن آن , معمولا ما انسان ها در معرض تماس زیادی با مس و ترکیبات آن هستیم.

بـه هميـن دليل مـا روزانه مقـداری مـس از طريق خـوردن، آشـاميدن و تنفـس کـردن دريافت می کنيـم. جذب مس بـرای بدن انسان حیاتی است , مس به عنوان مرکز فعال کوپر آنزیم هایی نظیر سیتوکروم اکسیدانی که جزئی از زنجیره تنفسی میتوکندری ها است عمل می کند.

میزان مجاز مس موجود در رژیم غذایی 9 میلی گرم در روز تعیین شده است اما در مقابل مسـموميت های ناشـی از مـس می تواننـد خطرنـاک باشـند و موجب آسـيب های جدی شـوند. رنگ خـون برخـی حيوانات نظير خرچنگ هـا، آبـی رنگ اسـت کـه به دليل وجـود مس در سـلول های خونی آنهـا اسـت، در واقـع در اين گونـه جانـوران، ايـن مـس اسـت کـه مسـئول انتقـال اکسـيژن به بافت هاسـت، در صورتی کـه در برخی مهـره داران نظير انسـان ايـن آهن اسـت کـه مسـئول انتقال اکسـيژن به بافت می شود.

فلـز مـس جـزء اولين اکتشـافات بشـر در حوزه فلـزات می باشـد ، حتی قبل از اينکـه آهـن کشـف و اسـتفاده گـردد ، فلـز مس و نحـوه اسـتخراج آن به طور نسـبی شـناخته شـده بـود. شـايد دليل توجـه کيمياگـران قديـم برای يافتـن اکسـير و تـلاش بی فايـده آنهـا برای تبديـل مس به طـلا خيلی هم دور از برخـی حقايـق نبـوده اسـت. گرچـه امـروزه با شـناخت هسـته اتم ها کاملا مشـخص اسـت کـه ايـن تفکـر گذشـتگان باطـل بـوده و تنهـا در ادبيـات و اشـعار اعتبـار خـود را حفـظ کـرده اند.

مـس و طلا دارای برخـی شـباهت های خاص هسـتند :

هر دو فلز در جدول تناوبی در يك گروه قرار دارند.

هـردو فلـز برخـلاف بقيـه فلزات ، جلای فلـزی منحصر به فرد خودشـان را دارند.

هـر دو فلـز در مقايسـه بـا بقيه فلـزات هدايـت الکتريکـی و گرمايی بالا و نزدیک به هم دارند.

امـروزه کاربـرد وسـيع ايـن فلـز را در بسـياری از مـوارد می تـوان مشـاهده نمـود. عمـده مصـرف ايـن فلـز ، بـه خاطـر هدايـت بـالای الکتريکـی آن است که از سیم کشی داخل ریز پردازنده ها برای اتصال پایه ها به مـواد سـيليکونی با جوش سـرد تـا مدارهـای الکترونيکی و کابلهـای انتقال قـدرت و مخابـرات را شـامل می شـود.

بـه دليـل مثبـت بـودن پتانسـيل احيـای مـس، در دمـای محيـط اگـر اکسید کننده هایی نظیر -no³ در محیط وجود نداشته باشند این فلز در محیط هایی با PH اسیدی مقاومت خوبی از خود نشان میدهد.

در حضور یک اکسید کننده می تـوان توسـط آمونيـاك، مـس را در محلـول حل نمود که این کار با تشکیل کمپلکس آبی رنگ بین مس و آمونيـاك انجـام می شـود. چنانچـه بـه مثبت بودن ايـن پتانسـيل احيا دقت نشـود ممکـن اسـت قطعـات آهنـی کـه بـه قطعـات مسـی اتصـال دارند، در محيط هـای مرطـوب و اسـيدی به شـدت دچـار خوردگی شـوند که اين نـوع خوردگـی از نـوع گالوانيك به حسـاب می آيد.

بـا توجـه بـه محاسـنی کـه فلـز مـس دارد می تـوان اين خـواص مطلـوب را با هزينـه کمتـری بـه طور نسـبی بـه ديگـر مصنوعات غير مسـی انتقـال داد، که ازجملـه آن مقاومـت در برابر خوردگـی و هدايت بالای الکتريکی اسـت که ايـن امـر با اعمال پوشـش های نازکی از مـس يا آلياژهای آن روی سـطوح فلزی و غيـر فلـزی انجـام می گيـرد. در روش هـای شـيميايی ، فرآيندهای الکترولـس و الکتروليـزی مهم تريـن روش هـای پوشـش دهـی قطعـات بـا مـس می باشـد . روش الکترولـس يـك روش سـريع و ارزان و بـا ضخامـت مس بسیار نازک بوده که معمولا در محیط های اسیدی انجام میگیرد.

از مهم تريـن روش هـای الکتروليـزی می تـوان بـه محلولهـای سـيانوری اشـاره نمـود کـه در محيـط قليايـی انجـام می گيرد کـه حتی بـا اين روش می تـوان پوشـش آليـاژ برنـج نيـز روی سـطوح ايجـاد کرد. از جملـه روش هـای مکانيکـی بـرای توليـد پوشـش های مـس، اسـتفاده از پـودر مـس بـرای پوشـاندن سـطوح مـورد نظـر اسـت و در برخـی مواقـع تکنيـك تبخيـر در خـلاء و نشـاندن اتم هـای مـس بـر روی سـطوح مورد نظـر امکانپذير اسـت.

همچنيـن می تـوان نوعی مفتـول آلومينيومـی توليد کرد که دارای پوشـش نازکـی از مـس باشـد، در ايـن روش روی ميل سـيم آلومينيومـی را با يك ورق نـازك مسـی بـه صـورت روکـش می پوشـانند و لبه هـای اين نـوار را بـه يکديگـر جـوش داده آنـگاه ايـن مفتـول جديـد بـا کاور مسـی، توسـط فرآينـد کشـش به سـايزهای ريزتر کشـيده می شـود، از مزايـای اين مفتول می تـوان بـه سـبك بـودن و هدايت خـوب آن اشـاره نمـود. ضخامت لايه مـس موجـود در ايـن مفتول ها بيشـتراز روش های پوشـش دهی شـيميايی است.

مـس قابليـت بارهـا بازيافـت را دارد بـدون اينکـه کيفيت خود را از دسـت بدهـد. کـه اين امر موجب کاسـته شـدن از هزينـه توليد مس بـا اين روش بـه جـای اسـتخراج آن از سـنگ معدن می شـود. بعـد از آهـن و آلومينيوم، بالاتريـن ميـزان بازيافـت متعلق به مس اسـت.

مس (Copper) یکی از مواد متداولی بوده که به طور طبیعی در محيـط وجـود دارد و بشـر بـه طـور گسـترده ای از آن اسـتفاده می کنـد. یک فلز مایل به قرمز با ساختار کریستالی FCC می باشد که جزء مهم تريـن فلـزات غيـر آهنی اسـت. مس رنـگ قرمـز و نارنجـی را بازتاب میکند و سـاير فرکانس هـای موجـود در طيـف مرئـی را جـذب می کنـد.

بـه علـت سـاختار نـواری آن بـه رنـگ مايل بـه قرمز ديـده می شـود. اين فلـز چکش خـوار، داکتيـل و دارای هدايـت حرارتـی و الکتريکـی عالـی و واکنش پذيـری شـيميايی پايينـی اسـت.

خواص اتمی , فیزیکی و شیمیایی مس

مقاومت به خوردگی مس

همـه آليـاژ هـای مـس دارای مقاومـت بـه خوردگـی در برابـر آب و بخـار می باشـند. در بيشـتر محيط هـای صنعتـی و دريايـی، آلياژهای مـس دارای مقاومـت بـه خوردگـی هسـتند. مـس در محلول هـای نمکـی، خا كهـا، های آلـی و محلول هـای سـوز آور، مقـاوم کانی هـای غيـر اکسـيدی، اسـيد اسـت. محلـول آمونيـاك مرطـوب، هالوژن هـا، سـولفيدها، محلول هـای حـاوی يون هـای آمونيـاك و اسـيدهای اکسـيدی، ماننـد اسـيد نيتريك، به مـس حملـه خواهند کـرد. آلياژهای مـس همچنيـن دارای مقاومت ضعيفی در برابـر اسـيدهای غيـر آلی هسـتند. مقاومت بـه خوردگـی آلياژهای مس بـه دليـل تشـکيل فيلم هـای بـه هـم چسـبيده روی سـطح مواد می باشـد. در مقابـل خوردگـی غير قابـل نفـوذ هسـتند بنابراين ً ايـن فيلـم هـا نسـبتا فلـز پايـه را از حملـه بيشـتر محافظـت می کننـد. آلياژهـای مس-نيـکل، برنج هـای آلومينيـوم و آلومينيـوم، مقاومـت عالـی در برابـر خوردگی در آب نمـك از خـود نشـان می دهنـد.

خواص الکتریکی و حرارتی مس

هدایت الکتریکی ایجاد می کند به عنوان مثال افزودن 1% کادمیم میتواند باعث افزایش استحکام به میزان 50% شود ولی هدایت الکتریکی به میزان 15% کاهش میابد.

هدايـت حرارتـی مـس در حـدود دو برابـر آلومينيـوم و سـی برابـر فـولاد زنـگ نـزن اسـت. از ايـن رو مس بـرای کاربردهايی کـه به انتقـال حرارت سـريع نيـاز دارنـد، از قبيل ظروف آشـپزخانه، مبـدل حرارتـی، رادياتورهای ماشـين و وسـايل نقليـه و انباره هـای حرارتـی در رايانـه، ديسـك چرخان و تلويزيون، اسـتفاده می شـود.

هدایت الکتریکی مس در دومین مرتبه پس از نقره قرار دارد و 97% آن می باشـد. بـه علـت قيمـت کمتـر و فراوانی بيشـتر، مس به طور سـنتی بـه عنـوان مـاده اسـتاندارد بـرای کاربردهـای انتقـال الکتريسـيته اسـتفاده می شـود. اگرچـه از نقطـه نظـر وزنی، سـهم بزرگـی از خطوط نيـروی ولتاژ بـالا، امـروزه بـه جای مـس، بيشـتر از آلومينيـوم اسـتفاده می شـود، از نظر وزن فلـز بـه کار رفتـه هدايـت آلومينيـوم حـدود دو برابـر مـس می باشـد. ايـن آلياژهـای آلومينيـوم، دارای اسـتحکام پاييـن بـوده و نياز به بهسـازی بـا گالوانيـزه کـردن و يـا پوشـش دهی آلومينيـوم بـا سـيم های فـولادی با اسـتحکام کششـی بـالا در هـر لايـه دارند. اگـر چه افـزودن سـاير عناصر، خواصـی نظيـر اسـتحکام را بهبـود می بخشـد، ولـی مقـداری کاهــش مس دارای ساختار کریستالی FCC است که سبب می شود رنگ ظاهـری آن قرمـز مايـل بـه زرد بـوده و هنگامـی کـه صيقلـی می شـود به فلـزی پرجـلا تبديل شـود.

هدايت الکتريکی مس

هدايـت الکتريکـی مـس در دوميـن مرتبـه پـس از نقـره قـرار دارد و 97% آن می باشـد. بـه علـت قيمـت کمتـر و فراوانی بيشـتر، مس به طور سـنتی بـه عنـوان مـاده اسـتاندارد بـرای کاربردهـای انتقـال الکتريسـيته اسـتفاده می شـود. اگرچـه از نقطـه نظـر وزنی، سـهم بزرگـی از خطوط نيـروی ولتاژ بـالا، امـروزه بـه جای مـس، بيشـتر از آلومينيـوم اسـتفاده می شـود، از نظر وزن فلـز بـه کار رفتـه هدايـت آلومينيـوم حـدود دو برابـر مـس می باشـد. ايـن آلياژهـای آلومينيـوم، دارای اسـتحکام پاييـن بـوده و نياز به بهسـازی بـا گالوانيـزه کـردن و يـا پوشـش دهی آلومينيـوم بـا سـيم های فـولادی با اسـتحکام کششـی بـالا در هـر لايـه دارند. اگـر چه افـزودن سـاير عناصر، خواصـی نظيـر اسـتحکام را بهبـود می بخشـد، ولـی مقــداری کاهــش در هدايـت الکتريکـی ايجـاد می کند

به عنوان مثال :

افزودن 1% کادمیم می تواند باعث افزایش استحکام به میزان 50% شود ولی هدایت الکتریکی به میزان 15% کاهش می یابد.

هدايت حرارتی مس

هدايـت حرارتـی مـس در حـدود دو برابـر آلومينيـوم و سـی برابـر فـولاد زنـگ نـزن اسـت. از ايـن رو مس بـرای کاربردهايی کـه به انتقـال حرارت سـريع نيـاز دارنـد، از قبيل ظروف آشـپزخانه، مبـدل حرارتـی، رادياتورهای ماشـين و وسـايل نقليـه و انباره هـای حرارتـی در رايانـه، ديسـك چرخان و تلويزيون، اسـتفاده می شـود.

مشخصات کریستالوگرافی (بلورشناسی) مس

مس دارای ساختار کریستالی FCC است که سبب می شود رنگ ظاهـری آن قرمـز مايـل بـه زرد بـوده و هنگامـی کـه صيقلـی می شـود به فلـزی پر جـلا تبديل شـود.

خواص مکانيکی مس

استحکام تسلیم مس

نقطـه تسـليم آلياژهـای مـس بـه صـورت مشـخص تعريف نشـده اسـت. درصـد کشـش، اسـتحکام تسـليم مـواد 0/5 بيشـتر متـداول اسـت کـه در آنيـل شـده، بـه عنـوان يـك سـوم اسـتحکام کششـی آنهـا در نظـر گرفته شـود. سـخت کاری با کار سـرد يعنی مواد سـخت تر شـده و داکتيليته آنها کاهـش يابـد و اسـتحکام تسـليم به اسـتحکام کششـی نزديك شـود.

کار سرد و کار گرم

مـس و آلياژهـای آن هـر دو می توانند کار سـرد و کارگرم شـوند. داکتيليته می توانـد بـه وسـيله آنيـل کردن و يـا آنيل تصادفـی در حين جوشـکاری يا لحیم کاری , مجددا به دست آید.

نام گذاری مس و آلياژهای آن

سیستم شماره گذاری جدید برای فلزات و آلیاژها , سیستم (UNS) از 5 رقم استفاده می کند که با حرف c شروع می شوند.

به عنوان مثال برای برنج های آهنگری شده که به عنوان آلیاژ های مس 377 معروف می باشند. در سیستم UNS به شکل C37700 شناخته می شوند , ترکیبات کار شده شامل شماره گذاری از C10000 تا C79900 می باشد , آلیاژ های ریختگی از C80000 تا C99900 شماره گذاری می شوند.

نامگذاری مس و آلیاژ های آن

آلیاژ های مس

انواع مس و آلياژهای آن عبارتند از :

1- مس خالص : که حاوی 99/3% و یا بیشتر مس می باشد.

2- آلیاژهای با درصد مس بالا : دارای درصد مس بین 96% تا 99/3% می باشند و برای دستیابی به خواص ویژه ممکن است نقره نیز افزوده شود.

3- برنج ها : دارای روی به عنوان عنصر آلیاژی اصلی می باشند , همچنین عناصر دیگری مانند آهن , آلومینیوم , نیکل و سیلیسیوم برای بهبود خواص آلیاژ , افزوده می شوند , برنج ها دارای مقاومت به خوردگی و استحکام کششی بالایی هستند.

افزودنی هـای برنـج :

افـزودن سـرب بـه ترکيبـات برنـج می توانـد سـبب بهبـود خواص ماشـين کاری شـده، همچنين موجب سـايش کمتر ابزار شـود. افـزودن آلومينيـوم، آهـن و منگنـز به برنج سـبب افزايش اسـتحکام، افزودن سیلیسیوم سبب بهبود مقاومت به سایش می شود.

طبقه بندی برنج ها :

به دو دسته تقسیم می شوند :

برنج آلفا , با درصد روی کمتر از 37% این آلیاژ ها داکتیل بوده و می توانند کار سرد شوند.

برنج آلفا - بتا یا دوتایی دارای 45-37% روی هستند , این آلیاژ ها دارای داکتیلیته محدود تری هستند و سخت تر و مستحکم تر می باشند.

خانواده های برنج :

آلیاژ های برنج دارای سه خانواده اصلی می باشند :

آلیاژ های مس - روی

آلیاژ های مس - روی - سرب (برنج های سرب دار)

آلیاژ های مس - روی - قلع (برنج های قلع)

4- برنز ها دارای قلـع بـه عنـوان تنها عنصر آليـاژی و يا عنصر آلياژی اصلی هسـتند. امـروزه برنـز بـه آلياژ های مس کـه عنصر آليـاژی اصلی آنها غيـر از نيکل و روی می باشـد اتلاق می شـود.

خانواده برنزها شامل :

آلياژهای مس - قلع - فسفر (برنز های فسفر)

آلياژهای مس - قلع - سرب - فسفر (برنز های فسفر سرب دار)

آلياژهای مس - آلومینیوم (برنز های آلومینیوم)

آلياژهای مس - سیلیسیوم (برنز های سیلیسیوم)

ساير خواص كليدی مس و آلياژهای آن شامل :

هدایت حرارتی عالی

هدایت الکتریکی عالی

مقاومت به خوردگی خوب

مقاومت زیستی خوب

ماشین کاری خوب

حفظ خواص الکتریکی و مکانیکی در دماهای تبرید

غیر مغناطیسی

5- سایر گروه های آلیاژی

آلیاژ های مس - نیکل

همانطـور کـه از نـام اين آلياژ مشـخص اسـت عنصـر آليـاژی اصلـی نيـکل می باشـد. ايـن گـروه می توانند شـامل عناصر آليـاژی ديگـر و يـا فقـط نيکل، بـه تنهايی باشـند.

(آلیاژ های مس - نیکل - روی)

مس های سرب دار

مس های سرب دار آلیاژ های مس ریختگی هستند که دارای 20% و یا بیشتر افزودنی سرب می باشند. همچنین آنها حاوی مقاديـر کمـی نقـره هسـتند اما عناصـر قلع و يـا روی در آنها وجـود ندارد.

6 - آلیاژ های خواص وقتـی آلياژهـا دارای ترکيبات شـيميايی هسـتند کـه در هيچ يك از گروه هـای ذکر شـده قـرار نمی گيرد، تحـت عنـوان آلياژهای خاص نامگذاری می شوند.

مس های اتومات :

ايـن خـواص بـا افـزودن گوگـرد و تلوريـم بـه مس به دسـت می آيـد.

مس بازیافتی :

این خواص با افزودن گوگرد و تلوریم به مس به دست می آید.

مس بازیافتی :

آلیاژ های مس برای بازیافت بسیار مناسب هستند , حدود 40% مصرف سـاليانه آلياژهای مس از مواد مسـی بازيافت شـده تأمين می شـود.

خواص كليدی مس و كاربردهای آن :

مـس دارای خـواص سـفتی، داکتيليتــه و چکش خــواری می باشــد. ايـن خـواص، مــس را به صورت گسـترده ای برای کاربردهای شـکل دهی لوله، کشـش سـيم و کشـش عميق مناسـب می سـازد.

ساير خواص كليدی مس و آلياژهای آن شامل :

هدایت حرارتی عالی

هدایت الکتریکی عالی

مقاومت به خوردگی خوب

مقاومت زیستی خوب

ماشین کاری خوب

حفظ خواص الکتریکی و مکانیکی در دماهای تبرید

غیر مغناطیسی

کاربرد های مس

خطوط انتقال نیرو

کاربرد های معماری

وسایل آشپزی

سیم های الکتریکی , کابل ها و جعبه تقسیم

سیم های با هدایت بالا

الکترود ها

مبدل های حرارتی

لوله های تبرید

لوله کشی خانه ها

بوته های مسی خنک شونده با آب

خواص و کاربرد

(خواص ضد میکروبی)

مس به طور طبیعی یک فلز بهداشتی است که رشد جرم های مضر مانند E.Coli , MRSA و لژیونلا را کاهش می دهد , شکل دهی آسان , مقاومـت بـه خوردگـی و خواص ضـد ميکروبی مـس را به مـاده ای ايده آل بـرای کاربـرد در مخازن تبديـل می کند.

قیمت مس