آلیاژ به زبان ساده؛ چرا طلای خالص در جواهرسازی استفاده نمی‌شود؟

آلیاژ ترکیبی از یک فلز پایه با یک یا چند عنصر دیگر است که برای افزایش استحکام، بهبود مقاومت یا ایجاد رنگ جدید ساخته می‌شود. به حلقه‌ ازدواج یا هر زیورآلات طلایی که دارید نگاهی بیندازید. آیا تا به حال از خودتان پرسیده‌اید چرا این قطعه طلا با وجود استفاده روزمره، همچنان محکم و درخشان باقی مانده؟ پاسخ در یک کلمه، یعنی آلیاژ نهفته است. دنیای اطراف ما مملو از فلزاتی است که برای دستیابی به خواص بهتر، با یکدیگر ترکیب شده‌اند. از طلای آبشده تا فولادی که اسکلت آسمان‌خراش‌ها را می‌سازد، همگی مدیون علم کیمیاگری مدرن یعنی آلیاژسازی هستند. در این مقاله، دنیای آلیاژها را بررسی می‌کنیم تا دقیقا بفهمیم آلیاژ چیست و چه کاربردهایی در زندگی ما دارد.

آلیاژ چیست؟

آلیاژ ترکیبی است که از ادغام فلز اصلی (که به آن فلز پایه می‌گویند) با یک یا چند عنصر دیگر به‌وجود می‌آید. این عناصر اضافه‌شده می‌توانند خودشان فلز یا حتی یک غیرفلز مانند کربن باشند. اما چرا دانشمندان و صنعتگران به‌جای استفاده از فلزات خالص، خود را به‌زحمت ترکیب کردن آن‌ها می‌اندازند؟ این کار به‌دلیل محدودیت‌های فلزات خالص انجام می‌شود. یعنی چه؟

برای مثال، طلای خالص (عیار ۲۴) فلزی بسیار نرم و انعطاف‌پذیر است. اگر یک انگشتر از طلای خالص ساخته شود، با کوچک‌ترین فشاری تغییر شکل می‌دهد و به‌راحتی خراش برمی‌دارد. اینجا، آلیاژسازی وارد عمل می‌شود. اما هدف از ترکیب فلزات برای ایجاد آلیاژ چیست؟

• افزایش استحکام و سختی: با افزودن فلزاتی مانند مس، نقره یا روی به طلا، ساختار اتمی آن مستحکم‌تر شده و محصول نهایی در برابر سایش و تغییر شکل مقاوم می‌شود.
• تغییر رنگ: یکی از جذاب‌ترین دلایل ساخت آلیاژ در صنعت طلا، دستیابی به رنگ‌های جدید مثل طلای سفید یا رزگلد است که هرکدام از افزودن فلزات متفاوتی تشکیل می‌شوند.
• مقاومت در برابر خوردگی: فولاد ضدزنگ یک مثال عالی برای این مورد است. آهن به‌تنهایی سریعا زنگ می‌زند، اما با افزودن کروم و نیکل، آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی و رطوبت به‌دست می‌آید.

فرآیند ترکیب، در سطح اتمی رخ می‌دهد. وقتی فلزات در حالت مذاب با هم مخلوط می‌شوند، اتم‌های عنصر اضافه‌شده در شبکه کریستالی فلز پایه پراکنده می‌شوند. در علم مواد، به این ساختار یکپارچه که حتی در حالت جامد نیز پایدار است، محلول جامد (Solid Solution) گفته می‌شود. این مفهوم، کلید درک چگونگی بهبود خواص فلزات از طریق آلیاژسازی است.

مقاله مرتبط: انواع طلا: راهنمای جامع شناسایی رنگ، عیار و آلیاژها

نحوه ساخت آلیاژها

تولد یک آلیاژ، فرآیندی دقیق و کنترل‌شده محسوب می‌شود که فراتر از یک مخلوط کردن ساده است. برای اینکه اتم‌های عناصر مختلف به‌طور یکنواخت در کنار هم قرار بگیرند و ماده‌ای جدید با خواص منحصربه‌فرد خلق کنند، از روش‌های مهندسی‌شده‌ای استفاده می‌شود. در ادامه، دو مورد از رایج‌ترین این روش‌ها را توضیح می‌دهیم.

۱. روش ذوب و انجماد

روش ذوب و انجماد، متداول‌ترین و شناخته‌شده‌ترین راه برای ساخت آلیاژ شناخته می‌شود که از مراحل زیر تشکیل شده:

1. ابتدا فلز پایه (فلزی که بیشترین درصد را در ترکیب دارد) در کوره حرارت داده می‌شود تا به‌طور کامل به حالت مذاب درآید.
2. سپس، عناصر آلیاژی دیگر، به ترتیب نقطه ذوب، به مذاب اضافه شده و کاملا مخلوط می‌شوند تا یک محلول مایع همگن و یکنواخت به‌دست آید.
3. در نهایت، این مذاب داغ در قالب‌های مشخصی ریخته شده و به آرامی سرد می‌شود تا به حالت جامد درآید.

نکته کلیدی در مرحله آخر، کنترل سرعت سرد شدن است؛ زیرا این سرعت، ریزساختار (Micro-Structure) نهایی آلیاژ، یعنی نحوه چینش و اندازه دانه‌های کریستالی آن را تعیین می‌کند. این ریزساختار تاثیر مستقیمی بر خواص فیزیکی مانند سختی و استحکام آلیاژ خواهد داشت.

برای درک بهتر تاثیر سرعت سرد شدن، یک بار دو نمونه از یک آلیاژ برنز را آماده کردم؛ یکی را به‌سرعت در آب سرد فرو بردم و دیگری را گذاشتم به‌آرامی در دمای اتاق خنک شود. وقتی مقطع هر دو را زیر میکروسکوپ بررسی کردم، تفاوت باورنکردنی بود. نمونه سریع سردشده، دانه‌هایی ریز و سوزنی داشت و شکننده بود، اما نمونه دیگر با دانه‌های درشت‌تر، مقاومت بیشتری از خود نشان می‌داد. با این مشاهده، متوجه شدم که فرآیند ساخت، به اندازه خود ترکیبات، در تعیین ویژگی‌های نهایی یک آلیاژ نقش دارد.

آیا می‌دانید چگالی طلا چقدر است؟ در این مطلب بخوانید.

۲. متالورژی پودر

روش متالورژی پودر، روش پیشرفته‌تری برای آلیاژسازی بوده و معمولا برای فلزاتی با نقطه ذوب بسیار بالا (مانند تنگستن) که ترکیب آن‌ها از طریق ذوب کردن دشوار است، به‌کار می‌رود. در این فرآیند، فلزات به‌صورت پودرهای بسیار ریز تهیه شده و با نسبت‌های دقیق با یکدیگر مخلوط می‌شوند. سپس این مخلوط پودر تحت فشار بسیار بالا فشرده شده و در نهایت، در دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب حرارت داده می‌شود تا ذرات پودر به یکدیگر متصل شده و یک قطعه جامد و یکپارچه را تشکیل دهند.

یکی از روش‌های پیشرفته برای افزایش استحکام در برخی آلیاژها، فرآیند پیرسختی (Precipitation Hardening) نام دارد. در این روش، آلیاژ تحت عملیات حرارتی خاصی قرار می‌گیرد تا ذرات بسیار ریز و سختی در ریزساختار آن رسوب کنند که به‌شدت مقاومت ماده را بالا می‌برد.

دسته‌بندی انواع آلیاژ

دنیای آلیاژها، تنوع و گستردگی بسیار زیادی دارد، اما برای درک بهتر، می‌توان آن‌ها را بر اساس فلز پایه به دو خانواده بزرگ شامل آلیاژهای آهنی و آلیاژهای غیرآهنی تقسیم کرد. این دسته‌بندی به ما کمک می‌کند تا خواص و کاربردهای هر گروه را بهتر بشناسیم.

آلیاژهای آهنی

همان‌طور که از نام آلیاژهای آهنی می‌توان حدس زد، بر پایه فلز آهن ساخته می‌شوند. این دسته از آلیاژها به‌دلیل استحکام بالا، دوام فوق‌العاده و هزینه تولید نسبتا پایین، پرکاربردترین آلیاژها در جهان محسوب می‌شوند و ستون فقرات بسیاری از صنایع مدرن را تشکیل می‌دهند. دو عضو اصلی و شناخته‌شده این خانواده عبارت‌اند از:

• فولاد: اصلی‌ترین عنصر آلیاژی در فولاد، کربن است (معمولا کم‌تر از ۲ درصد). فولاد به‌دلیل قابلیت شکل‌پذیری و استحکام کششی بالا، در ساخت اسکلت ساختمان‌ها، بدنه خودروها، پل‌ها و هزاران ابزار دیگر به‌کار می‌رود.
• چدن: درصد کربن در آن، بالاتر از فولاد است (معمولا بین ۲ تا ۴ درصد). این میزان کربن، چدن را سخت‌تر اما شکننده‌تر از فولاد می‌کند. از چدن به‌دلیل مقاومت حرارتی خوب و قابلیت ریخته‌گری آسان، در ساخت بلوک موتور خودرو، لوله‌ها و ظروف پخت‌وپز استفاده می‌شود.

آلیاژهای غیرآهنی

آلیاژهای غیرآهنی، شامل تمام آلیاژهایی می‌شود که فلز پایه آن‌ها را چیزی غیر از آهن تشکیل می‌دهد. این دسته از آلیاژها به‌خاطر ویژگی‌های خاصی مانند وزن سبک‌تر، مقاومت بالاتر در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی بهتر و رنگ‌های متنوع، اهمیت ویژه‌ای دارند. برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• برنج: آلیاژی از ترکیب مس و روی که با رنگ زرد مایل به طلایی شناخته می‌شود و در ساخت شیرآلات، اتصالات و سازهای موسیقی کاربرد دارد.
• برنز: این آلیاژ عمدتا از ترکیب مس با قلع ساخته می‌شود و به‌دلیل سختی و مقاومت در برابر خوردگی آب شور، در ساخت مجسمه‌ها، سکه‌ها و قطعات کشتی‌سازی استفاده می‌شود.
• آلیاژهای آلومینیوم: با افزودن عناصری مانند منیزیم، سیلیسیم و مس به آلومینیوم، آلیاژهایی بسیار سبک و در عین حال مستحکم به‌دست می‌آید که در صنعت هوافضا، خودروسازی و ساخت قوطی‌های نوشیدنی نقشی حیاتی دارند.
• آلیاژهای فلزات گران‌بها: این گروه، عمدتا شامل آلیاژهای طلا، نقره و پلاتین می‌شود. این فلزات در حالت خالص، بسیار نرم هستند و برای استفاده در جواهرسازی، حتما باید با فلزات دیگر ترکیب شوند تا استحکام و دوام کافی پیدا کنند.

بیشتر بخوانید: مصنوعات طلا چیست و چه تفاوتی با طلای خام دارد؟

ارتباط عیار طلا با آلیاژ چیست؟

مفهوم عیار طلا به‌طور مستقیم با آلیاژ گره می‌خورد. عیار، واحدی برای سنجش خلوص طلا در یک آلیاژ است و بر مبنای تقسیم‌بندی به ۲۴ بخش تعریف می‌شود.

• طلای ۲۴ عیار: یعنی هر ۲۴ بخش آن (یا ۹۹.۹ درصد) از طلای خالص تشکیل شده.
• طلای ۱۸ عیار: یعنی ۱۸ بخش آن طلا و ۶ بخش باقی‌مانده، فلزات دیگر هستند (۷۵ درصد طلای خالص). این عیار، استاندارد رسمی طلا در ایران به‌شمار می‌رود که قیمت لحظه ای طلا را نیز تعیین می‌کند.
• طلای ۱۴ عیار: یعنی ۱۴ بخش آن طلا و ۱۰ بخش باقی‌مانده، فلزات دیگر هستند (حدود ۵۸.۳ درصد طلای خالص).

هرچه عیار طلا پایین‌تر باشد، یعنی درصد بیشتری از فلزات دیگر در آلیاژ آن به‌کار رفته است که این امر معمولا موجب افزایش استحکام و تغییر رنگ قطعه طلا می‌شود.

معرفی محبوب‌ترین آلیاژهای طلا

با تغییر نوع و درصد فلزاتی که با طلا ترکیب می‌شوند، می‌توان به رنگ‌های متنوع و جذابی دست یافت. محبوب‌ترین آلیاژهای طلا در بازار جهانی عبارت‌اند از:

• طلای زرد: برای حفظ رنگ طبیعی و درخشان طلا و در عین حال افزایش استحکام آن، معمولا از ترکیب طلا با فلزاتی چون نقره و مس استفاده می‌شود. نسبت این دو فلز، تناژ نهایی رنگ زرد را تعیین می‌کند.
• طلای سفید: برای دستیابی به رنگ نقره‌ای-سفید، طلا را با فلزاتی مانند پالادیوم، نیکل یا پلاتین آلیاژ می‌کنند. زیورآلات ساخته‌شده از این آلیاژ معمولا با یک لایه فلز رودیم آبکاری می‌شوند تا درخشش و سفیدی بیشتری داشته باشند.
• رزگلد یا طلای صورتی: این رنگ گرم و رمانتیک، حاصل افزایش درصد فلز مس در آلیاژ طلا است. هرچه میزان مس بیشتر باشد، رنگ آلیاژ نهایی به قرمز نزدیک‌تر می‌شود.

بر اساس گزارش‌های شورای جهانی طلا، انتخاب فلزات آلیاژی صرفا برای رسیدن به رنگ دلخواه نیست، بلکه هدف اصلی، دستیابی به خواص مکانیکی ایدئال مانند سختی و دوام بالا برای ساخت زیورآلاتی است که بتوانند در طول زمان، زیبایی و فرم خود را حفظ کنند. علاوه‌براین رنگ‌های محبوب، آلیاژهای دیگری مانند طلای سبز (ترکیب طلا و نقره) یا حتی رنگ‌های خاص‌تری چون بنفش و سیاه نیز در دنیای طراحی جواهرات مدرن وجود دارند.

اکنون که با مفهوم آلیاژ و نقش آن در تعیین عیار و رنگ طلا آشنا شدید، ممکن است به فکر سرمایه‌گذاری یا معامله این فلز ارزشمند بیفتید. طلای آبشده ۱۸ عیار به‌دلیل نداشتن اجرت ساخت، یکی از بهترین گزینه‌ها برای این منظور به‌شمار می‌رود. پلتفرم وال‌گلد به‌عنوان یک مرجع معتبر برای خرید و فروش طلا آنلاین، این امکان را برای شما فراهم کرده تا به‌صورت کاملا امن و شفاف، معاملات خود را انجام دهید. در وال‌گلد، می‌توانید بدون مالیات و پرداخت اجرت و با اطمینان کامل، از نوسانات بازار به نفع خود استفاده کنید.

کاربرد آلیاژ در زندگی

شاید کلمه آلیاژ، ناآشنا و تخصصی به نظر برسد، اما در واقعیت ما هر روز و هر لحظه در محاصره این ترکیبات فلزی هستیم. آلیاژها به‌دلیل خواص برترشان نسبت به فلزات خالص، در تمام جنبه‌های زندگی مدرن نفوذ کرده‌اند. کافی است نگاهی به اطراف خود بیندازید تا با کاربرد آلیاژ در زندگی آشنا شوید:

• صنعت جواهرسازی و زیورآلات: این صنعت بدون آلیاژسازی عملا وجود نداشت. طلا، نقره و پلاتین برای استحکام، دوام و دستیابی به رنگ‌های متنوع، همواره به‌صورت آلیاژ به‌کار می‌روند.
• ساختمان‌سازی و معماری: اسکلت فلزی برج‌ها، پل‌های عظیم و سازه‌های بتن آرمه، همگی به استحکام فوق‌العاده فولاد، که آلیاژی از آهن و کربن است، متکی هستند. بدون فولاد، ساخت آسمان‌خراش‌های امروزی غیرممکن بود.
• صنعت خودروسازی و هوافضا: در این صنایع، وزن کم و استحکام بالا دو فاکتور حیاتی به‌شمار می‌روند. آلیاژهای آلومینیوم به‌دلیل سبکی و مقاومت بالا در برابر خوردگی، گزینه‌ای عالی برای ساخت بدنه هواپیما، قطعات موتور و رینگ‌های خودرو محسوب می شوند.
• پزشکی و دندانپزشکی: آلیاژهای تیتانیوم به‌دلیل سازگاری بالا با بدن انسان (Bio-compatibility) و مقاومت در برابر خوردگی، در ساخت ایمپلنت‌های دندان، مفاصل مصنوعی و پین‌های استخوان کاربرد گسترده‌ای دارند. همچنین، ابزارهای جراحی عمدتا از فولاد ضدزنگ ساخته می‌شوند که یکی از مثال‌های واقعی از کاربرد آلیاژ در زندگی است.
• لوازم خانگی و آشپزخانه: از قاشق و چنگال گرفته تا سینک ظرفشویی و بدنه یخچال، همگی از فولاد ضدزنگ ساخته شده‌اند تا در برابر رطوبت و مواد شوینده مقاوم باشند و زنگ نزنند.
• الکترونیک و کامپیوتر: ماده‌ای که قطعات الکترونیکی را به بردهای مدار متصل می‌کند، یعنی لحیم، خود یک آلیاژ (معمولا از قلع، سرب یا نقره) است که نقطه ذوب پایینی دارد و رسانایی الکتریکی مناسبی را فراهم می‌کند.

در اکثر موارد، هدف از آلیاژ افزایش استحکام است، اما نه همیشه. برای مثال، آلیاژ لحیم عمدا به گونه‌ای ساخته می‌شود که نقطه ذوب بسیار پایین‌تری نسبت به فلزات تشکیل‌دهنده‌اش داشته باشد تا برای اتصال قطعات الکترونیکی مناسب باشد.

مزایا و ویژگی‌های کلیدی که آلیاژها به ارمغان می‌آورند

با افزودن عناصر دیگر، می‌توانیم فلزات را برای کاربردهای خاص تنظیم کنیم. این بهبود خواص، گاهی آنقدر چشمگیر است که منجر به خلق موادی کاملا جدید با قابلیت‌های شگفت‌انگیز می‌شود.

در جدول زیر، مهم‌ترین مزایا و ویژگی‌هایی که از طریق آلیاژسازی به‌دست می‌آیند به طور خلاصه مرور شده‌اند:

کلام آخر

آلیاژها ترکیبات هوشمندانه‌ای هستند که برای برطرف کردن ضعف‌های ذاتی عناصر خالص مهندسی می‌شوند. به‌عنوان مثال، زنگ زدن آهن یا نرمی بیش از حد طلا که نوعی ضعف محسوب می‌شوند را می‌توان با این راهکار برطرف کرد. نمی‌توان آلیاژ را صرفا مخلوطی از فلزات، بدون هیچ هدف یا دانش خاصی دانست.

آلیاژ کردن، نیاز به مهارت و دانش بسیار بالایی دارد که کمک می‌کند ارزش واقعی فلزات را بهتر درک کنید. دفعه بعد که با اصطلاح طلای ۱۸ عیار مواجه شدید، به‌یاد داشته باشید که این عدد نه تنها نشان‌دهنده خلوص، بلکه بیانگر دانش و هنری است که آن فلز گران‌بها را کاربردی، بادوام و زیبا کرده.

سوالات متداول

آیا به هر مخلوطی از چند فلز می‌توان آلیاژ گفت؟

خیر، به هر مخلوطی از فلزات مختلف نمی‌توان آلیاژ گفت. در آلیاژ، عناصر در سطح اتمی با هم ترکیب شده و یک ماده جدید و همگن با خواص منحصربه‌فرد ایجاد می‌کنند. اما در یک مخلوط ساده، ذرات فلزات مختلف بدون ایجاد پیوند شیمیایی، فقط به‌صورت فیزیکی در کنار هم قرار گرفته‌اند.

چرا طلای خالص (۲۴ عیار) برای ساخت زیورآلات مناسب نیست؟

طلای خالص ۲۴ عیار، به‌قدری نرم است که می‌توان آن را با دست خم کرد یا حتی با ناخن روی آن خراش انداخت. به همین دلیل آن را با فلزات دیگر ترکیب می‌کنند تا سختی قطعه افزایش یافته و بتوان برای ساخت زیورآلات یا کاربردهای دیگر روی آن کار کرد.

آیا آلیاژها از فلزات خالص کم‌ارزش‌تر هستند؟

خیر لزوما آلیاژها از فلزات خالص کم ارزش‌تر نیستند. ارزش یک آلیاژ به فلزات تشکیل‌دهنده و خواص نهایی آن بستگی دارد. برای مثال، طلای ۱۸ عیار از طلای ۲۴ عیار ارزان‌تر است، اما برخی سوپرآلیاژهای مورد استفاده در صنعت هوافضا به‌دلیل عملکرد فوق‌العاده‌شان، ارزش بسیار بالایی دارند.

چرا طلای سفید پس از مدتی کمی زرد به نظر می‌رسد؟

رنگ زرد طبیعی طلا در آلیاژ طلای سفید همچنان وجود دارد. رنگ سفید درخشان اولیه، حاصل یک لایه روکش از فلز رودیم است که به مرور زمان ساییده شده و نیاز به آبکاری مجدد پیدا می‌کند.

آیا می‌توان فلزات یک آلیاژ را دوباره از هم جدا کرد؟

بله، می‌توان فلزات یک آلیاژ را از هم جدا کرد. این فرآیند که تصفیه یا پالایش نام دارد، معمولا پیچیده و پرهزینه است که از طریق روش‌های شیمیایی یا الکتروشیمیایی و در مقیاس صنعتی انجام می‌شود.