آلیاژ چیست و چگونه ساخته می‌شود: کاربردهای آلیاژ
در مطلب پیشِ رو توضیح می‌دهیم که آلیاژ چیست و چگونه ساخته می‌شود. همچنین با انواع آلیاژها و کاربردشان آشنا می‌شویم.
معادل فارسی یا نام دیگر آلیاژ، هم‌جوشه است.
آلیاژ چیست؟
به ترکیب حداقل یک فلز با یک یا چند فلز یا نافلز دیگر، هم‌جوشه یا آلیاژ می‌گوییم. به عبارت دیگر، آلیاژ ماده‌ای مصنوعی است که برای ساخت آن، دست‌کم یک عنصر فلزی را با یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی درمی‌آمیزیم. برای مثال، آهن فلزی خالص است که در طبیعت یافت می‌شود. اگر آهن را با عناصری مثل کربن و نیکل مخلوط کنیم، آلیاژی حاصل می‌شود که به آن فولاد می‌گوییم.
چند نمونه آلیاژ معروف و پرکاربرد
بعضی از آلیاژهای پرکاربرد و معروف چنین هستند:
- فولاد کربن
- فولاد ضدزنگ
- برنج
- برنز
- آلیاژ آلومینیوم
- نقره استرلینگ
- طلای سفید
- طلای ۱۸ عیار
آلیاژ چگونه ساخته می‌شود؟
برای ساخت هم‌جوشه یا آلیاژ، فلز اصلی را ذوب و سپس آن‌را با عناصر دیگر ترکیب می‌کنیم. ترکیب مذکور پس از خنک شدن، حالت جامد به خود می‌گیرد. مثلا برای ساخت فولاد ضدزنگ، آهن را ذوب و به آن کروم اضافه می‌کنیم. آلیاژها را بسته به کاربردشان به‌شکل‌های مختلف قالب‌گیری و ساخته می‌شوند. برای مثال، فولاد ضدزنگ را می‌توان به‌شکل صفحه‌های تخت و یا به‌شکل لوله و یا حتی مفتول تولید کرد.
انواع آلیاژ
در حال حاضر آلیاژهای بسیار گوناگون در دنیا تولید می‌شوند. بعضی از آلیاژها ساختار ساده‌ای دارند و بعضی دیگر بسیار پیچیده‌تر هستند. مثلا برای تولید فولاد ساده، آهن را با مقداری کربن مخلوط می‌کنند. اما برای تولید نوع خاصی از فولاد موسوم به فولاد۳۱۶، آهن را با کروم، نیکل و چند عنصر فلزی و غیرفلزی دیگر درهم‌می‌آمیزند. همچنین برای تولید نوعی آلیاژ پیچیده موسوم به آلیاژ۶۰۰، نیکل را که از فلزهای طبیعی است با کروم، مس، کربن، منگنز، سیلیسیم، گوگرد و آهن ترکیب می‌کنیم.
انواع آلیاژ بر اساس ماده سازنده
باتوجه به اهمیت و کاربرد گسترده آلیاژهای آهن، گاهی آلیاژها را بر همین اساس به دو گروه تقسیم می‌کنند:
- آلیاژهای آهنی (ferrous alloys): آلیاژهایی که فلز اصلی آنها آهن است؛ مثل: فولاد کربن، فولاد ضدزنگ، چدن و آهن گالوانیزه
- آلیاژهای غیرآهنی (non-ferrous alloys): آلیاژهایی که فلز اصلی آنها غیر از آهن اس؛ مثل آلیاژهای آلومینیوم، نیکل یا مس
انواع آلیاژ براساس ترکیب اتمی
یکی از دسته‌بندی‌های مهم در آلیاژسازی، دسته‌بندی آنها براساس چینش اتمی‌شان است. از این حیث آلیاژهای فلزی را می‌توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد:
- آلیاژهای جایگزینی (substitutional alloys): در آلیاژ جایگزینی، اتم‌های عنصر فرعی جای بعضی از اتم‌های فلز اصلی را در ساختار اتمی می‌گیرد زیرا همه اتم‌ها تقریبا هم‌اندازه هستند. برای مثال برنز که از ترکیب مس و قلع حاصل می‌شود آلیاژ جایگزینی است. اتم‌های مس و قلع تقریبا هم‌اندازه هستند و لذا وقتی با هم ترکیب می‌شوند به‌راحتی می‌توانند در ساختار اتمی آلیاژ با یکدیگر جایگزین شوند.
- آلیاژهای بینابینی (interstitial alloys): در آلیاژ بینابینی چون اتم‌های عناصر هم‌اندازه نیستند نمی‌توانند در ساختار اتمی با هم جایگزین شوند. لذا اتم‌های کوچکتر در فضاهای خالی بین اتم‌های بزرگتر جای می‌گیرند و اصطلاحا به دام می‌افتند. برای مثال، فولادی که از ترکیب آهن و کربن ساخته می‌شوند، آلیاژ بینابینی است زیرا اتم‌های کربن در مقایسه با اتم‌های آهن بسیار کوچکتر هستند و لذا در ساختار اتمی آلیاژ نمی‌توانند کنار هم جای بگیرند. درنتیجه، اتم‌های کوچک کربن در فضاهای خالی بین اتم‌های بزرگ آهن جاخوش می‌کنند.
- آلیاژهای جایگزینی و بینابینی: ساختار اتمی بعضی از آلیاژها ترکیبی از ساختار جایگزینی و بینابینی است. اگر عناصری که به فلز اصلی اضافه می‌شوند، ترکیبی از اتم‌های هم‌اندازه و غیرهم‌اندازه باشند، چنین آلیاژی پدید می‌آید. برای مثال، فولادضدزنگ یکی از آلیاژهای جایگزینی و بینابینی است که از ترکیب آهن با کربن و کروم و نیکل حاصل می‌شود. اتم‌های کربن از اتم‌های آهن کوچکترند اما اتم‌های کروم و نیکل تقریبا با اتم‌های آهن هم‌اندازه هستند. لذا در ساختار اتمی آلیاژ، اتم‌های کروم و نیکل و آهن می‌توانند جایگزین هم شوند اما اتم‌های کربن چون کوچکترند در فضاهای خالی بین آنها جای می‌گیرند.
آلیاژهای خاص
بعضی از آلیاژها ویژگی‌هایی دارند که آنها را از آلیاژهای عادی و مرسوم متمایز می‌کند. برای مثال، آلیاژهای طبیعی، ابرآلیاژها و آلیاژهای حافظه‌دار از آن جمله هستند.
آلیاژهای طبیعی
اکثر آلیاژهایی که امروزه در صنعت به‌کار می‌بریم، صنعتی و مصنوعی هستند و در کارخانه‌ها و کارگاه‌های ریخته‌گری ساخته می‌شوند. اما جالب است بدانیم که گاهی بعضی از فلزها تحت تاثیر دما، فشار یا شرایط خاص زمین‌شناختی، به‌طور طبیعی با هم ترکیب می‌شوند و آلیاژ می‌سازند. البته چنین آلیاژهایی بسیار نادر هستند. معروف‌ترین آلیاژ طبیعی الکتروم نام دارد که ترکیبات اصلیش طلا و نقره است اما معمولا مقدار کمی فلزات دیگر مثل مس، نیکل یا کبالت نیز در آن یافت می‌شود. بعضی از شهاب‌سنگ‌ها نیز حاوی الکتروم هستند. ممکن است در بعضی از سیاره‌های دیگر نیز آلیاژهای طبیعی وجود داشته باشد. برای مثال، هسته بیرونی ماه آلیاژی از جنس آهن و گوگرد و نیکل است.
اَبَرآلیاژ
برخی آلیاژها استحکام یا سختی و یا مقاومت فوق‌العاده‌ای دارند و به‌همین سبب آنها را اَبَرآلیاژ (superalloy) می‌نامیم. برای مثال موتور جت هواپیما گرمای شدیدی تولید می‌کند و بسیاری از فلزها و آلیاژهای عادی چنین گرمایی را تاب نمی‌آورند و ذوب می‌شوند. لذا در موتورهای جت جدید، پره‌های توربین را از ابرآلیاژی می‌سازند که ماده اصلی آن نیکل است و با کروم، کبالت و رنیوم ترکیب می‌شود.
آلیاژهای حافظه‌دار شکل‌پذیر
آلیاژهای حافظه‌دار آلیاژهای پیشرفته‌ای هستند که در عین استحکام می‌توانند خم شوند و یا تغییرشکل دهند و سپس با تحریک گرمایی، شکل اولیه خود را بازیابند. در حال حاضر، نیتینول (NiTi) که ترکیبی از نیکل و تیتانیوم است، پیشرفته‌ترین آلیاژ حافظه‌دار محسوب می‌شود. آلیاژهای حافظه‌دار کاربردهای بالقوه زیادی دارند اما به‌سبب محدودیت‌های مختلف هنوز چندان رایج نیستند. برای مثال، هواپیمایی را تصور کنید که هنگام برخاستن از زمین شکل بال‌هایش را تغییر می‌دهد تا راحت‌تر پرواز کند و سوخت کمتری بسوزاند.
مزیت آلیاژ چیست: چرا آلیاژ می‌سازیم؟
ما آلیاژ می‌سازیم تا بعضی از ویژگی‌های فلز را ارتقا دهیم، زیرا آلیاژ یک فلز ویژگی‌هایی دارد که خود فلز به‌تنهایی فاقد آن است. مثلا بسیاری از آلیاژها معمولا از فلزهای خالص، سخت‌تر و مقاوم‌تر یا سبک‌تر هستند. برای نمونه، آهن فلز طبیعیِ نسبتا مستحکمی است اما در مجاورت هوا یا رطوبت تدریجاً زنگ می‌زند و فرسوده می‌شود. برای حل مشکل، آهن را با فلزات ضدزنگ مثل نیکل ترکیب می‌کنیم تا فولاد ضدزنگ حاصل شود. لذا فولاد ضدزنگ از آلیاژهای آهن است اما از آهن سخت‌تر و مستحکم‌تر است و در مجاورت رطوبت، زنگ نمی‌زند. معمولا سختی، استحکام یا مقاومت بیشتر، از جمله مزیت‌های آلیاژهای یک فلز نسبت به خود آن فلز است.
بعضی از ویژگی‌های آلیاژ چیست؟
ما به‌سبب ویژگی‌های خاص هر آلیاژ ترجیح می‌دهیم به‌جای فلز خالص از آلیاژهای آن فلز استفاده کنیم. بعضی از ویژگی‌ها و مزایای آلیاژ چنین است:
- سختی: به مقاومت ماده در برابر تغییرشکل موضعی، سختی می‌گوییم. میزان سختی ماده را معمولا با فرورفتگی، سایش یا خراش می‌آزمایند. پس جسمی که به‌راحتی خراش برمی‌دارد یا تغییرشکل می‌دهد، جسم سخت نیست. سختی با استحکام فرق دارد.
- استحکام (یا چقرمگی): هرچه استحکام یا چقرمگی آلیاژ بیشتر باشد، دیرتر می‌شکند زیرا وقتی از بیرون بر آن فشار وارد می‌شود، بخش زیادی از انرژی حاصل از فشار خارجی را جذب می‌کند. پس استحکام با سختی تفاوت دارد. جسم مستحکم ممکن است خراش بردارد یا در آن فرورفتگی ایجاد شود اما در برابر فشار خارجی مستحکم است و آُان نمی‌شکند. در سوی دیگر، جسم سخت ممکن است بشکند اما همچنان در برابر تغییرشکل یا خراش و فرورفتگی مقاومت است. استحکام دو نوع است: استحکام کششی (tensile) و استحکام تسلیم (yield):
- به میزان مقاومت ماده در برابر تغییر شکل استحکام کششی می‌گویند.
- به میزان مقاومت ماده در برابر شکست، تغییرشکل کششی می‌گویند.
کاربرد آلیاژ چیست؟
آلیاژها بسته به نوع‌شان در صنایع مختلف کاربرد دارند. بعضی از حوزه‌های کاربرد آلیاژ:
- ساختمان‌سازی و پل‌سازی (اسکلت، اجزای نگهدارنده و…)
- هوافضا (بدنه و اجزای هواپیما، موشک‌های فضایی و…)
- راه‌آهن و قطار شهری (ریل‌‌ها، اجزای کِشنده و واگن‌ها)
- خودرو و سایر وسایل نقلیه (چارچوب، بدنه و اجزای موتور)
- تجهیزات و ابزارهای پزشکی و آزمایشگاهی
- صنایع نظامی (اجزای موشک، بدنه تانک و زره‌پوش و سایر تسلیحات سبک و سنگین)
بیش از ۹۰ درصد فلزها نه به‌شکل خالص بلکه به‌شکل آلیاژ به‌کار می‌روند. آلیاژها در مقایسه با فلزهای خالص خواص شیمیایی و فیزیکی برتری دارند. برای مثال، بعضی از آلیاژها رسانای بهتری هستند و جریان برق را بهتر از خود عبور می‌دهند؛ برخی دیگر درعین استحکام، سبک هستند و بعضی دیگر خواص مغناطیسی بهتری دارند. بعضی آلیاژها نیز در گرما یا سرمای شدید، مقاوم‌تر هستند. گاهی نیز صرفه اقتصادی سبب می‌شود تا به‌جای بعضی از فلزات خالص گران‌قیمت از آلیاژهایی استفاده کنیم که ارزانتر
نام و کاربرد آلیاژهای معروف
فولاد و چدن پرکاردترین آلیاژهایی هستند که ماده اصلی آنها آهن است. البته همه فولادها و چدن‌ها یکسان نیستند و بسته به کاربردهای‌شان ترکیبات متفاوتی دارند.
آلیاژهای آهن: فولاد، فولاد ضدزنگ، چدن (کاربرد)
فولاد یا پولاد رایج‌ترین و معروف‌ترین آلیاژ آهن است. برای تولید فولاد، آهن را با مقداری کربن مخلوط می‌کنند. اما فولاد انواع مختلف دارد. در بعضی از فولادها عناصر دیگر مثل نیکل، کروم، کبالت یا منگنز نیز به کار می‌رود. با اضافه کردن بعضی از عناصر خاص می‌توان سختی یا استحکام کششی فولاد را افزایش داد.
فولاد ضدزنگ یا فولاد زنگ‌نزن یکی دیگر از آلیاژهای پرکاربرد آهن است. فلز اصلی یا پایه در فولاد ضدزنگ، آهن است و علاوه بر کربن ممکن است به آن کروم، نیکل، مس، یا منگنز نیز اضافه کنند.
کاربردهای آلیاژ آهن چیست:
- ساخت‌وساز: فولاد چون آلیاژ قوی و بادوامی است، در ساختمان‌سازی، پل‌سازی و زیرساخت‌ها کاربرد وسیعی دارد.
- خودروسازی: آلیاژهای فولادی در ساخت بدنه، موتور و دیگر اجزای مهم خودرو به‌کار می‌روند.
- ابزارسازی و ماشین‌کاری: آلیاژهای فولادی چون سخت هستند، در ابزارهای برش و ماشین‌کاری‌های سنگین گزینه بسیار مناسبی هستند.
آلیاژهای آلومینیوم (کاربرد)
آلومینیوم استحکام چندانی ندارد اما وقتی با عناصری مثل آهن، مس یا روی ترکیب شود، قوی و بادوام می‌شود. آلومینیوم و آلیاژهایش سبک و در برابر خوردگی مقاوم هستند و اغلب در مقایسه با سایر آلیاژها ارزان‌ترند. ضمنا آلیاژهای آلومینیوم در برابر گرما و سرمای شدید بسیار مقاوم هستند. از ترکیب آلومینیوم با فلزاتی مثل مس، منگنز یا روی آلیاژهایی به‌دست می‌آیند که در عین سبکی، سخت و قوی هستند.
کاربردهای آلیاژ آلومینیوم چیست:
- هوافضا: آلیاژهایی که ماده اصلی‌شان آلومینیوم است، در ساخت چارچوب‌ها و اجزای هواپیما کاربرد زیادی دارند زیرا سبک و در عین حال قوی و در برابر دمای شدید، مقاوم هستند.
- خودروسازی: با به‌کارگیری آلیاژهای آلومینیوم در ساخت بدنه و اجزای خودرو می‌توان خودروهای سبک‌تری ساخت. هرچه خودرو سبک‌تر باشد، مصرف سوخت آن نیز کمتر می‌شود و آلودگی کمتری تولید می‌کند.
- بسته‌بندی: آلیاژهای آلومینیوم در بسته‌بندی مواد غذایی نیز کاربرد زیادی دارند زیرا ضدزنگ و ضدخوردگی هستند.
آلیاژهای مس: برنز و برنج (کاربرد)
برنز و برنج هر دو از آلیاژهای مس هستند و رنگ و ظاهر مشابهی دارند اما ترکیبات و خواص‌شان متفاوت است. ضمنا چون مس رسانای بسیار خوبی برای برق است، آلیاژهایش نیز چنین خاصیتی دارند و در عین حال، ضدخوردگی هستند.
برای ساخت برنز، مس را با با حدود ۱۲ تا ۱۲.۵ درصد قلع مخلوط می‌کنند. ممکن است بسته به کاربرد برنز کمی آلومینیوم، منگنز، روی یا نیکل نیز به آن اضافه شود. برنز چون آلیاژ سختی است و در برابر خوردگی مقاوم است، در صنایع دریایی و کشتی‌سازی محبوبیت زیادی دارد. بسته به نوع برنز ممکن است در ترکیب آن علاوه بر مس از قلع، سیلسیم، آلومینیوم، منگنز، فسفر یا عناصر دیگر نیز استفاده شود.
برنج آلیاژی است که از ترکیب مس با روی ساخته می‌شود. برنج از ترکیب مس و روی حاصل می‌شود. بعضی از انواع برنج، علاوه بر مس و روی عناصر دیگری هم دارند. برنج فلز سخت و بادوامی است و در لوله‌کشی و قطعات ماشین‌کاری به کار می‌رود.
کاربرد آلیاژ مس چیست:
- سیم‌‌های برق: مس رسانای قدرتمندی است و آلیاژهای مسی نیز همین خاصیت را دارند اما در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند.
- لوله‌‌های تاسیسات و ساختمان: برنج چون با دوام است و در برابر خوردگی مقاومت بیشتری دارد، در اتصالات و وسایل لوله‌کشی به‌کار می‌رود.
- ابزارآلات: برنز علاوه بر وسایل تزیینی برای ساخت بعضی از ابزارها مثل چکش و آچار نیز به‌کار می‌شود. این‌نوع ابزارها قبلا از فولاد ساخته می‌شدند اما سایش فولاد با سطوح فلزی جرقه ایجاد می‌کند که در بعضی از فضاهای خاص که احتمال نشت گاز وجود دارد، ممکن است سبب آتش‌سوزی یا انفجار شود. لذا بعدها برنز را جایگزین فولاد کردند. همچنین در ساخت بعضی از اجزای خودرو مثل یاتاقان و سوپاپ از برنز استفاده می‌شود.
آلیاژهای نیکل (کاربرد)
آلیاژهای نیکل در برابر گرما و سرمای شدید و نیز در برابر خوردگی مقاوم هستند. نیکل را می‌توان با فلزاتی مثل آهن، مس و کروم مخلوط کرد و آلیاژهایی ساخت که در آب‌وهوای نامساعد مقاوم باقی بمانند. برای مثال، آلیاژهای نیکل حاوی تقریبا ۹ تا ۱۶ درصد مولیبدیم در برابر آب دریا بسیار مقاوم هستند و دچار خوردگی نمی‌شوند.
کاربردهای آلیاژ نیکل چیست:
- پردازش شیمیایی: آلیاژهای نیکل در تجهیزات آزمایشگاهی شیمیایی کاربرد دارند زیرا در تماس با اسیدها و سایر مواد شیمیایی قوی، دچار خوردگی نمی‌شوند.
- هوافضا: در اجزای موتورهای جت و دیگر تجهیزات هوافضا از آلیاژهای نیکل استفاده می‌شود زیرا در برابر گرما و سرمای شدید بسیار مقاوم هستند.
- مهندسی دریایی: آلیاژهای نیکل اغلب در محیط‌های آبی و دریایی و برای ساخت اجزایی به‌کار می‌روند که در معرض آب دریا هستند زیرا دوام و کارایی آنها در چنین محیط‌هایی بسیار خوب است.
- تجهیزات پزشکی: آلیاژهای نیکل در برابر خوردگی مقاوم هستند، لذا در ساخت تجهیزات دندانپزشکی و جراحی به‌کار می‌روند.
آلیاژ نقره: نقره استرلینگ (کاربرد)
در نقره استرلینگ ۹۲.۵ درصد نقره خالص و مقدار کمی مس و سایر فلزات به‌کار می‌رود. آلیاژ نقره در مقایسه با نقره خالص، سخت‌تر و بادوام‌تر است، اما عیبی هم دارد: مس در مجاورت هوا اکسید می‌شود و رنگ سیاه مایل به سبز به‌خود می‌گیرد. درنتیجه، وجود مس در نقره استرلینگ سبب می‌شود تا آلیاژ مذکور نیز در مجاورت هوا تدریجا سیاه شود. انگشتر و زیورآلات نقره را از نقره استرلینگ می‌سازند.
آلیاژهای طلا: طلای ۱۸ عیار، طلای سرخ، طلای سفید (کاربرد)
رایج‌ترین آلیاژ طلا در کشورمان طلای ۱۸ عیار است که زیورآلات طلا را از آن می‌سازند. در طلای ۱۸ عیار ۷۵ درصد طلای خالص به‌کار می‌رود و در ۲۵ درصد باقی از فلزات دیگر مثل مس، نیکل و یا روی استفاده می‌شود. اما چرا در جواهرسازی به طلای خالص فلزات دیگر اضافه می‌کنند؟ چون طلای خالص منعطف است و استحکام کافی ندارد. لذا معمولا مقداری نقره و مس به آن می‌افزایند تا در عین درخشندگی باندازه کافی مستحکم باشد. با اضافه کردن فلزاتی مثل نقره، مس یا نیکل، طلا درخشان‌تر و در عین حال سخت‌تر و قوی‌تر می‌شود و جواهرسازها راحت‌تر می‌توانند آن‌را شکل دهند.
دو آلیاژ دیگر طلا یکی طلای سرخ و دیگری طلای سفید است. از ترکیب طلا با مس، طلای سرخ حاصل می‌شود. از ترکیب طلا با فلزهای سفید مثل نقره یا نیکل یا روی نیز طلای سفید می‌سازند.
آلیاژ زیرکونیوم (کاربرد)
زیرکونیوم با عدد اتمی ۴۰ و نماد Zr، فلزی براق به‌رنگ نقره‌ای تیره است که در برابر گرما مقاومت زیادی دارد. زیرکونیوم در دمای ۱۸۵۵ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود و در دمای ۴۴۰۹ درجه سانتی‌گراد می‌جوشد. ضمنا خاصیت ضدخوردگی دارد و حتی اسیدها، بازها یا آب شور دریا نیز آن‌را فرسوده نمی‌کنند. آلیاژهای زیرکونیوم در مجاورت آب زنگ نمی‌زنند و دچار خوردگی نمی‌شوند و ضمنا سطح مقطع جذب نوترون اندکی دارند. اما کاربرد آلیاژ زیرکونیوم چیست؟ به‌سبب ویژگی‌هایی که ذکر شد، غلاف یا روکش میله‌های سوخت رآکتورهای هسته‌ای را از جنس آلیاژهای زیرکونیوم می سازند. معمولا حدود ۹۰ درصد آلیاژ، زیرکونیوم خالص است و مابقی ترکیباتی مثل قطع، آهن، کروم، نیکل یا نیوبیوم هستند.
چرا خواص آلیاژ با خواص فلز خالص فرق می‌کند؟
خواص هر فلز با خواص آلیاژهای همان فلز فرق می‌کند، زیرا ترکیب و ساختار اتمی‌شان تفاوت دارد. به‌همین سبب، خواص فیزیکی و شیمیایی یک فلز با خواص فیزیکی و شیمیایی آلیاژهای همان فلز متفاوت است.
برای مثال، آهن را در نظر بگیرید. آهن چون فلز خالص است، همه اتم‌هایش یکسان و هم‌اندازه است. اما وقتی آهن را با عناصری مثل کربن و کروم ترکیب می‌کنیم، آلیاژی حاصل می‌شود که فولاد ضدزنگ نام دارد. فولاد ضدزنگ چون ترکیبی از چند عنصر است، اتم‌های مختلف و متفاوتی دارد؛ پس طبیعی است که خواص فیزیکی و شیمیایی فولاد و آهن نیز متفاوت خواهدبود.
چرا معمولا آلیاژ از فلز خالص سخت‌تر یا قوی‌تر است؟
چون در فلز خالص همه اتم‌ها یکسان و هم‌اندازه هستند و لذا در صورت اعمال نیرو یا فشار راحت‌تر روی هم می‌لغزند یا خراش برمی‌دارند و ساختارشان به‌هم می‌خورد. اما در آلیاژ چون عناصر مختلف با هم ترکیب می‌شوند، اتم‌ها و اندازه‌های‌شان متفاوت است و ساختارشان آسان به‌هم نمی‌خورد.
مثال و مطالعه موردی: فولاد
با ذکر مثالی توضیح می‌دهیم که چرا آلیاژها از فلزات خالص سخت‌تر هستند. برای این منظور، فولاد ضدزنگ را که معروف‌ترین آلیاژ آهن است مثال می‌زنیم.
فولاد ضدزنگ آلیاژی است که فلز پایه یا اصلی در ساخت آن، آهن است. آهن فلز خالص و شکل‌پذیر و چکش‌خوار است. ضمنا آهن در اثر رطوبت هوا زنگ می‌زند. لذا اگر می‌خواهیم فلزی داشته باشیم که سختی و استحکامش از آهن بیشتر باشد و در عین حال، ضدزنگ و در برابر خوردگی مقاوم باشد، باید فولاد بسازیم.
فولاد انواع مختلف دارد. اما همه فولدهای ضدزنگ حداقل ۱۰.۵ درصد کروم دارند. بعضی از فولادها ممکن است عناصر دیگر مثل نیکل، مولیبدن و منگنز هم داشته باشند.
چنین فولادی چون ترکیبی از عناصر آلیاژی را داراست، قوی‌تر و سخت‌تر می‌شود. در واقع، چون فولاد ضدزنگ اتم‌های مختلف با اندازه‌های متفاوت دارد، حرکت اتم‌ها در ساختارشان بسیار سخت می‌شود و بدین‌سان استحکام و سختی آلیاژ بیشتر می‌شود.
عناصر آلیاژی خاص مثل کروم مقاومت آلیاژ در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد. در واقع، ضدزنگ بودن فولاد به‌سبب وجود عناصری مثل کروم در آن است، زیرا این عناصر خودشان نیز ضدزنگ هستند.
جمع‌بندی: هم‌جوشه یا آلیاژ چیست و چگونه ساخته می‌شود؟
در مطلب پیشِ رو توضیح دادیم که هم‌جوشه یا آلیاژ چیست. گفتیم آلیاژ از ترکیب فلز با یک یا چند عنصر فلزی یا نافلز دیگر حاصل می‌شود تا بعضی از ویژگی‌هایش ارتقا یابد و برای مثال، سخت‌تر یا سبک‌تر یا ضدزنگ شود. پس در واقع، اگر خواص فلز خالص پاسخگوی نیازهای ما نباشد، فلز خالص را با عناصر فلزی یا غیرفلزی خاصی ترکیب می‌کنیم تا آلیاژی بسازیم که خواص موردنظرمان را داشته باشد.
