உலோகப் பண்புகளின் மீது மாசுகளின் விளைவுகள்
உலோகங்கள் அவற்றின் வலிமை, கடினத்தன்மை, உயர் மின் மற்றும் வெப்பக் கடத்துத்திறன், மற்றும் பல்வேறு கூறுகளாக எளிதில் உருவாக்கும் தன்மை ஆகியவற்றிற்காகப் பரவலாக அறியப்படுகின்றன. இருப்பினும், இந்தப் பண்புகள் உலோகத்தின் வகையை மட்டும் சார்ந்து இருப்பதில்லை, மாறாக அதற்குள் "கொண்டுள்ள" பொருட்களையும் சார்ந்துள்ளன. அசுத்தங்கள் எனப்படும் சிறிய அளவிலான அயல் பொருட்கள், ஒரு உலோகத்தின் செயல்பாட்டைக் கணிசமாக மாற்றக்கூடும். பல சந்தர்ப்பங்களில், இந்த மாற்றங்கள் தீங்கு விளைவிக்கக்கூடும், ஆனால் சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில், அவை பொருளின் செயல்திறனை மேம்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படலாம். இந்தக் கட்டுரை, அசுத்தங்கள் உலோகங்களின் கட்டமைப்பு, இயந்திரவியல், மின்சார, வெப்ப மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புப் பண்புகளை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதையும், தொழில்துறையில் அவற்றின் பயன்பாட்டிற்கான எடுத்துக்காட்டுகளையும் விவாதிக்கிறது.
உலோகங்களில் உள்ள மாசுகள் என்றால் என்ன?
மாசுகள் என்பவை ஒரு உலோகத்தில் இருக்கும், ஆனால் அதன் விரும்பிய கலவையின் பகுதியாக இல்லாத தனிமங்கள் அல்லது சேர்மங்கள் ஆகும். மாசுகள் பின்வருவனவற்றிலிருந்து வரலாம்:
1. பிரித்தெடுக்கும் செயல்முறையின் போது முழுமையாகப் பிரிக்கப்படாத மூலத் தாதுப் பொருட்கள்.
2. உருக்குதல் மற்றும் வார்ப்பு செயல்முறைகள், எடுத்துக்காட்டாக உலோகம் வாயுக்களை (ஹைட்ரஜன், ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன்) உறிஞ்சுகிறது.
3. உலை வெப்பத்தடுப்புப் பொருட்கள் அல்லது கசடுகளிலிருந்து வரும் துகள்கள் போன்றவற்றால் உபகரணங்களும் சுற்றுச்சூழலும் மாசுபடுதல்.
4. ஆக்சிஜன் அல்லது நைட்ரஜனை உள்ளடக்கிய பற்றவைப்பு போன்ற மேம்பட்ட உற்பத்தி செயல்முறைகள்.
5. உறைபனியின் போது ஏற்படும் பிரிதல், இதில் சில தனிமங்கள் தானிய எல்லைகளிலோ அல்லது குறிப்பிட்ட பகுதிகளிலோ செறிவூட்டப்படுகின்றன.
மாசுகள் பல வடிவங்களில் காணப்படலாம்: திண்மக் கரைசல்களாகக் கரைந்திருத்தல், உலோகமல்லாத உட்பொருட்களாகச் சிக்கிக்கொள்ளுதல், வீழ்படிவுகளாகப் படிதல், அல்லது துகள் எல்லைகளில் சேகரமாகுதல்.
உலோக நுண்ணமைப்பில் மாசுகளின் தாக்கம்
உலோகங்களின் பண்புகள் அவற்றின் நுண்ணமைப்பால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகின்றன: தானிய அளவு, கட்டப் பரவல், இடப்பெயர்வுகள் மற்றும் உள்ளடக்கங்களின் இருப்பு. அசுத்தங்கள் பின்வருமாறு இருக்கலாம்:
– தானிய அளவை மாற்றுதல்: சில தனிமங்கள் வெப்பப்படுத்தும் போது தானிய வளர்ச்சியைத் தடுக்கின்றன, இதன் விளைவாக நுண்ணிய தானியங்கள் உருவாகின்றன, அவை பொதுவாக வலிமையை அதிகரிக்கின்றன.
– புதிய கட்டங்களின் உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கிறது: எடுத்துக்காட்டாக, இரும்பில் உள்ள கார்பன் சிமென்டைட் (Fe₃C) அல்லது கார்பைடு கட்டத்தை உருவாக்குகிறது.
– பிரிதலைத் தூண்டுகிறது: சில தனிமங்கள் தானிய எல்லைகளில் குவிய முனைகின்றன, அவை விரிசல் மற்றும் அரிப்பிற்கான பலவீனமான புள்ளிகளாக மாறக்கூடும்.
வேறுவிதமாகக் கூறினால், மாசுகள் உலோகத்தை வெறுமனே 'அழுக்காக்குவது' மட்டுமல்லாமல், அது திடமாகும் விதம், வெப்பச் செயலாக்கம் மற்றும் பயன்பாட்டில் வினைபுரியும் விதம் ஆகியவற்றிலும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
இயந்திரவியல் பண்புகளின் மீதான தாக்கம்: வலிமை, நீளும் தன்மை மற்றும் கடினத்தன்மை
1. திடக் கரைசல் வலுவூட்டல்
படிக அமைப்பில் அசுத்தங்கள் கரையும்போது, வெவ்வேறு அளவிலான அயல் அணுக்கள் படிக அமைப்பில் சிதைவுகளை உருவாக்குகின்றன. இந்தச் சிதைவுகள் இடப்பெயர்ச்சிகளின் இயக்கத்தைத் தடுத்து, வலிமையையும் கடினத்தன்மையையும் அதிகரிக்கின்றன. ஓர் பொதுவான உதாரணம்:
இரும்பில் உள்ள கார்பன் (ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வரை) எஃகின் வலிமையை அதிகரிக்கிறது.
தாமிரத்தில் உள்ள துத்தநாகம், தூய தாமிரத்தை விட வலிமையான பித்தளையை உருவாக்குகிறது.
இருப்பினும், வலிமை அதிகரிப்பதால் நெகிழ்வுத்தன்மை குறைகிறது. இதனால், உலோகம் விரிசல் ஏற்படாமல் நெகிழ்வு உருமாற்றத்திற்கு உள்ளாகும் திறன் குறைகிறது.
2. நொறுங்கும் தன்மை (மாசுக்களால் ஏற்படும் பலவீனம்)
சில அசுத்தங்கள், குறிப்பாக இழை எல்லைகளில் குவியும் அசுத்தங்கள், கடினத்தன்மையை வெகுவாகக் குறைக்கக்கூடும். முன்னர் நீளும் தன்மையுடைய ஒரு உலோகம், குறிப்பாக சில குறிப்பிட்ட வெப்பநிலைகளில், நொறுங்கும் தன்மையுடையதாக மாறக்கூடும். உதாரணமாக:
எஃகில் உள்ள பாஸ்பரஸ் மற்றும் கந்தகம், இழை எல்லைகளில் சேர்மங்களை உருவாக்குவதாலோ அல்லது பிரிவடைவதாலோ, அவை உடையக்கூடிய தன்மையை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
ஹைட்ரஜன், ஹைட்ரஜன் உடையக்கூடிய தன்மையைத் தூண்டி, அதன் விளைவாக அதிக வலிமை கொண்ட எஃகு, போல்ட்கள் அல்லது அழுத்தத்திற்கு உள்ளான பாகங்களில் திடீர் விரிசல்களை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
3. உள்ளடக்கம் மற்றும் சோர்வு எதிர்ப்பு
ஆக்சைடுகள், சல்பைடுகள் அல்லது சிலிக்கேட்டுகள் போன்ற உட்பொருட்கள் அழுத்தச் செறிவூட்டிகளாகச் செயல்படுகின்றன. தொடர்ச்சியான சுமையேற்றத்தின் கீழ், சோர்வு விரிசல்கள் பெரும்பாலும் இந்த உட்பொருட்களிலிருந்தே தொடங்குகின்றன. இதன் விளைவாக:
– குறைக்கப்பட்ட சோர்வு ஆயுள்
– திடீர் செயலிழப்பு ஏற்படும் அபாயம் அதிகரிக்கிறது
எனவே, தண்டுகள், சுருள்வில்கள் அல்லது சுழலும் வாகனப் பாகங்களுக்கான எஃகுக்கு பொதுவாக கடுமையான தூய்மைக் கட்டுப்பாடுகள் தேவைப்படுகின்றன.
மின் மற்றும் வெப்பக் கடத்துத்திறன் மீதான விளைவு
எலக்ட்ரான்கள் ஒப்பீட்டளவில் சுதந்திரமாக நகர முடிவதால், தூய உலோகங்கள் அதிக கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளன. மாசுகள் எலக்ட்ரான் சிதறலை அதிகரிக்கின்றன, எனவே:
– மின்தடை அதிகரிக்கிறது
– மின் கடத்துத்திறன் குறைகிறது
– வெப்பக் கடத்துத்திறனும் பொதுவாகக் குறைகிறது.
இதற்கு மிகத் தெளிவான உதாரணம் தாமிரம்: உயர் தூய்மை கொண்ட தாமிரம் கேபிள்கள் மற்றும் மோட்டார் சுருள்களுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதே சமயம் அதிக அசுத்தங்கள் கொண்ட தாமிரம் துல்லியமான மின் பயன்பாடுகளுக்கு அவ்வளவாகப் பொருத்தமானதல்ல. ஆக்ஸிஜன் அல்லது பாஸ்பரஸ் போன்ற தனிமங்கள் மிகச் சிறிய அளவில் இருந்தால்கூட, அவை கடத்துத்திறனைக் கணிசமாகக் குறைத்துவிடும்.
இருப்பினும், இந்த விளைவையும் சாதகமாகப் பயன்படுத்திக்கொள்ள முடியும். நிக்ரோம் (Ni-Cr) போன்ற உலோகக் கலவைகள், வெப்பமூட்டும் கூறுகளுக்காக வேண்டுமென்றே அதிக மின்தடை கொண்டவையாக உருவாக்கப்படுகின்றன, இதன் மூலம் மின்சாரத்தை மிகவும் திறமையாக வெப்பமாக மாற்ற முடிகிறது.
அரிப்பு மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புத்திறன் மீதான தாக்கம்
அரிப்பு என்பது ஒரு மின்வேதியியல் வினையாகும், இது வேதியியல் கலவை மற்றும் நுண்கட்டமைப்பால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது. அசுத்தங்கள் பின்வருவனவற்றைச் செய்யலாம்:
– உலோகத்தினுள் நுண் கால்வனிக் இணைகளை உருவாக்கி, அரிப்பைத் துரிதப்படுத்தும் உள்ளூர் ஆனோடுகள் மற்றும் கேத்தோடுகளை உருவாக்குகிறது.
– சில தனிமங்கள் துகள்களின் எல்லைகளில் வீழ்படிவாகும்போது, துகள்களுக்கு இடையேயான அரிப்பு அதிகரிக்கிறது.
– உதாரணமாக, துருப்பிடிக்காத எஃகில் உள்ள பாதுகாப்பு செயலற்ற அடுக்கின் நிலைத்தன்மையை மாற்றுதல்.
உதாரணமாக, துருப்பிடிக்காத எஃகில், கார்பன் மற்றும் குரோமியத்தின் பரவல் கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டும். குரோமியம் கார்பைடுகள் தானிய எல்லைகளில் வீழ்படிவானால் (உணர்திறன்), சுற்றியுள்ள பகுதிகள் குரோமியம் பற்றாக்குறை உடையதாகி, அரிப்புக்கு ஆளாகும் தன்மையைப் பெறுகின்றன. மறுபுறம், சில தனிமங்களை (மாலிப்டினம் போன்றவை) கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் சேர்ப்பது, குழி அரிப்புக்கு எதிரான எதிர்ப்பை உண்மையில் அதிகரிக்கிறது.
உயர் வெப்பநிலைகளில் வெப்பப் பண்புகள் மற்றும் நடத்தையின் மீதான விளைவு
அசுத்தங்கள் மாறக்கூடும்:
– உருகுநிலை மற்றும் உறைநிலை வரம்பு
– உயர் வெப்பநிலைகளில் கட்ட நிலைத்தன்மை
– ஊர்ந்து செல்லல் (அதிக வெப்பநிலையில் பளுவின் காரணமாக ஏற்படும் மெதுவான உருக்குலைவு)
சில அசுத்தங்கள் தானிய எல்லைகளைப் பலவீனப்படுத்துவதன் மூலம் ஊர்ந்து செல்லும் எதிர்ப்பைக் குறைக்கின்றன, அதே சமயம் சில கலப்புலோகக் கூறுகள் நிலையான வீழ்படிவுகளை உருவாக்குவதன் மூலம் உயர் வெப்பநிலையில் உலோகத்தை வலுப்படுத்த முடியும். விசையாழி, கொதிகலன் அல்லது இயந்திரப் பயன்பாடுகளில், கலவைக் கட்டுப்பாடு மிகவும் முக்கியமானதாகிறது.
மாசுகளின் பங்கு: தீங்கானதா அல்லது நன்மை பயப்பதா?
தேவையற்ற மாசுகளுக்கும், வேண்டுமென்றே சேர்க்கப்பட்ட கலப்புலோகக் கூறுகளுக்கும் இடையே உள்ள வேறுபாட்டை அறிவது முக்கியம். சில சமயங்களில், ஒரே தனிமம் ஒரு சூழலில் 'மாசு' ஆகவும், மற்றொரு சூழலில் 'கலப்புலோகம்' ஆகவும் இருக்கலாம். எடுத்துக்காட்டாக:
தூய இரும்பில் கார்பன் ஒரு ‘மாசு’ ஆகும், ஆனால் எஃகில் அதுவே முக்கியத் தனிமமாக உள்ளது.
தாமிரத்தில் உள்ள ஆக்ஸிஜன் சில செயலாக்கத்தன்மையை மேம்படுத்தக்கூடும், ஆனால் சில மின்சாரப் பயன்பாடுகளுக்கு அது தீங்கு விளைவிக்கிறது.
அவற்றின் அளவுகள், இருப்பு வடிவங்கள் (கரைந்தவை, உள்ளடக்கங்கள், வீழ்படிவுகள்) மற்றும் பரவலைக் கட்டுப்படுத்துவதில்தான் திறவுகோல் அடங்கியுள்ளது.
தொழில்துறை நடைமுறைகளில் உள்ள அசுத்தங்களைக் கட்டுப்படுத்துவது எப்படி
உலோகத்தின் பண்புகள் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதை உறுதிசெய்ய, தொழில்துறை பல்வேறு நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துகிறது:
1. தூய்மைப்படுத்துதல் மற்றும் சுத்திகரித்தல் (எ.கா. கந்தக நீக்கம், ஆக்சிஜன் நீக்கம்).
2. ஹைட்ரஜன் மற்றும் நைட்ரஜன் போன்ற கரைந்த வாயுக்களைக் குறைப்பதற்கான வெற்றிட வாயு நீக்கம்.
3. ஆக்சைடுகள் அல்லது தேவையற்ற சேர்மங்களைப் பிணைப்பதற்கு, பாய்மம் மற்றும் கசடு கட்டுப்பாட்டைப் பயன்படுத்துதல்.
4. வீழ்படிவு மற்றும் பிரிதலைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கான வெப்ப சிகிச்சை.
5. உட்பொருட்கள் மற்றும் நுண்துளைகளைக் குறைக்கும் வகையில் வார்ப்புச் செயல்முறையைக் கட்டுப்படுத்தவும்.
6. அதிகபட்ச மாசு வரம்புகளை நிர்ணயிக்கும் கலவை தரநிலைகள் (ASTM, JIS, ISO).
முடிவுரை
உலோகங்களின் பண்புகளைத் தீர்மானிப்பதில் மாசுகள் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. குறைந்த அளவில் இருக்கும்போது, அவை திடக் கரைசல் வலுவூட்டல் அல்லது தானியச் செம்மையாக்கம் மூலம் வலிமையை அதிகரிக்கக்கூடும், ஆனால் அவற்றின் வகை மற்றும் பரவலைப் பொறுத்து, நீளும்தன்மை, கடினத்தன்மை, சோர்வு ஆயுள், கடத்துத்திறன் மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்புத்திறன் ஆகியவற்றைக் குறைக்கவும் கூடும். எனவே, நவீன உலோகவியல் தொழில்நுட்பமானது, தூய்மையாக்கல் மற்றும் நுண் கட்டமைப்புச் செயலாக்கம் ஆகிய இரண்டின் மூலமும் கடுமையான மாசுக் கட்டுப்பாட்டில் கவனம் செலுத்துகிறது. இறுதியில், மாசுகளின் விளைவுகளைப் புரிந்துகொள்வது, ஒரு குறிப்பிட்ட பயன்பாட்டிற்குச் சரியான பொருளைத் தேர்ந்தெடுக்க நமக்கு உதவுகிறது: அதிகக் கடத்துத்திறன் கொண்ட செப்புக் கம்பிகள் முதல் கடினமான கட்டமைப்பு எஃகுகள், தீவிரச் சூழல்களுக்கான வெப்ப-எதிர்ப்பு உலோகக் கலவைகள் வரை.
நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை நான் மேற்கோள்களுடன் கூடிய ஒரு கல்விசார் பதிப்பாக மாற்றியமைக்க முடியும், அல்லது எஃகின் மீது கந்தகத்தின் விளைவு, உயர் வலிமை எஃகின் மீது ஹைட்ரஜனின் விளைவு, அல்லது மின்சாரப் பயன்பாடுகளுக்காக தாமிரத்தின் மீது ஆக்ஸிஜனின் விளைவு போன்ற குறிப்பிட்ட நிகழ்வு ஆய்வுகளைச் சேர்க்க முடியும்.
