النحاس الأصفر، والبرونز القصديري والنحاس الأحمر والأبيض: شرح الاختلافات

يعود تاريخ أقدم دليل على استخدام الإنسان للنحاس إلى حوالي 10,000 سنة، حيث اكتشف علماء الآثار خرزات نحاسية مصنوعة من النحاس الأصلي في شمال العراق. وفي الصين، يمكن إرجاع استخدام النحاس في الصين إلى حوالي 4000 سنة مضت. في البداية، استُخدم النحاس المكرر لصنع الأشياء، ولكن ليونة النحاس ومتانته المحدودة أدت إلى تطوير سبائك النحاس من خلال دمج النحاس مع معادن أخرى لتعزيز خصائصه.

تُصنَّف سبائك النحاس اليوم إلى عدة فئات بناءً على تركيبها وخصائصها:

• النحاس الأبيض (المعروف أيضاً باسم فضة النيكل أو الفضة الألمانية): سبيكة من النحاس والنيكل والزنك، لا تحتوي على فضة فعلية. يتميز بمظهر أبيض فضي اللون ومقاومة جيدة للتآكل. يُستخدم النحاس الأبيض في المجوهرات والأواني الفضية والتوصيلات الكهربائية.
• النحاس: النحاس النقي والسبائك النحاسية النحاسية العالية (التي تحتوي على 99.3% على الأقل من النحاس) توفر توصيل كهربائي وحراري ممتاز، ومقاومة للتآكل، وقابلية للتشكيل. تُستخدم في الأسلاك الكهربائية والسباكة والمبادلات الحرارية.
• النحاس الأصفر: سبيكة من النحاس والزنك، حيث يتراوح محتوى الزنك عادةً من 5% إلى 45%. يُظهر النحاس الأصفر قوة وقابلية تصنيع ومقاومة للتآكل أفضل من النحاس النقي. كما أن لونه الذهبي وخصائصه الصوتية تجعله شائعاً في الآلات الموسيقية وأدوات الزينة والتطبيقات البحرية.
• البرونز: عادةً ما يكون البرونز عبارة عن سبيكة من النحاس والقصدير، وقد تشتمل البرونزات الحديثة على عناصر أخرى مثل الألومنيوم أو السيليكون أو النيكل. يوفر البرونز قوة ومقاومة للتآكل أعلى من النحاس الأصفر. ويُستخدم عادةً في الأجهزة البحرية والمنحوتات والمحامل.

ما الفرق بينهما؟

نحاس أحمر

النحاس الأحمر، والمعروف أيضاً باسم النحاس النقي، هو سبيكة نحاس عالية النقاء تحتوي على ما بين 99.5% و99.95% من النحاس، ويتكون الباقي من شوائب ضئيلة. وتتميز هذه المادة بلونها الأحمر الوردي المميز، الذي يكتسب لوناً أرجوانياً عند الأكسدة.

يستخدم نظام تسمية رتب النحاس النقي عادةً البادئة "T" متبوعة بتسلسل رقمي. وكلما زاد رقم التسلسل، ينخفض محتوى النحاس بشكل عام. على سبيل المثال، يشير T1 إلى درجة نقاء أعلى من T3. وتشمل الدرجات النحاسية النقية الأخرى TP2 وTP0.1، وتحتوي هذه الأخيرة على كمية صغيرة من الفضة لتحسين الخصائص. أما الدرجات النحاسية الخالية من الأكسجين، التي توفر توصيلًا كهربائيًا وقابلية تشكيل فائقة، فتُسمى TU1 وTU2.

يتميز النحاس الأحمر بتوصيل كهربائي وحراري ممتاز، وليونة عالية، ومقاومة جيدة للتآكل. هذه الخصائص تجعله مادة مثالية لمختلف التطبيقات، خاصة في الصناعات الكهربائية والإلكترونية. ويستخدم على نطاق واسع في تصنيع الموصلات الكهربائية، بما في ذلك الكابلات والأسلاك، وكذلك في قضبان التوصيل والموصلات والمكونات الأخرى التي تتطلب توصيلًا عاليًا وقابلية تشكيل عالية.

كما تساهم درجة النقاء العالية للمادة في قابليتها الفائقة للتشغيل، مما يسمح بعمليات تشكيل فعالة مثل السحب والدرفلة والبثق. هذه الخاصية، بالإضافة إلى مقاومته للتصلب أثناء العمل، تجعل النحاس الأحمر مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أشكالًا معقدة أو إنتاج أسلاك دقيقة.

وبالإضافة إلى تطبيقاته الكهربائية، يُستخدم النحاس الأحمر في أنظمة الإدارة الحرارية وتركيبات السباكة والعناصر المعمارية حيث يتم تقييم جاذبيته الجمالية ومقاومته للتآكل. كما أن توافقه الحيوي يجعله مناسباً لبعض التطبيقات الطبية.

نحاس

النحاس النحاسي عبارة عن سبيكة متعددة الاستخدامات تتكون في المقام الأول من النحاس والزنك، حيث يكون النحاس هو العنصر السائد. وعلى الرغم من أن هذين المعدنين يشكلان الأساس، إلا أن عناصر أخرى مثل الرصاص والقصدير والألومنيوم والمنغنيز والنيكل غالباً ما يتم دمجها لتعزيز خصائص معينة مثل الصلابة والقوة والقدرة على التشغيل الآلي ومقاومة التآكل. يختلف اللون الذهبي المميز للنحاس الأصفر باختلاف تركيبته، وعادةً ما يصبح أكثر احمراراً مع ارتفاع محتوى النحاس.

يعتمد تصنيف النحاس الأصفر عموماً على محتواه من النحاس، ويُشار إليه بالحرف "H" متبوعاً بنسبة النحاس. على سبيل المثال، يحتوي الحرف H59 على حوالي 59% من النحاس، بينما يحتوي الحرف H90 على حوالي 90% من النحاس. يُشار إلى سبائك النحاس الأكثر تعقيدًا باستخدام تسمية موسعة تتضمن الرمز الكيميائي للعناصر السبائكية المهمة والنسب المئوية لكل منها. على سبيل المثال، يشير HPb89-2 إلى سبيكة نحاس نحاسية تحتوي على 89% من النحاس و2% من الرصاص.

ويتميز النحاس الأصفر بخصائص ميكانيكية ممتازة، بما في ذلك الليونة الجيدة وقابلية التشكيل ومقاومة التآكل. وتسهّل درجة انصهاره المنخفضة نسبياً (تتراوح بين 900 درجة مئوية و940 درجة مئوية حسب التركيبة) عمليات الصب والتشغيل الآلي. إن الليونة المتأصلة في السبيكة، بالإضافة إلى مقاومتها للتآكل، تجعلها مثالية للتطبيقات في الصمامات وخطوط الأنابيب وأنظمة مناولة السوائل حيث يتطلب التشغيل المتكرر.

وعلاوة على ذلك، يمتلك النحاس الأصفر خصائص صوتية ملحوظة، مما أدى إلى استخدامه على نطاق واسع في الآلات الموسيقية مثل الأبواق والترومبون والساكسفون. كما أن قدرة هذه المادة على العمل بسهولة ومقاومتها للتآكل جعلتها خياراً مفضلاً في تصنيع علب خراطيش الأسلحة النارية، وكذلك في العناصر المعمارية الزخرفية والأجهزة البحرية.

في التطبيقات الصناعية، غالبًا ما يتم اختيار النحاس الأصفر في التطبيقات الصناعية بسبب توصيله الكهربائي والحراري، والذي على الرغم من أنه ليس عاليًا مثل النحاس النقي، إلا أنه لا يزال مهمًا. هذه الخاصية، إلى جانب مقاومته للتآكل، تجعل النحاس النحاسي مناسباً للمكونات الكهربائية والمبادلات الحرارية في البيئات الأقل عدوانية.

قراءة ذات صلة: أنواع النحاس الأصفر

برونزية

البرونز هو سبيكة تم استخدامها منذ العصور القديمة. وكان الشكل الأقدم، المعروف باسم برونز القصدير، يتألف أساساً من النحاس والقصدير.

وبمرور الوقت، اتسع تعريف البرونز ليشمل جميع سبائك النحاس باستثناء تلك التي تحتوي على كميات كبيرة من الزنك (النحاس الأصفر) أو النيكل (الكوبرونيكل). ومن الأمثلة البارزة على سبائك البرونز برونز الرصاص وبرونز الألومنيوم وبرونز السيليكون. عادةً ما يظهر البرونز بلون بني محمر مميز مع زنجار أزرق مائل إلى الأخضر عند تعرضه للعناصر. في الصين، غالبًا ما يتم تعيين سبائك البرونز باستخدام الحرف "Q" متبوعًا بالرمز الكيميائي للعنصر الأساسي في السبائك ونسبة محتواه المئوية، باستثناء الزنك. على سبيل المثال، يشير الحرف Q Al5 إلى برونز الألومنيوم الذي يحتوي على 5% تقريباً من الألومنيوم.

تُستخدم العديد من درجات سبائك النحاس المصبوب الموحدة على نطاق واسع في الصناعة. على سبيل المثال، يحتوي برونز القصدير 5-5-5 (ZCuSnPb5Zn5) على حوالي 51 تيرابايت 3 تيرابايت من كل من القصدير والرصاص والزنك، بينما يكون الرصيد المتبقي من النحاس. وهناك سبيكة شائعة أخرى هي برونز الألومنيوم 10-3 (ZCuAl10Fe3)، الذي يحتوي على حوالي 101 تيرابايت 3 تيرابايت من الألومنيوم و31 تيرابايت 3 تيرابايت من الحديد. تشتهر سبائك البرونز القصدير بقابليتها الممتازة للصب وقلة انكماشها أثناء التصلب، مما يجعلها مثالية لتصنيع المكونات الدقيقة مثل شفرات التوربينات والتروس والمحامل ومقاعد الصمامات في التطبيقات الصعبة.

توفر كل سبيكة برونزية خصائص فريدة تناسب تطبيقات محددة. على سبيل المثال، يوفر البرونز المصنوع من الألومنيوم قوة فائقة ومقاومة للتآكل، خاصةً في البيئات البحرية، بينما يوفر البرونز الرصاصي قابلية تشغيل معززة وغالبًا ما يستخدم في البطانات والمحامل. يعتمد اختيار سبيكة برونزية معينة على المتطلبات المحددة للاستخدام، بما في ذلك الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل وسهولة التصنيع.

نحاس أبيض

النحاس الأبيض، والمعروف أيضاً باسم فضة النيكل أو الفضة الألمانية، هو سبيكة تتكون أساساً من النحاس والنيكل، وغالباً ما يُضاف الزنك كمكون ثالث. ويخفي مظهره المميز باللون الأبيض الفضي اللون تركيبته النحاسية. وفي حين أن التسميات المحددة يمكن أن تختلف حسب المنطقة والاستخدام، فإن التسميات الشائعة تشمل نظام "CUXXX" في بعض المعايير.

يتم تصنيف سبائك النحاس الأبيض على نطاق واسع إلى نوعين رئيسيين بناءً على استخداماتها الأساسية:

1. النحاس الأبيض الإنشائي: تتميز هذه السبائك بمقاومتها الممتازة للتآكل، خاصةً في البيئات البحرية، وقدرتها على الحفاظ على لمعانها. وتتميز بخصائص ميكانيكية جيدة، بما في ذلك القوة والليونة. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:

• B30 (Cu-30Ni): يحتوي على نيكل 30% تقريبًا، مما يوفر مقاومة فائقة للتآكل.
• B10 (Cu-10Ni): مع حوالي 10% من النيكل، توفر توازنًا بين الخصائص والفعالية من حيث التكلفة. تُستخدم هذه السبائك على نطاق واسع في الأدوات الدقيقة، والأجهزة الطبية، والتجهيزات البحرية، والتطبيقات المعمارية حيث تكون الجمالية والمتانة أمرًا بالغ الأهمية.

2. النحاس الأبيض الكهربائي: صُممت هذه السبائك لخصائصها الكهربائية والحرارية المحددة، خاصةً مقاومتها الكهربائية العالية ومعامل المقاومة في درجات الحرارة المنخفضة. ومن الدرجات البارزة:

• BMn3-12: تحتوي هذه السبيكة عادةً على المنجنيز 3% والنيكل 12%، مما يوفر خصائص كهربائية حرارية ممتازة. تُستخدم سبائك النحاس الأبيض الكهربائية على نطاق واسع في عناصر المقاومة والمزدوجات الحرارية والمكونات الكهربائية الأخرى حيث تكون المقاومة المستقرة على مدى درجات الحرارة ضرورية.

السعر

فيما يتعلق بالتسعير، تُظهر سبائك النحاس تسلسلًا هرميًا مميزًا، حيث يستحوذ النحاس النقي (الذي يشار إليه غالبًا بالنحاس الأحمر) على أعلى سعر. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى توصيله الكهربائي والحراري الفائق، فضلاً عن مقاومته الممتازة للتآكل. بعد النحاس النقي، يأتي الكوبرونيكل (المعروف أيضاً باسم النحاس الأبيض) في المرتبة الثانية من حيث التكلفة. وتوفر هذه السبيكة، التي تتكون عادةً من النحاس والنيكل، قوة ومقاومة للتآكل، خاصةً في البيئات البحرية.

يحتل البرونز، وهو سبيكة تتكون في المقام الأول من النحاس والقصدير، المركز الثالث في طيف الأسعار. وتختلف تكلفته تبعاً للتركيبة المحددة، مع احتمال أن تكون بعض أنواع البرونز المتخصصة (مثل برونز الألومنيوم أو برونز السيليكون) ذات أسعار أعلى بسبب خصائصها الفريدة.

يُعد النحاس الأصفر، وهو سبيكة من النحاس والزنك، الخيار الأكثر اقتصاداً بين سبائك النحاس عموماً. فتكلفته المنخفضة، إلى جانب قابليته الجيدة للتشغيل الآلي ومظهره الجذاب، يجعله خياراً شائعاً لمختلف التطبيقات. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه على الرغم من كونه أقل سبائك النحاس تكلفة، إلا أن النحاس الأصفر لا يزال يحمل سعرًا أعلى بكثير مقارنة بالمعادن الحديدية مثل الحديد أو الفولاذ.

لا يعكس هيكل التسعير هذا ليس فقط تكاليف المواد الخام ولكن أيضًا الخصائص المحددة وعمليات التصنيع والطلب في السوق لكل سبيكة. عند اختيار المواد للتطبيقات الهندسية، من الضروري مراعاة ليس فقط التكلفة الأولية للمواد، ولكن أيضًا عوامل مثل طول العمر والأداء في البيئة المقصودة وتكاليف دورة الحياة الإجمالية.