مهندسی و علم مواد( Material Science & Engineering)

[boomba]

ريخته گري فولاد

در فولاد ريزي دو روش عمده ريخته گري داريم :
1- روش شمش ريزي: كه ريخته گري جهت توليد آلياژ انجام مي شود.
2- شكل ريزي: كه ريخته گري جهت توليد قطعه انجام مي شود.
خواص مكانيكي فولادها :
1- استحكام مناسب كه بين 400تا 2000 مگاپاسكال مي باشد
2- قابليت شكل پذيري بالا
3- مقاومت خستگي مناسب
4- مقاومت در درجه حرارت پايين مقاومت در درجه حرارت بالا
5- قابليت جوشكاري
دسته بندي فولاد ها :
معمولا به سه دسته فولاد هاي ساده كربني فولاد هاي پر آلياژي فولاد هاي كم آلياژي

انواع فولادهاي ساده كربني :

فولادهاي كم كربن – كربن متوسط و پر كربن :
فولاد هاي كم كربن: كه در اين فولاد ها مقدار كربن كمتر از 0.2% مي باشد لذا قابليت شكل پذيري و فرم دهي بالا دارد كه در صنعت بيشتر در مواردي به كار مي رود كه استحكام پايين همراه با قابليت انعطاف بالا در نظر باشد
فولاد هاي كربن متوسط : كه در اين فولاد ها مقدار كربن بين 0.2تا 0.5% مي باشد كه در مقايسه با فولاد كربني استحكام و سختي بالاتري دارند ولي انعطاف پذيري پايين تري دارند كه عموما در صنايع راهسازي و ماشين سازي از اين گروه استفاده مي شود

فولاد هاي پركربن : كه در اين فولاد ها مقدار كربن پس از 0.5% مي باشد كه افزايش درصد باعث افزايش سختي و كاهش انعطاف پذيري مي شود در مواردي استفاده مي شود كه نياز به سختي و مقاومت به سايش بالا باشد
فولاد هاي كم آلياژي : در اين فولاد ها ميزان عناصر آلياژي كمتر از 8% مي باشد . وجود عناصر آلياژي باعث افزايش خواص مكانيكي فولاد مي شود وجود عناصر آلياژي باعث جلوگيري از تغيير فرم – تابيدگي و ترك خوردن آلياژ در حين عمليات حرارتي مي شود كه عمدتا در ساخت قطعات و قالبهاي خاص صنعتي ساخته مي شود
فولاد هاي پرآلياژي : ميزان عناصر آلياژي در اين نوع فولادها بيش از 8% مي باشد و در مواردي مصرف مي شود كه خواص خالي را در نظر داشته باشيم به عنوان مثال مقاومت به خوردگي بالا و مقاومت به سايش بالا و با توجه به اينكه قيمت عناصر بالا مي باشد و همچنين تكنولوژي اضافه كردن اين عناصر نيز بالاتر مي باشد لذا فولاد هاي آلياژي از نظر قيمت بالاتر مي باشد .
انواع كوره هاي ذوب در فولاد ريزي :
كوره هايي كه در ذوب فولاد استفاده مي شود شامل كوره هاي زيمنس مارتين كوره هاي القايي و قوس كوره هاي كوپل و كنوتر دوپله كردن كوپل و كنورترمي باشد .
مراحل دوبله كردن كوپل و كنورتر :
1- تهيه مذاب در كوره كوپل
2- انتقال به پاتيل با جداره بازي و گوگرد زدائي
3- تخليه مذاب در كنورتر به روش اكسيژن و هوا كه با دمش هوا كربن سوخته مي شود و واكنش هاي زيررا به وجود مي آورد .
Fe+O=FeO
Si+FeO=SiO+Fe+Q
Mn+FeO=MnO+Fe+q
C+FeO=CO+Fe+Q
كه كربن لحظه به لحظه مي سوزد و مذاب به مذاب فولادتبديل مي شود وجوشش كربن صورت مي گيرد لحظه اي كه درصد كربن به 0.5% در مذاب مي رسد فرآيند جوشش كربن به حدي مي رسد كه فرآيند حرارت را در مذاب نداريم كه براي افزايش راندمان به جاي هوا اكسيژن تزريق مي كنند در روش هاي جديد براي كنترل بيشتر مذاب مذاب به كورههاي القايي منتقل مي شود و تركيب شيميايي آن كنترل مي شود
عمليات كيفي در تهيه قطعات فولادي : شامل اكسيژن زدايي سرباره گيري ريخته گري قطعات تميزكاري و جوشكاري مي باشد .
جهت اكسيژن زدايي در مراحل اوليه از فروسيليس – سيليكم منگنز و فرومنگنز استفاده مي شود در صورتي كه بخواهيم ميزان اكسيژن به زير 0.1% برسد از Alو Ti در آخرين مرحله استفاده مي شود .
تميزكاري: معمولا از طريق شات بلاست و سند بلاست انجام مي شود
جوشكاري : كه بر خلاف چدن در قطعات فولادي به علت قابليت جوشكاري بالا انجام مي شود كه شامل پر كردن اثرات انقباضي-گازي و نيامد در كردن در طي فرآيند ريخته گري مي باشد
مراحل جوشكاري : انتخاب نوع الكترود و اندازه الكترود عمليات پيش گرم كردن قطعات قبل از جوشكاري عمليات تنش زدايي بعد از جوشكاري تميز كاري
تست هاي غير مخرب : نظير ماوراء بنفش التراستيگ ايكسريد

تاثير عناصر جزئي بر فولاد ها ساده كربني :
منگنز : جزء عناصر موجود در فولاد هاي ساده كربني مقدار آن 0.6تا 0.85 درصد كه پيش از اين مقدار به عنوان عنصر آلياژي در فولاد ها مي باشد باعث افزايش سختي استحكام و مقاومت به ضربه فولاد مي شود مي تواند به عنوان اكسيژن زدا درفولاد ها استفاده شود .

Si سيليس : به عنوان اكسيژن زدا استفاده مي شود مانع از پايداري سمنتيت مي شود مقدار آن 0.06% مي باشد و بيشتر از اين مقدار به عنوان عنصر آلياژي مي شود

Niو Cu : تا حدود 0.5 باعث افزايش سختي پذيري و خواص مكانيكي مي شود كه پايدار كننده ي آستينيت مي باشد بيشتر از اين مقدار به عنوان عنصر آلياژي محسوب مي شود
ساير عناصر آلياژي نظير كرم موليبدن واناديم و تنگستن تا حدود 0.05% در فولاد هاي ساده كربني وجود دارد كه باعث افزايش خواص مكانيكي مي شود
Al&TI :به عنوان اكسيژن زدا در مراحل توليد استفاده مي شود.

ازت : مقدار آن بين 0.005 تا 0.12 درصد مي باشد تا اين مقادير باعث افزايش خواص مكانيكي مي شود بيش از اين مقدار به علت تشكيل مك و حفره گازي در قطعات توليدي باعث كاهش خواص مكانيكي مي شود

گوگرد : از عناصر مضر در فولاد مي باشد به علت تشكيل فاز FeSتا سولفيد آهن كه فازي با نقطه ذوب پايين و ترد مي باشد و در مراحل انتهايي انجماد در مرز دانه رسوب مي كند باعث كاهش شديد خواص مكانيكي مي شود همچنين به هنگام عمليات حرارتي به علت ذوب موضعي در مرز دانه باعث ايجاد ترك موسوم به ترك سرخ مي شود وجود منگنز تشكيل فاز MnS يا سولفيد منگنز را مي دهد اين فاز نرم بوده و تاثير سوءكمتري نسبت به FeS دارد MnS در داخل دانه پخش مي شود .

فسفر : تمايل به جدايش بيشتري دارد لذا در محل هايي كه آخرين انجماد را دارند جمع مي شوند تشكيل فاز فسفيد آهن ياFe3P را مي دهد اين فاز تشكيل يوتكتيك سه تايي مي دهد كه نقطه ذوب پايين دارد كه در مرز دانه ها رسوب كرده و باعث شكست دانه ها مي شود ميزان فسفر و گوگرد كمتر از 0.05 درصد مي باشد
سيستم راهگاهي در فولاد ريزي :
شامل حوضچه بارريز – راهگاه بارريز حوضچه پاي راهگاه راهگاه اصلي آشغالگير كانال هاي فرعي و اصلي مي باشد .
عموما نوع سيستم راهگاهي فشاري بوده s>r>g نكاتي كه در طراحي سيستم راهگاهي در فولاد ريزي بايد درنظر بگيريم :
بين راهگاه بارريز و حوضچه بارريز شيب زيادي وجود داشته باشد وجود اين شيب از نفوذ آخال و هوا به داخل سيستم راهگاهي مي شود .
راهگاه بارريز مخروطي مي باشد
گوشه هاي راهگاه اصلي و فرعي گرد مي شود
انتهاي راهگاه اصلي بعد از آخرين راهگاه فرعي ادامه پيدا مي كند تا ناخالصي ها وارد سيستم راهگاهي نشود
در انتهاي راهگاه بارريز حوضچه پاي راهگاه را در نظر مي گيرند
مقطع راهگاه اصلي به طرف راهگاه فرعي كم مي شود
حدالامكان از راهگاه اصلي و فرعي عريض استفاده نشود
انجماد جهت دار به طرف تغذيه
جنس راهگاه اصلي در مورد قطعات بزرگ از مواد ديرگداز با نقطه زينتر بالا باشد

تقسيم بندي سيستم راهگاهي بر اساس ابعاد قطعات : عموما چهار نوع راهگاه در فولاد ريزي وجود دارند
1) راهگاه از بالا براي قطعات با ارتفاع كم
2) راهگاه از بقل براي قطعات با ارتفاع متوسط وابعاد بزرگ
3) راهگاه از پايين براي قطعات با ارتفاع بلند در حالت بايد فوق ذوب زياد در نظرگرفته شودتا از انجماد زود رس در سطح مذاب جلوگيري شود
4) راهگاه پله اي : كه براي قطعات با ارتفاع زياداستفاده مي شود هر يك اين روش نسبت به روش فوق اين است كه مذاب در هر لحظه مذاب گرم به سطح مذاب هدايت مي شود براي جلوگيري از ورود آخال از راهگاه هاي مورب استفاده مي شود.
تعيين ابعاد سيستم راهگاهي :
نكته : در بين راهگاه اصلي و فرعي معمولا يك آشغال گير قرار مي دهند

تعين ابعاد آشغال گير:
آشغال گير و ----- محفظه اين دو بين راهگاه اصلي و فرعي مي باشد كه به منظور آخال گيري و جدا كردن آخال و جلوگيري از ورود آن ها به محفظه قالب تهيه ميشود .

[boomba]

فناوری لیزر



مقدمه

لیزر این نور شگفت از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر ، آنرا از نورهای ایجاد شده از سایر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر ، به خواص مشخصه آن پی برده شد. و ما بصورتی گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده ، در علوم مختلف بخصوص صنعت و پزشکی و ... ایجاد کرده است. به جرأت می‌توان گفت پیشرفت علوم بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست. شاید مهترین بخش فیزیک اتمی بحث مربوط به فیزیک لیزر باشد. می دانید که با دادن انرژی به الکترونهای یک اتم می توان آنها را

به مدارهای بالاتری برد. (حتماً با این تصویر کلاسیک که الکترون ها مدارهایی با انرژی مشخصی به دور هسته وجود دارند، آشنایید.) اما این خانه جدید برای الکترونها خیلی وضعیت پایداری ندارد و الکترونها ترجیح می دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خودشان برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می شود. یعنی یک واحد انرژی ... اما می دانید که نور از همین فوتونها ساخته می شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتمها به طور هم زمان این کار را انجام دهیم، می توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم . علاوه بر اینکه با روشهایی و دقت هایی می توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. زیاد نمی خواهیم راجع به لیزر و ویژگیهای آن توضیح دهیم اما همین مهم است که بدانیم که این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. کلمه لیزر که "LASER"

انگلیسی آن است مخفف عبارت:" شدت بخشی نور با استفاده از انتشار تحریک شده تابش" است.

) Light Amplification by thestimulated Emission of Rodiation(



اما سوال مهم این است که برای داشتن لیزر با ویژگیهای خاص از اتمهای چه موادی ، در چه شرایطی (غلظت، دما، فشار، ......) می توان استفاده کرد. پاسخ بیشتر این سوالات در آزمایشگاه به دست می آیند، پس فیزیک لیزر جزو مباحث تجربی فیزیک جای می گیرد.در ایران نیز مراکزی چون مرکز تحقیقات لیزر، سازمان انرژی اتمی و ... مهمترین مراکزی هستند که پذیرای فیزیکدانان اتمی و لیزر هستند.

آنچه که سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگیهای منحصر بفرد آن است که در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارتند از:همدوسی ، تک رنگی ، واگرایی کم ، موازی بودن پرت نگاه اجمالی

لیزر کشفی علمی می‌باشد که به عنوان یک تکنولوژی در زندگی مدرن جا افتاده است. لیزرها به مقدار زیاد در تولیدات صنعتی ، ارتباطات ، نقشه ‌برداری و چاپ مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. همچنین لیزر در پژوهشهای علمی و برای محدوده وسیعی از دستگاههای علمی‌، موارد مصرف پیدا کرده است. برتری لیزر در این است که از منبعی برای نور و تابشهای کنترل شده ، تکفام و پرتوان تولید می‌کند. تابش لیزر ، با پهنای نوار طیفی باریک و توان تمرکزیابی شدید ، چندین برابر درخشانتر از نور خورشید است.





دید کلی

از هنگام بوجود آمدن لیزر به علت دارا بودن محسنات خلوص فرکانسی ، پهنای باند و سیع ، راستاوری خوب و غیره ، بررسی موارد کاربرد آن به عنوان حامل در مخابرات و در نتیجه بکار گیری محاسن فوق تا کنون ادامه داشته است. در ابتدا گفته می‌شد به علت اینکه فرکانسها صدها هزار برابر می‌شود (حدود 105 برابر) ، تعداد کانالها افزایش می‌یابد که با ارزیابی خوشبینانه تری توام گشته است. استفاده از نور در مخابرات با پیدایش انسان شروع شد و بعد از اختراع لیزر ، دانشمندان توجه خاصی به استفاده از نور جهت انتقال اطللاعات مبذول داشتند. استفاده از لیزر نیم رسانا و تار نوری با تلفات کم از پیشرفتهای مهم در این خصوص بوده است.





ریشه لغوی Laser

کلمه لیزر از حروف ابتدای عبارت " تقویت نور بوسیله گسیل القایی تابش" (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

در لاتین ساخته شده است که معمولاً در طول موجهای مادون قرمز نزدیک ، مرئی و ماورای بنفش طیف الکترومغناطیس می‌باشد. به گسیلهای لیزر گونه طول موجهای بلندتر ناحیه میکروویو " میزر" گفته می‌شود. لیزر اصولاً به منبع نور همدوس و تکرنگ گفته می‌شود.



تاریخچه

میمن برای نخستین بار لیزر یاقوت را در سال 1959 ساخت.پس از دو سال آقای ایمان اخوان، دانشمند ایرانی برای نخستین بار لیزر گازی هلیوم- نئون را ساخت. از حدود سال 1966 لیزر نیم رسانا در مخابرات نوری در ژاپن و آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نسبت به امکان مد گردانی مستقیم آن تا فرکانسهای فوق‌العاده زیاد شناخت حاصل شده است.پیشنهاد استفاده از گسیل القایی از یک سیستم با جمعیت معکوس برای تقویت امواج میکروویو بطور مستقل بوسیله وبر ،جوردون،زیگر،باسو،تانز و پروخورو داده شد. اولین استفاده عملی از چنین تقویت کننده‌هایی توسط گروه جوردون ، زیگر و تاونز در دانشگاه کالیفرنیا انجام شد.این گروه نام میزر را که از ابتدای حروف تشکیل شده بود برای آن برگزیدند:

"Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation"

اولین میزر با استفاده از گذار میکروویو در مولکولهای آمونیاک ساخته شد. در سال 1958 اولین بار پیشنهاد فعالیت میزر در فرکانسهای نوری در مقاله‌ای توسط اسکاولو و تاونز داده شد.در سال 1960 یعنی کمتر از دو سال دیگر ، میلمن موفق به ساخت لیزر پالسی یاقوت شد.این لیزر کار که لیزر گازی هلیوم نئون بود، در سال 1961 توسط علی جوان ایرانی ساخته شد. در سال 1962 نیز پیشنهاد لیزرهای نیمه ‌هادی مطرح گردید.





سیر تحول و رشد

با پیشرفت روزافزون مکانیک کوانتومی و جنبه‌های ذره‌ای نور و تولید آینه‌هایی با توان بالا دانشمندان لیزرهایی را با توان خروجی بهتر(لیزرهای توان بالا) و همدوسی بالاتر ساخته شدند. اختراع لیزر به سال 1958 با نشر مقالات علمی در رابطه با میزر اشعه مادون قرمز و نوری بر می‌گردد. نشر مقالات مذکور سبب افزایش تحقیقات علمی توسط دانشمندان در سر تا سر جهان گردید. در بخش ارتباطات نیز کارشناسان توانایی لیزر را که جایگزین ارسال یا مخابره الکتریکی شود، تأیید نمودند. اما اینکه چگونه پالسها را مخابره نمایند، مشکلات زیادی را بوجود آورد. در سال 1960 دانشمندان پالس نور را مخابره نمودند، سپس از لیزر استفاده کردند. لیزر ، نور خیلی زیادی را تولید نمود که بیش از میلیونها بار روشنتر از نور خورشید بود. متأسفانه پرتو لیزر می‌تواند خیلی تحت تأثیر شرایط جوی مثل بارندگی ، مه ، ابرهای کم ارتفاع ، چیزهای موجود در آزمایشهای مربوط به هوا از قبیل پرندگان قرار گیرد. دانشمندان نیز طرحهای جدیدی را جهت حمایت نور از برخورد با موانع را پیشنهاد نمودند. قبل از اینکه لیزر بتواند سیگنالهای تلفن را ارسال دارد. اختراع مهم دیگر موجبر فیبر نوری بود که شرکتهای مخابراتی برای ارسال صدا ، اطلاعات و تصویر از آن استفاده می‌کنند. امروزه ارتباطات الکترونیکی بر پایه فوتونها استوار می‌باشد. تکنولوژی تسهیم طول موج یا رنگهای مختلف نوری برای ارسال تریلیون بیت فیبر نوری استفاده می‌کند. بعد از اینکه لیزر دی اکسید کربن در سال 1964 اختراع شد کاربرد لیزر در زمینه‌های پزشکی خیلی توسعه یافت و برای جراحان این امکان را فراهم نمود تا بجای استفاده از چاقوهای جراحی از فوتون استفاده نمایند. امروزه لیزر می‌تواند وارد بدن گردد، اعمال جراحی را انجام دهد، در صنایع و در کارهای ساختمانی ، در وسایل نظامی و غیره کاربردهای فراوان آنرا می‌توان مشاهده نمود.





ساز و کار لیزر

نخست لازم است تا به محیط فعال لیزری به نحوی انرژی داده شود. به این عمل پمپاژ لیزر می‌گویند. عمل پمپاژ به روشهای گوناگونی صورت می‌گیرد که می‌توان به پمپاژ نوری، پمپاژ الکتریکی، پمپاژ توسط لیزرهای دیگر (پمپاژ لیزری)و جز اینها نام برد.





گونه های لیزر

لیزرها را براساس مواد لیزرزا به چند گروه زیر بخش بندی می‌کنند : لیزرهای جامد، لیزرهای گازی، لیزرهای مایع یا رزینه، لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای نیمه رسانا لیزرها را بر پایه خروجی آنها به دو دسته لیزرهای تپی و لیزرهای پیوسته کار تقسیم بندی می‌کنند. غالبا لیزرهای توان بالا را از نوع تپی (پالسی) میسازند.







ساختار لیزر

ساختار لیزر

یک سیستم لیزری عموما از سه بخش عمده تشکیل شده است: منبع انرژی ( که معمولا یک پمپ و یا یک منبع مشابه است) -1 بستر تشدید کننده یا بستر لیزر -2 ۳ - آینه و یا مجموعه‌ای از آینه ها که یک افزایش دهندهٔ نوری را تشکیل می‌دهند.

یک منبع پمپی قسمتی است که انرژی لازم را برای سیستم لیزری فرآهم می‌کند. نمونه هایی از منابع پمپی شامل تخلیه کننده‌های الکتریکی، لامپهای درخشنده، لامپهای جرقه ای، نور لیزرهای دیگر، واکنشهای شیمیایی و حتی وسایل انفجاری میباشند. نوع منبع پمپ مورد استفاده اصولا بستگی به بستر تشدید کننده دارد و این بستر است که عموما تعیین می‌کند چه میزان انرژی بایستی به بستر منتقل شود. یک لیزر هلیوم- نئونی در مخلوط گاز هلیوم - نئون از تخلیهٔ الکتریکی استفاده می‌کند و لیزر یاقوتی از نوری که از لامپ درخشندهٔ زنونی ساطع شده متمرکز می‌شود و در آخر لیزرهای اگزایمر از یک واکنش شیمیایی استفاده می‌کنند. بستر تشدید کننده عامل اصلی تعیین کنندهٔ طول موج در هنگام استفاده و خصوصیات دیگر لیزر می‌باشد. اگر نگوییم هزاران بستر مختلف، قطعا صدها بستر تشدید ساز مختلف وجود دارد که در آن کارایی مورد نظر بدست میآید. بستر تشدید کننده توسط یک منبع پمپ انرژی تحریک شده تا فراوانی معکوسی تولید کند و در ادامه بستر تشدید کننده بتواند انتشار خود به خود و تحریک شده‌ای از فوتونها را ایجاد کند که نهایتا باعث عمل تشدید نوری و یا ارتقاء نوری می‌شود. نمونه هایی از بسترهای مختلف تشدید کننده شامل موارد زیر هستند: مایعات مثل لیزرهای رنگی. این مایعات عموما حلالهای شیمیایی آلی هستند. مواردی همچون متانول، اتانول، یا اتیل گلیکول که رنگهایی شیمیایی همچون کومارین یا رودامین و فلوئورسین به آنها افزوده می‌گردد. ساختار شیمیایی واقعی ملکولهای رنگ تعیین کنندهٔ طول موج بدست آمده از لیزرهای نوریست. گازها مثل دی اکسید کربن، آرگون، کریپتون و مخلوطی از هلیوم و نئون. این لیزرها اغلب از تخلیهٔ الکتریکی برای پمپ کردن استفاده می‌کنند. جامدات مثل کریستال ها یا شیشه ها. مواد جامد بکار گرفته شده معمولا با یک ناخالصی خاص مثل کروم، نئودیمیوم، اربیوم، یا یونها تیتانیوم ترکیب می‌گردند.مواد جامد بکار گرفته شده عموما یاقوت و یا یاقوت کبود و شیشه‌های سیلیکونی هستند. نمونه هایی از بسترهای لیزری جامد شامل: : YAG, Ti: sapphire, Cr: sapphire, Cr: LiSAF (chromium-doped lithium strontiumaluminium fluoride), Er: YLF and Nd: glass

میباشند.لیزرهای جامد عموما توسط لامپهای درخشان و یا نور لیزرهای دیگر پمپ میشوند. نیمه هادی ها، نوعی از جامدات هستند که در آنها حرکت الکترونها بین ماده با سطوح مختلف ناخالص ساز ها می‌تواند منجر به ایجاد عملکرد لیزر شود. لیزرهای نیمه هادی عموما بسیار کوچک هستند و می‌توانند با یک جریان سادهٔ الکتریکی پمپ شوند که این خصوصیت آنها، باعث ایجاد توانایی طراحی و ساخت ابزارهایی فراوان و همه جا در دسترسی همچون دستگاههای نمایش سی دی شده است.تشدید کننده‌های نوری و یا حفره‌های نوری در ساده‌ترین شکل خود دو آینهٔ موازی هستند که در اطراف بستر تشدید کننده قرار میگیرند. نور ساطع شده از بستر توسط انتشار خود به خود تولید شده و توسط آینه هایی که آنرا به بستر باز می‌گردانند بازتابیده می‌شود. در اینجاست که این پرتو می‌تواند بازتابیده و یا تشدید شود. نور ممکن است از آینه ها بازتابیده شده و یا از بستر تشدید کننده بگذرد که در این حالت صدها بار بیشتر از زمانی که در حفره نوری بود می‌باشد. در لیزرهای پیچیده تر، تنظیم توسط 4 و یا تعداد بیشتری آینه باعث ایجاد حفره‌های مورد نظر می‌شود. طراحی و تنظیم آینه ها با توجه به بستر برای تعیین طول موج مورد نیاز و دیگر خصوصیات سیستم لیزری انجام میگیرد. دیگر ابزارهای نوری همچون آینه‌های گردان، تعدیل کننده ها، ----- ها و جاذب ها ممکن است در تشدید کنندهٔ نوری لحاظ شوند تا بتوانند اثرات مختلف و کاملا اختصاصی ای بر روی تولید امواج نور لیزری بگذارند.







اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون

اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون ابزاری مفید برای بازسازی سه بعدی و بدست آوردن تصاویر سه بعدی با کیفیت بالاست. خصوصیت کلیدی میکروسکوپی هم کانون توانایی آن در ایجاد تصاویر بدون کدورت از نمونه ها ی ضخیم در عمقهای مختلف است. اصول این نوع خاص از میکروسکوپی توسط ماروین مینسکی در سال1953 کامل شد اما هنوز سی سال دیگر زمان لازم بود تا لیزر بتواند بعنوان یک منبع نور نقطه‌ای برای میکروسکوپی هم کانون و بعنوان روشی استاندارد در اواخر دههٔ 1980 مورد استفاده قرار بگیرد.







تشکیل تصویر

در اسکن میکروسکوپی لیزری هم کانون یک پرتو لیزری از روزنهٔ منبع نوری گذشته و سپس توسط عدسی های شیئی به حجم کانونی کوچکی بر روی یک نمونهٔ فلورسانت متمرکز می‌شود. سپس مخلوطی از نور فلورسانت تابیده شده و لیزر بازتابیده شده از نقطهٔ مورد تابش قرار گرفته توسط عدسی های شیئی جمع آوری می‌شود. یک جدا کنندهٔ طیفی مخلوط نور را با گذر انتخابی نور لیزری و بازتاباندن نور فلورسانت به دستگاه جداساز از هم مجزا می‌کند. پس از گذر این نور، نور فلورسانت توسط یک وسیلهٔ جدا کنندهٔ نور( لولهٔ تشدید کنندهٔ نور و یا دیود بهمن نوری) باعث تغییر سیگنال نوری به یک سیگنال الکترونیکی شده که در مرحلهٔ بعد این سیگنال الکتریکی توسط رایانه قرائت می‌شود. روزنهٔ جداساز از ورود نور به اصطلاح تنظیم نشده یعنی نور فلورسانسی که از سطح کانونی عدسی های شیئی منشاء گرفته ممانعت به عمل می‌‌آورد. پرتوهای نوری از زیرسطح کانونی قبل از رسیدن به جداساز متمرکز می‌گردند و بخش عمده‌ای از آنها بواسطهٔ متمرکز نبودن بر روزنهٔ جداساز حذف می‌گردند و بقیهٔ پرتو ها به جداساز میرسند. در این روش بخش خارج از کانون قسمت بالا و پایین به میزان زیادی کاهش میابد که نهایتا باعث تشکیل تصویری واضح تر نسبت به روش های میکروسکپی سنتی می‌گردد. نور جداسازی شده‌ای که از بخش نورانی نمونه منشاء گرفته در تصویر حاصله بشکل یک نقطه نمایش داده می‌شود. بنابراین تصویر نهایی ردیف به ردیف و نقطه به نقطه تشکیل می‌گردد و درخشش نهایی تصویر حاصله با شدت نور جداسازی شدهٔ فلورسانت مطابقت خواهد داشت. پرتو سرتاسر نمونه را بشکل صفحه‌های افقی و با استفاده از آینه‌های نوسانگر خود مهار شونده اسکن می‌کند. این روش اسکن( پویش) کردن معمولا امکان ایجاد واکنشهای نهفتهٔ کمتری دارد و با کم شدن سرعت آن نسبت قابل قبول تری از سیگنال به خطا را نتیجه می‌دهد و نهایتا تباین و کیفیت بالاتری نتیجه می‌دهد. اطلاعات لازم را می‌توان با صفحه‌های کانونی متعدد و با تغییر سطح میکروسکوپ به سمت بالا و پایین بدست آورد. رایانه می‌تواند یک تصویر سه بعدی از نمونه را بوسیلهٔ سری زدن تعداد زیادی از تصاویر دو بعدی متوالی ایجاد کند.

بعلاوه میکروسکوپی کانونی پیشرفت زیادی را در کیفیت نهایی و ظرفیت برش نوری سری مناسب فراهم کرده که این امر حتی در نمونه‌های زندهٔ با حداقل آماده سازی قابل مشاهده است. با توجه به اینکه این روش وابسته به فلورسانس است، نمونه ها معمولا بایستی با رنگهای فلورسانس رنگ آمیزی شوند. با اینحال بایستی توجه کرد که غلظت مواد خارجی به حدی کم باشد که بر روی ساز و کار طبیعی زیستی تاثیر منفی نگذارد. برخی ابزار ها حتی قادر به ردیابی یک ملکول خاص فلورسانس نیز میباشند. همچنین روشهای ترنس ژنیک می‌توانند ارگانیسمهایی را بوجود بیاورند که خودشان ملکول فلورسانس تولید کنند.(مثل پرونئینهای سبز فلورسانت).





ارتقاء کیفیت با بکارگیری اصول هم کانونی

وقتی روش مورد استفادهٔ ما روش میکروسکوپی لیزری هم کانون باشد روشی که برای توصیف تفکیک پذیری مورد استفاده قرار میگیرد بسادگی قابل مقایسه با دیگر روشهای اسکن همچون اسکن میکروسکوپی تونلی می‌باشد. این روش با اسکن نوک اتمی بر روی سطح هادی انجام می‌شود و همراه با تونلهای مجزاییست که هر جزء سطح را پایش می‌کند. اگر نوک اتمی کند شود، یعنی اگر شامل جند اتم شود کیفیت تصویر حاصله کاهش میابد.

SCM در روش

یک نمونه یفلورسانت توسط یک منبع نقطه‌ای لیزر مورد تابش قرار گرفته و کیفیت تصویر هر کدام از اجزا با شدت تابش فلورسانت حاصله متناسب خواهد بود. در اینجا اندازهٔ نوک اسکن کننده که برای کیفیت پایانی بسیار حیاتی است توسط حد انکسار سیستم نوری تعیین می‌گردد. این حالت موید این حقیقت است که تصویر منبع نقطه‌ای لیزر اسکن کننده یک نقطهٔ بی نهایت کوچک نیست بلکه از یک الگوی سه بعدی انکساری تبعیت می‌کند. اندازهٔ الگوی انکسار و اندازهٔ کانونی توسط اندازهٔ روزنهٔ عدسی های شیئی سیستم و طول موج لیزر مورد استفاده تعیین می‌گردد. این حالت را می‌توان بسادگی در حد تفکیک میکروسکوپهای نوری قدیمی مشاهده کرد که به اصطلاح به آن تابندگی گسترده می‌گویند. با اینهمه این مشکل با تکنیکهای تابندگی نور به اندازهٔ کوچکی که در هر زمان جداسازی می‌شود قابل بر طرف کردن است. با اینهمه این بسیار مهم است که حجم موثر نور تولیدی معمولا کمتر از حجم تابندگیست یعنی الگوی انکسار تولید نور قابل جداسازی دقیق تر و البته کوچکتر از الگوی انکسار تابندگیست. این به آن معناست که حد تفکیک میکروسکوپهای هم کانون نه تنها به احتمال تابندگی بستگی دارد بلکه به احتمال ایجاد فوتونهای قابل جداسازی نیز وابسته اند. بسته به خصوصیات فلوئورسانس رنگهای بکار رفته پیشرفتهای محدودی می‌تواند در کیفیت جانبی میکروسکوپهای سنتی بوجود آید. با اینهمه با استفاده از فرایند تولید نور با احتمال کمتر وقوع ایجاد اثرات ثانویه، با تمرکز بر نقطهٔ محدود با بالاترین کیفیت ممکن می‌توان به ارتقاء کیفیت جانبی به اندازه‌ای قابل توجه امید وار بود. متاسفانه احتمال تولید فوفتونهای قابل جداسازی اثر نامطلوبی بر نسبت سیگنال به خطا دارد. این مشکل را می‌توان بوسیلهٔ استفاده از فوتو دیتکتورهای بیشتر و یا با افزایش شدت منبع نقطه‌ای لیزر تابیده شده جبران کرد. افزایش شدت این خطرات باعث بی رنگ شدن و یا آسیب به نمونهٔ مورد نظر می‌شود خصوصا اگر آزمایشاتی برای مقایسهٔ درخشش فلورسانس مورد نیاز باشد.





LASEK در مقابلLASIK

LASEK

فرآیندیست که در آن تغییرات دایمی قرنیه با استفاده از لیزر اگزایمر برای برداشتن مقدار کمی از بافت جلوی چشم، بافتی که درست زیر لایهٔ خارجی اپیتلیوم قرار دارد انجام می‌شود. بر خلاف لیزیک در این فرایند اپیتلیوم از پردهٔ قرنیه برداشته نمیشود و اپیتلیوم باعث حفاظت از چشم در طی انجام این فرآیند شده و بعدها بصورت یک بانداژ طبیعی برداشته می‌شود. از آنجایی که بر خلاف لیزیک در این فرایند از چاقو/میکروکرماتور یا لیزر برنده استفاده نمیشود، پایداری قرنیه کاملا بدون تغییر باقی میماند اما درد یشتر و بهبودی دید آهسته تر از فرآیند لیزیک خواهد بود. همانند پی پی کا در لیزک خطر جابجا شدن پرده‌های قرنیه که ممکن است به کرات در اثر ضربه حتی سالها بعد از فرآیند لیزیک رخ دهد وجود ندارد.





ایمنی در لیزر

لیزر منبع نوریست که می‌تواند برای اشخاصی که با آن در تماسند خطرناک باشد. حتی لیزرهای با نور کم هم می‌تواند برای بینایی اشخاص مخاطره آمیز باشد. لنسجام ذاتی و پخش اندک نور لیزر به این معناست که این پرتو قادر است در نقطهٔ بسیار کوچکی در شبکیهٔ چشم متمرکز گردد که نتیجتا در عرض چند ثانیه منجر به سوختگی موضعی و آسیبهای دایمی خواهد شد. طول موجهای خاصی از لیزر قادرند ایجاد آب مروارید یا کاتاراکت کرده و حتی منجر به جوش آمدن مایع زجاجیه گردند. علاوه بر این لیزرهای مادن قرمز و فرابنفش خطر بیشتری را متوجه فرد می‌کنند چرا که واکنش بسته شدن پلک در انسان در مواقع خطر احتمالی برای چشم تنها در مواقعی که نور مرئی باشد انجام می‌شود.





دسته بندی

لیزرها بر اساس طول موج و حداکثر توان خروجیشان در رده‌های زیر طبقه بندی می‌گردند:



دستهٔ اول: اساسا بی خطر؛ هیچگونه احتمالی برای آسیب رساندن به چشم در این گروه وجود ندارد. این امر می‌تواند بدلیل توان خروجی محدود آنها( که حتی در تماسهای طولانی هم خطری را متوجه چشم شخص نمیکنند) باشد و یا به این دلیل باشد که محصور بودن آنها و عدم تماس در شرایط طبیعی کار بطور کلی احتمال خطر تماس را از بین میبرد مثل حالتی که در دستگاه‌های خواندن سی دی وجود دارد.

دستهٔ دوم: واکنش طبیعی یسته شدن چشمها از آسیب جلوگیری خواهد کرد و توان خروجی آنها حدود

1 mw

می‌باشد.

دستهٔ سوم اولیه: لیزرهایی که در این دسته قرار میگیرند بواسطهٔ بکار گرفته شدن در ابزاری که ممکن است باریکهٔ نور را تغییر دهند خطرناک در نظر گرفته میشوند. توان خروجی آنها

5-1mw

می‌باشد، اغلب لیزرهای نقطه‌ای در این گروه قرار دارند.

دستهٔ سوم ثانویه: این دسته زمانی خطرناک محسوب میشوند که باریکه نور مربوط به لیزر مستقیما بدرون چشم تابیده ویا منعکس شود. این گروه مربوط به لیزرهایی می‌شود که قدرتی حدود

5-500 mw

دارند. انعکاسهایی که با پراکنده شدن باریکهٔ نوری همراه باشند بعنوان یک خطر جدی در نظر گرفته نمیشوند.

دستهٔ چهارم: لیزرهای این دسته بینهایت خطرناکند. حتی اگر انعکاس پراکنده شدهٔ آنها هم به پوست و یا چشم تابیده شود هم می‌تواند خطرناک باشد. لیزرهایی که توان بیش از

500 mW

و یا توانایی تولی امواج نوری داشته باشند در این دسته قرار میگیرند. اگرچه که شدت نور خروجی آنها ممکن است تنها چند برابر نور درخشان خورشید باشد ولی بایستی توجه داشت که این نور مستقیما بر نقطهٔ بسیار کوچکی متمرکز می‌گردد. نیروهایی که برای لیزرهای بالا ذکر شد انواع معمول توانها میباشند. دسته بندی ما مستقل از طول موج و موجی و یا پیوسته بودن لیزر می‌باشد و تنها بر ایمنی تاکید دارد.



رهنمودها

استفاده از پوشش محافظتی برای لیزرهای دستهٔ سوم ثانویه و دستهٔ چهارم قویا توصیه می‌شود و طبق نظر سازمان مدیریت خطرات و ایمنی شغلی ایالات متحده الزامیست. با اینهمه تحقیقات صورت گرفته نشان داده‌اند که دانشمندان محقق حتی در شرایطی که با لیزرهای گروه چهارم سر و کار دارند معمولا از پوششهای محافظ چشمی استفاده نمیکنند. مشکل اینجاست که محافظهایی همچون عینکها پس از مدت کوتاهی ناخوشایند و عذاب آور خواهند بود. برای مثال در طیف سنجی آرایش تجربی دائما تغییر کرده و تنظیم آن مستلزم اینست که شخص مسیر طیف گسیل شده را ببیند. اینکار به اسانی با چشم غیر مسلح قابل انجام است ولی انجام آن با دوربین به مراتب مشکل تر است. در این شرایط افراد بیش از آنکه به ایمنی اهمیت دهند به سادگی و راحتی کار اولویت می‌دهند و معمولا قوانین ایمنی را نقض می‌کنند. گاهی اوقات هم رعایت موازین غیر قابل اجتناب است. برای مثال زمان کار کردن با لیزر: RGB

از نظر فنی به استفاده از عینکهای ایمنی کاملا مشکی نیاز است. با اینکه شاید تمامی افرادی که در این زمینه مشغول به کارند با رهنمودهای زیر موافق نباشند ولی قطعا اکثر دانشمندان این رهنمودها را در عرصهٔ کاری رعایت می‌کنند.هر کسی که با لیزر تماس دارد باید از خطرات آن بطور کامل مطلع باشد. این آگاهی نباید بسته به زمان تماس باشد بلکه بایستی توجه داشت که کارکرد طولانی با خطرات غیر قابل دیدن(مثل خطرات مربوط به پرتوهای لیزر مادون قرمز) معمولا باعث کاهش هشیاری و سهل انگاری افراد می‌گردند.بسیاری از افرادی که در شرایطی کار می‌کنند که کارشان بر روی میزهای نوری انجام می‌شود و تمامی طیف لیزر در یک سطح افقی حرکت می‌کند و در لبهٔ میز متوقف می‌گردد احساس کاذب ایمنی در برابر لیزر دارند. این افراد تنها به این امر بسنده می‌کنند که اگر چشمانشان در امتداد طیف افقی لیزر قرار نگیرد کاملا ایمن هستند ولی باید دانست که بشکل تصادفی امکان منعکس شدن این طیف در همه حال وجود دارد. رهنمودهای زیر ممکن است در کاهش خطراتن نقش زیادی داشته باشد ولی باید دانست که هنوز هم بسیاری از خطرات تنها بدلیل استفاده نکردن عینکهای محافظ است. در یک تنظیم نوری مهم، اطمینان از اینکه تمامی آینه ها، فیلترها، و عدسی ها کاملا در حالت عمودی قرار گرفته‌اند مشکل است. این حالت خصوصا زمانی که شرایط کار تغییر می‌کند اهمیت بیشتری میابد. انعکاسهای اتفاقی رو به بالا ممکن است توسط ساعت و یا جواهرات ایجاد شوند. حتی اگر استفاده از زیور آلات ممنوع باشد باز هم امکان انعکاس از وسایل و ابزار شخص که وارد محدودهٔ باریکهٔ نور شده‌اند مثلا توسط پیچ گوشتی امکانپذیر است. بایستی توجه داشت که معمولا انعکاس ها تا زمانی که منجر به آسیب نشده‌اند ناشناخته باقی میمانند. زمانی که چیزی را از سطح زمین بلند میکنید با بستن پلک چشم توانید جلوی خطر لیزرهای چند واتی را بگیرید و بایستی از پوشش معمولا کدر چشمی استفاده کنید. این حالت خصوصا زمانی که لیزرها پرتوهای مادون قرمز باشند بیشتر موضوعیت دارد. بستن هر دو چشم در زمین زانو زدن می‌تواند بعنوان یک روش طبیعی برای محافظت از چشم برای کارگرانی که در محدوده کار می‌کنند مطرح باشد. هیچکس نمیتواند بدون استفاده از محافظهای چشمی از تمامی خطرات ذکر شده جلوگیری کند. خصوصا که در برخی محیطهای کاری از پرتوهای نامرئی مادون قرمز استفاده می‌شود که هیچ نشانهٔ ظاهری هم ندارند. به این ترتیب کار کردن بدون عینک در چنین شرایطی مترادف با معاوظهٔ سلامتی با راحت طلبییست. عدم استفاده از عینک با اینکه معمول است ولی در هیچ قانون حرفه‌ای و مستدلی نگاشته نشده است.

محافظ چشمی مناسب برای هر کسی که در اتاق هست الزامیست و نباید فقط برای کسی که مشغول کار است الزامی در نظر گرفته شود.مسیر پرتوهای با شدت بالا که معمولا تعدیل نمیشوند بایستی به لولهٔ سیاهی هدایت شوند. این موضوع در خصوص پرتوهای فرابنفش ضعیفتر هم بواسطهٔ احتمال سرطان پوست صدق می‌کند. زمانی که عمل تعدیل و میزان کردن بر روی پرتو لیزر انجام می‌شود این امکان که انرژی آن تا حد بی خطر کاهش یافته و سپس بطور ناگهانی به حد بسیار شدید برسد وجود دارد. احتیاط خاصی بایستی در رابطه با وارد کردن و خارج کردن آینه ها در مسیر طیف پرتو انجام پذیرد. میزان کردن پرتو هم می‌تواند در جای خود خطرناک باشد چرا که ممکن است در این بین پرتو به تیرکهای فلزی محل تابیده و منعکس گردد. سبکهای بی احتیاط کار کردن ممکن است بواسطهٔ دلایل زیر ایجاد شده و یا تسریع گردد. سخت بودن دسترسی به حفاظهای چشمی مناسب( خصوصا زمانی که کارگران با طول موجهای مختلف کار می‌کنند) ابزارهای محافظ بسیار ناراحت و آزار دهنده ارزیابی غیر منطقی خطرات قوانین ایمنی بسیار سختگیرانه که باعث تشویق کارگران به نقض کردن آنها می‌شودونداشتن دانش کلی در خصوص موضوعات مربوط به ایمنی.









ایمنی الکتریکی


بحث در مورد ایمنی لیزر را نمیتوان بدون در نظر گرفتن ایمنی الکتریکی در شکل عمومی کامل دانست. لیزرها عموما در ولتاژ بالا هستند. بطور مثال لیزرهای موجی کوچک

5mj

400 ولت به بالا هستند و این میزان به اندازهٔ چندین کیلوولت برای لیزرهای قوی تر افزوده می‌گردد. این نیرو در کنار آب پر فشاری که برای خنک کردن لیزرها مورد استفاده قرار میگیرد و یا ابزارهای الکتریکی مربوطه باعث ایجاد خطر بیشتری در خصوص لیزرها می‌گردد. بطور کلی این کاملا ضروریست که برای جلوگیری از ایجاد شوک الکتریکی در زمان آب گرفتگی احتمالی محل تمام قطعات الکتریکی حداقل 10 اینچ از زمین فاصله داشته باشند. میز نوری، لیزرها و دیگر تجهیزات بایستی بشکل صحیحی نصب گردند.



جوشکاری فلزی توسط لیزر

جوشکاری توسط پرتو لیزر در تولیدات صنعتی بشکل روزافزونی در حال گسترش است و دامنهٔ استفادهٔ آن از میکرو الکترونیک تا کشتی سازی گسترده شده است. تولید انبوه خودکار در این بین از بیشترین توسعه برخوردار گشته‌اند که این پیشرفتها را می‌توان مرهون عوامل زیر دانست:حرارت ورودی محدود منطقهٔ حرارت پذیرفتهٔ کوچک میزان ناصافی اندک سرعت بالای جوشکاری این خصوصیات جوشکاری لیزری را گزینهٔ منتخب بسیاری از قسمتهای صنعتی کرده که از جوشکاری مقاومتی در گذشته استفاده میکردند. با توجه به خصوصیات منحصر به فرد این روش می‌توان بکارگیری گستردهٔ آنرا در زمینهٔ کاربردهای مختلف انتظار داشت. فرآیندهای ترکیبی که از ترکیب لیزر و قوس MIG

استفاده می‌کنند برای قرار گرفتن بر سطحی که بایستی جوشکاری در آن انجام شود طراحی شده اند. علاوه بر این تجهیزات ویژهٔ بکار گرفته شده بشکل قابل توجهی ابزارهای مورد نیاز برای آماده سازی لبهٔ مورد نظر برای جوشکاری را کاهش می‌دهند. آلیاژهایی که برای سیمهای پر کننده در قسمت درز گیری بکار میروند باعث یکدست شدن فیزیکی آن ناحیه میشوند. علاوه بر این فرآیندهای ترکیبی بکار گرفته شده قادر اند سرعت انجام کار را بشکل قابل توجهی افزایش دهند. همچنین در نفوذ عمقی و درزگیری کلی هم موثرند. پیشرفتهای بی نظیر اخیر در زمینهٔ دیودهای لیزری موقعیت جدیدی را برای حل مشکلات همیشگی صنعتی فراهم کرده است. البته باید در نظر داشت که این فرآیندها برای همگون شدن با قسمتهای مورد نظر بایستی بشکلی اختصاصی تغییر یابند. لیزرهای دی اکسید کربنی

2- 10 kw قدرتمند

در حال حاضر در جوشکاری بدنهٔ اتومبیلها، قسمتهای حمل و نقل، مبادله کننده‌های حرارتی و پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرند. سالها لیزرهای یاقوتی کمتر از

500w

برای جوش بخشهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. برای مثال قسمتهای کوچک و ظریف ابزارهای پزشکی، بسته‌های الکترونیکی و حتی تیغ های اصلاح صورت. لیزرهای یاقوتی چند کیلوواتی از گذراندن پرتو از فیبرهای نوری استفاده میکردند. اینکار بسادگی توسط روبوت ها انجام می‌شد و دامنهٔ وسیعی از کاربردهای سه بعدی مثل برش لیزری و جوش بدنهٔ اتومبیلها را ممکن میکرد. پرتو لیزر در نقطهٔ کوچکی متمرکز می‌شود و باشدتی که در آن نقطه ایجاد می‌کند باعث ذوب و حتی بخار کردن فلز می‌شود. برای تمرکز نیروی لیزرهای دی اکسید کربنی قدرتمند، آینه‌های خنک شونده توسط آب بجای عدسی ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جوشکاری بطور کلی به دو شکل انجام می‌شود. در شکل هدایتی جوشکاری، حرارت از طریق هدایت گرمایی به فلز منتقل می‌گردد. این روش مختص لیزرهای یاقوتی نسبتا کم انرژی تر است کهم معمولا جوشکاری های کم عمق تر با آنها انجام می‌شود. جوشکاری با لیزرهای پر انرژی معمولا در پر کردن حفره ها مورد استفاده قرار میگیرد. در این قسمت است که ذوب و تبخیر فلز اتفاق می‌‌افتد.





ساختار لیزر

لیزرها بطور معمول از یک محیط فعال و یک مشدد نوری ساخته می‌شون مشدد نوری از دو آینه که یکی بازتابنده تقریبا کامل و دیگری نیمه گذرنده-بازتابنده است تشکیل می‌شود که خروجی لیزر از آینه نیمگذرنده است.





کاربردهای لیزر

کاربرد در پزشکی : چاقوی لیزری، مته لیزری و جراحی لیزری ، ساخت چاقوی ظریف لیزری ، جلوگیری از خونریزی جراحیها و...

کاربرد در صنعت : جوشکاری لیزری، برشهای لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری و تراشکاری ، سوراخ کردن با لیزر و...

کاربردهای نظامی : ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ردیاب لیزری ، فاصله یاب لیزری ، بمب لیزری و...

کاربرد اساسی لیزر در اسپکتروسکوپی است.



سرمایش لیزری و تولید دماهای خیلی پایین.





لیزر مخفف عبارت:

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

می‌‌باشد و به معنای تقویت نور توسط تشعشع تحریک شده است .لیزر وسیله‌ای برای تبدیل نور معمولی به پرتوی باریک و متراکم است. دستگاه لیزر یک جریان الکتریکی را از ماده‌ای که می‌‌تواند جامد, مایع یا گاز باشد عبور می‌‌دهد. بعضی از اتم های ماده انرژی جذب می‌‌کنند و کوانتوم ساطع می‌‌کنند. این امر موجب می‌‌شود که اتم های دیگر نیز کوانتوم ساتع کنند. این کوانتوم ها (بسته‌های تشعشع) بین آینه هایی به عقب و جلو منعکس می‌‌شوند و نهایتاً به صورت نوری با یک طول موج واحد شلیک می‌‌شوند. اولین لیزر جهان توسط « تئودور مایمن » اختراع گردید که در آن از یاقوت استفاده شده بود. در سال ۱۹۶۲ پروفسور علی جوان, اولین لیزر گازی را به جهانیان معرفی نمود و بعدها نوع سوم و چهارم لیزرها که لیزرهای مایع و نیمه رسانا بودند اختراع شدند. در سال ۱۹۶۷ فرانسویان توسط اشعه ی لیزرِ ایستگاههایِ زمینیشان, دو ماهواره ی خود را در فضا تعقیب کردند, بدین ترتیب لیزر بسیار کار بردی به نظر آمد. نوری که توسط لیزر در یک سو گسیل می‌‌گردد بسیار پر انرژی و درخشنده است و قدرت نفوذ بالایی نیز دارد به طوری که در الماس فرو می‌‌رود. امروزه استفاده از لیزر در صنعت به عنوان جوش آورنده ی فلزات و چاقوی جراحی بدون درد در پزشکی بسیار متداول است. لیزرها سه قسمت اصلی دارند : 1) پمپ انرژی یا چشمه ی انرژی: که ممکن است این پمپ اپتیکی یا شیمیایی و یا حتی یک لیزر دیگر باشد. 2) ماده ی پایه و فعال: که نام گذاری لیزر بواسطه ی ماده ی فعال صورت می‌‌گیرد.3) مشدّد کننده ی اپتیکی: که شامل دو آینه ی بازتابنده ی کلی و جزئی می‌‌باشد. جنس امواج نور امواج نور از نوع امواج الکترومغناطیسی هستند که برای انتشار احتیاجی به محیط مادی ندارند. یک موج الکترومغناطیسی ترکیبی است از دو میدان عمود بر همِ الکتریکی و مغناطیسی که در شکل زیر به ترتیب با موجهای زرد رنگ و آبی رنگ نشان داده شده اند.





تقسیم بندی لیزرها

طبقه بندی لیزر در حالت کلی : لیزر پالسی لیزر پیوسته کار

لیزرها بر اساس آهنگ خروج انرژی از آنها به دو دسته "پیوسته‌کار" و "پالسی" تقسیم ‌بندی می‌شوند. نور لیزرهای پیوسته‌کار بطور پیوسته گسیل می‌شود، ولی نور لیزرهای پالسی در زمانهای کوتاه که به این زمان "دوام پالس" گفته می‌شود ارائه می‌گردد. فاصله زمانی ارائه دو پالس متوالی معمولاً خیلی بیشتر از زمان دوام پالس است. لیزرهای پالسی به‌دلیل اینکه می‌توانند انرژی خود را در زمان کوتاهی ارائه دهند، معمولاً دارای توانهای بالاتری می‌باشند. لیزرها را براساس حالت ماده لیزر زا هم به لیزرهای حالت جامد ، لیزرهای گازی ، لیزر رزینه ، لیزرهای نیمه‌هادی (دیودهای لیزری)، و لیزرهای الکترون آزاد تقسیم ‌بندی می‌کنند. همچنین ممکن است لیزرها را براساس نوع ماده تشکیل‌دهنده محیط لیزر زایی نیز تقسیم‌بندی کرد. لیزر یاقوت ، لیزر نئودیوم- یق ، لیزر دی اکسید کربن ، لیزر هلیوم- نئون و انواع لیزرهای دیگر بر این اساس نامگذاری شده‌اند.





همدوسی زمانی لیزر

همدوسی زمانی فوتونهای نور لیزر به معنی هماهنگی بین آنها از لحاظ وضعیت ارتعاشی (فاز) آنهاست. همدوسی مکانی نور لیزر به معنی هماهنگی بین فوتونهای تشکیل دهنده نور لیزر از لحاظ راستای انتشار آنهاست. به لحاظ همدوسی زمانی که در نور لیزر وجود دارد، قدرت تأثیر گذاری فوتونهای آن در نقطه هدف بسیار بالاتر از نورهای معمولی است؛ زیرا طبق اصل برهمنهی امواج ، به دلیل همفاز بودن این فوتونها میدانهای الکتریکی‌شان مستقیما باهم جمع شده و میدانی قوی را بوجود می‌آورند.





همدوسی مکانی لیزر

همچنین به لحاظ همدوسی مکانی نور لیزر ، نور خروجی بصورت باریکه‌ای جهتمند از آن خارج شده و می‌تواند تا مسافتهای طولانی‌تری بدون افت چشمگیر توانش طی کند و نیز بوسیله کانونی کردن آن در نقطه کوچکی می‌توان به شدتهای بسیار بالایی دست یافت. نور لیزر نوری تقریبا تکرنگ است. مشخصه رنگ در نور به فرکانس آن وابسته است، بنابراین نور فوتونهای لیزر در محدوده کوچک فرکانسی گسیل می‌شوند، در حالیکه منابع نور معمولی گستره فرکانسی بسیار بالایی را دارند.معیار تکرنگی یا خلوص نور لیزر ، پهنای فرکانسی آن است که طبق تعریف ، فاصله دو فرکانسی است که منحنی توزیع فرکانسی نورهای گسیلی در نصف ماکزیمم آن دارند. این فاصله در لیزرها فوق‌العاده کمتر از منابع نور معمولی یا منابع نور گازی است. این به معنای آن است که اکثر انرژی تابشی لیزرها حول فرکانس مرکزی آن می‌باشد. در منابع معمولی ، برعکس لیزرها منحنی توزیع فرکانسی بسیار وسیع است و پهنای فرکانسی آن نیز نتیجتا بسیار زیاد است. بنابراین اگر بخواهیم که نور این منابع را با استفاده از مثلا ----- و یا یک تجزیه‌گر بصورت تقریبا تکرنگ در بیاوریم، از شدت آن به‌مقدار زیادی کاسته خواهدشد. همدوسی خاصیتی است که به بهترین وجه نور لیزر را از سایر انواع نور متمایز می‌کند و باز هم این خاصیت، نتیجه ماهیت فرآیند نشر القایی است. نور حاصل از منابع معمولی که توسط نشر خود به خودی کار می‌کنند، به نور غیر همدوس آشفته موسم است. در این موارد ، هیچ همبستگی بین فاز فوتونهای گوناگون وجود ندارد و در اثر تداخلهای اساسا تصادفی بین آنها ، افت و خیز محسوسی در شدت پدید می‌آید. در مقابل در لیزر ، فوتونهایی که توسط محیط برانگیخته لیزر نشر می‌شوند، با سایر فوتونهای موجود در حفره ، همفازند.مقیاس زمانی که طی آن همبستگی فاز برقرار می‌ماند، به عنوان زمان همدوسی شناخته می‌شود. بنابراین دو نقطه در طول باریکه لیزر به فاصله‌ای کمتر از طول همدوسی ، باید فاز مرتبطی داشته باشند. طول همدوسی برای انواع مختلف لیزر متفاوت است. مهمترین کاربرد همدوسی لیزری تمام نگاری (هولوگرافی) است، که روش برای تهیه تصاویر سه بعدی به شمار می رود. ایجاد هولوگرام:با استفاده از لیزر ، می توان تصویری ایجاد کرد که هر گاه به طریق صحیح به آن نور تابانده شود ، سه بعدی به نظر می رسد.





تکفامی

مشخصه بارز نور لیزر و خاصیتی که بیشترین ارتباط را با کاربردهای شیمیایی دارد، تکفامی اساسی آن است. این خاصیت از این حقیقت منشأ می‌گیرند که تمام فوتونها در اثر گذار بین دو تراز انرژی اتمی یا مولکولی مشابه ، نشر می‌شوند و بنابراین تقریبا فرکانسهای دقیقا یکسانی دارند. تعداد کمی از فرکانسها با فواصل اندک از یکدیگر ، ممکن است در عمل لیزر حضور داشته باشند، بطورری که برای رسیدن به تکفامی بهینه باید وسیله اضافی دیگری را برای گزینش فرکانس لیزر تعبیه کرد. معمولا برای این کار از یک نسخه استفاده می‌شود که عنصری اپتیکی است که درون حفره لیزر قرار می‌گیرد و به گونه‌ای تنظیم می‌شود، که تنها یک طول موج معین بتواند بین دو آینه انتهایی ، بطور نامتناهی به جلو و عقب حرکت کند.





تفاوت پرتو لیزر با نور معمولی

پرتو لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از: شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی‌ و همدوسی. لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند. ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ایکس ، گاما ، ماورا بنفش و مادون قرمز جایگاهی معین در طیف الکترومغناطیسی را داراست، حال آنکه این پرتو می‌تواند هر کدام از فرکانسهای محدوده طیف نامبرده را در برگیرد، با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تکفامی، همدوسی و شدت زیاد است. اینکه چگونه می‌توان پرتو لیزری با فرکانسهای دلخواه را تولید نمود، کار دشواری است که عملا با آن روبرو هستیم. مشکل دیرپا در تابش لیزری، فقدان پوشش گسترده طول موجی در آن است. به دلیل اینکه لیزرها به‌خودی ‌خود فاقد قابلیت تنظیم طول موج هستند، پوشش کل طیف نورانی نیاز به ابزارهای متعدد و جداگانه دارد.





انواع لیزر

لیزر حالت جامد

در این نوع لیزر ، ماده فعال ایجاد کننده لیزر ، یک یون فلزی است که با غلظت کم در شبکه یک بلور یا درون شیشه ، به صورت ناخالصی قرار داده شده است. فلزاتی که برای این منظور بکار می‌روند عبارتند از: اولین سری فلزات واسطه ( لانتانیدها و آکتنید ها ) ازمهمترین لیزرهای حالت جامد می‌توان از لیزر یاقوت که یک لیزر سه ترازی است و لیزرهای نئودنیوم می‌توان نام برد.

لیزر گازی

ماده فعال در این سیستمها یک گاز است که به صورت خالص یا همراه با گازهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی از این مواد عبارتنداز: نئون به همراه هلیوم (لیزر هلیم_نئون) ، دی اکسید کربن به همراه نیتروژن و هلیوم ، آرگون ، کریپتون ، هگزا فلورئید و...



لیزر مایع

از مایعات بکار رفته در این نوع لیزرها اغلب به منظور تغییر طول موج یک لیزر دیگر استفاده می‌شود. (اثر رامان). بعضی از این مواد عبارتند از: تولوئن ، بنزن و نیتروبنزن. گاهی محیط فعال برخی از این لیزرها را محلولهای برخی ترکیبات آلی رنگین از قبیل مایعاتی نظیر اتانول ، متانول یا آب تشکیل می‌دهد. این رنگها اغلب جز رنگهای پلی‌متین یا رنگهای اگزانتین و یا رنگهای کومارین هستند.

لیزر نیم رسانا

این نوع لیزرها به لیزر دیود و یا لیزر تزریقی نیز معروفند. نیم رساناها از دو ماده که یکی کمبود الکترون داشته و دیگری اضافی دارد،بوجود می آید.



لیزر شیمیایی

در این نوع لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده‌ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می‌شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می‌افتد .



لیزر کی‌لیتی

به دلیل وجود تابشهای فلورسانس پرشدت حاصل از بعضی ترکیبات کی‌لیتی لانتانیدها ، استفاده از این سیستمها چندان مورد توجه نبوده است. این ترکیبات ایجاد پرتو لیزر را ممکن ساخته است. یکی از مکانیسمهای پیشنهادی برای این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه برمی‌گردد.این تابش سرچشمه پرتو نور لیزر است.دی‌کتونها از جمله لیگاندهایی هستند که با لانتانیدها تولید ترکیبات کی‌لیتی می‌نمایند. در چنین سیستمهایی می‌توان با استفاده از یونهای فلزی گوناگون ، لیزرهای کنترل شده بدست آورد. لکن نیاز به درجه حرارت پایین جهت تامین کارآیی خوب ، از توجه و مطالعه در مورد این سیستمها کاسته است.



کاربرد لیزر در پزشکی

درمان ضایعات عروقی با لیزر

لیزر در جراحی حنجره

کاربرد لیزر کم‌توان در ترمیم زخم و اثرات ضد درد آن

کاربرد لیزر در اندودانتیکس

اصول کلی درمان لیزرهای کم توان

کاربردهای لیزر های کم توان در دندانپزشکی

لیزر در جراحی دهان و فک و صورت

کاربردهای لیزر پرتوان در دندانپزشکی



لیزر در جراحی دهان و فک و صورت

بسیاری از خصوصیات ذاتی لیزرها که به آنها امکان انجام جراحی بر روی بافت های نرم را می دهند در روند به کارگیری این ابزار جراحی برای درمان ضایعات بدخیم حفره دهان و بافت های مجاور آن مفید هستند. توانایی لیزر در تولید هموستاز به کمک مسدود ساختن عروقی که قطر آنها حتی از خود شعاع لیزر کوچکتر است، بسیار جالب توجه می باشد. زیرا به ما این امکان را می دهد که یک جراحی بسیار دقیق در یک محیط خشک و بدون خونریزی را به انجام رسانیده و همچنین با بستن عروق امکان توسعه و انتشار سلول های سرطانی در حین عمل را به صفر تقلیل دهیم.

اصول کلی درمان لیزرهای کم توان

استفاده از لیزر در پزشکی براساس واکنشهای متفاوت نور با بافت قرار دارد که بسته به توان انرژی نورانی این واکنشهای فتوبیولوژیک به 3 دسته تقسیم می شوند:واکنشهای خنثی: در طی آن پروسه های بیولوژیک در واکنش با نور تغییر نمی یابد. از این اثر غیراختلالی در جهت ساخت دستگاههای تشخیص پزشکی استفاده می شود.واکنشهای تخریبی: در این دسته از واکنشها تأثیرات فتوفیزیکی نور بر روی بافت زنده منجر به تولید حرارت و تخریب بافت می شود که از این واکنشها در جراحی استفاده می شود. در این دسته، لیزرهای پرتوان با توان بالای 5/0 وات قرار دارند. واکنشهای فتوشیمیایی: انرژی جذب شده توسط بافت زنده منجر به یک سری فعال شدن روندهای بیوشیمیایی در سلول می شود که در نهایت پروسه ساخت و ساز بیولوژیک در سلول صورت می گیرد این تأثیرات نوری توسط لیزرهای کم توان در بافت ایجاد می شود توان این لیزرها بین 1 تا 500 میلی وات می باشد.

برای اولین بار الکساندر گورویچ در سال 1927 متوجه القاء نوری یا شد، به عبارتی سلولها در فاز رشد قادر به ساطع کردن امواج نوری از خود می باشند که این امواج در بیوپلاسم سلولهای هم فاز مجاور قادر به انتقال انرژی و فعال کردن این بیوپلاسم می باشند. انرژی جذب شده توسط سلول منجر به افزایش انرژی سلولی بین 500-300 درصد میشود.(قانون بقای انرژی). این روند افزایش انرژی منجر به فعال شدن روند ساخت پروتئین ها در سلول شده و اثرات بیولوژیک لیزر ظاهر می شود، مانند اثرات ضد ادم، ضد التهاب، ضد درد، نئوواسکولاریزاسیون، افزایش درناژ وریدی و لنفاوی، ترمیم سریع زخم ها، مدولاسیون سیستم ایمنی. برای این که بتوانیم اثرات درمانی مناسب لیزرهای کم توان را به دست بیاوریم باید از مشخصات لیزر و اصول درمانی اطلاع کافی داشته باشیم.مشخصات شناسنامه ای هر لیزر دارای اطلاعات زیر می باشد:

1-طول موج

2- توان

3- رژیم تابش

4- فرکانس پالس ها

5- طول زمان هر پالس

6-سطح تابنده

7-زاویه واگرایی لیزر



پارامترهای درمانی عبارتند از:

طول موج: این پارامتر مشخص کننده عمق نفوذ لیزر و ماده جاذب لیزر می باشد. لیزرهای محدوده نور مرئی معمولاً در حد 5 تا 8 میلیمتر نفوذپذیری و لیزرهای مادون قرمز نزدیک، بسته به مولد آنها از 3 تا 5 سانتیمتر نفوذپذیری دارند.

توان: در لیزرهای کم توان معمولاً بین 1 تا 250 میلی وات می باشد و محدوده 250 تا 500 میلی وات لیزرهای توان متوسط هستند که اثر گرمایی نیز به واکنش های فتوشیمیایی اضافه می شود. توان متوسط با رژیم تابش لیزر ارتباط مستقیم دارد.

سطح مورد تابش: از این نظر مهم است که باید انرژی درمانی کافی به سطح مورد نظر رسانده شود. دانسیته توان یا شدت تابش انرژی به واحد سطح: دیده شده است که در دانسیته های بالاتر اثر فتوبیولوژیک زودتر و بهتر ظاهر می شود.

دوز درمانی: منحنی دوز درمانی لیزر از 1/0 ژول تا 10 ژول بر سانتیمترمربع متفاوت می باشد. بهترین پاسخ درمانی در دوز 1 ژول بر سانتیمتر مربع ظاهر می شود. در بسیاری از مطالعات (حداقل 100 مورد) مواردی که اثرات درمانی لیزر یا ظاهر نشده اند یا کم بوده اند دوز درمانی پایین تر از 1/0 ژول بر سانتیمتر مربع بوده است.

رژیم درمانی: رژیم تابش مداوم و رژیم تابش پالسی، در رژیم تابش پالسی توان متوسط با فرکانس و زمان هر پالس ارتباط مستقیم دارد و در بعضی از فرکانس ها بعضی اثرات لیزر بارزتر می باشد. مثل فرکانسهای 5 تا 100 هرتز در ایجاد بی دردی 1500 هرتز در اثر ضد التهاب و یا 10000 هرتز در ایجاد اثر ضد عفونت.

تعداد جلسات درمانی: از آنجا که اثرات درمانی در هر جلسه به مدت 12 تا 72 ساعت باقی می ماند. فاصله جلسات درمانی را بین 12 تا 72 ساعت یک بار تنظیم می کنند و به صورت معمول هفته ای 2 تا 3 بار انجام می شود.

توالی دوره درمان در سال: تکرار دوره های درمانی 2 تا 3 بار در سال، بر کیفیت و درصد بهبودی می افزاید.



روش های درمانی عبارتند از:

تابش موضعی، که به صورت مستقیم برروی ناحیه آسیب دیده تابش داده می شود. این تابش می تواند به روش تماسی یا غیرتماسی باشد.

تابش غیرمستقیم یا تابش سیستمیک: از اثرات سیستمیک لیزر در این روش ها استفاده می شود.

الف) رفلکسوتراپی یا تابش برروی نقاط طب سوزنی

ب) تابش بر نقاط ماشه ای یا نقاط دردناک

ج ) تابش برروی ریشه اعصاب

د ) تابش برروی درماتوم

ه ) تابش برروی خون

و ) تابش برروی مسیر لنفاوی

ز ) تابش برروی غدد سمپاتیک



آنچه که سبب می شود پرتو لیزر از نورهای دیگر متمایز شود در حقیقت ویژگیهای منحصر بفرد آن است که در هیچ منبع نوری دیگر یافت نمی شود. چهار ویژگی عمده لیزر عبارتند از: همدوسی ، تک رنگی ، واگرایی کم ، موازی بودن پرتو هر یک و یا ترکیبی از ویژگیهای بالا این امکان را فراهم می کند که قابلیت کاربردی لیزر در حوزه های مختلف گسترش روز افزون داشته باشد.حضور لیزر در عرصه پزشکی ابتدا به عنوان جایگزینی برای چاقوی جراحی بود، لذا هر جا که پزشک خود را نیازمند به چاقوی جراحی می دید، دستگاه لیزر مخصوص به آن طراحی و ساخته می شد.

امروزه تکنولوژی لیزر در کنار علوم الکترونیک و اپتیک این امکان را فراهم کرده است که دستگاه های مختلف با کاربری های متنوع بطور مستقیم و غیر مستقیم در دنیای پزشکی خود نمایی کند. لیزر را از جهات مختلف می توان تقسیم بندی نمود، اما دو پارامتر قدرت خروجی و طول موج آن بیش از دیگر ویژگیهای لیزر مورد توجه بوده است. به همین منظور انواع لیزر ممکن است بصورت 1-قدرت بالا 2- قدرت متوسط 3- قدرت پایین و یا 1 - مادون قرمز 2- بینایی 3- ماوراء بنفش تقسیم بندی شود. یکی از عواملی که سبب می شود پزشک از لیزر به بهترین نحو در امر پزشکی استفاده نماید، دانش و اطلاعات وی در خصوص فیزیک و مهندسی لیزر است. به همین خاطر لازم است در کنار اطلاعات پزشکی موارد اخیر را مورد توجه جدی قرار دهد.

[boomba]

دورنمایی از فلز مس



نام عمومی , علامت اختصاری , شمارهCopper, Cu, 29 گروه شیمیایی فلز انتقالیگروه , تناوب , بلوک11 , 4 , dجرم حجمی , سختی 8920 kg/m3, 3.0رنگ مس , فلزی



خواص اتمی
وزن اتمی 63.536 amuشعاع اتمی (calc.) 135 (145) pmشعاع کووالانسی 138 pmشعاع وندروالس 140 pmساختار الکترونی Ar]3d104s1]-e بازای هر سطح انرژی2, 8, 18, 1درجه اکسیداسیون (اکسید) 2,1 (باز ملایم)ساختار کریستالی مکعبی, face-centeredخواص فیزیکیحالت ماده جامد (مغناطیسی)نقطه ذوب 1357.6 K (1984.3 °F)نقطه جوش 2840 K (4653 °F)حجم مولی 7.11 scientific notation10-6 m3/molگرمای تبخیر 300.3 kJ/molگرمای هم‌جوشی 13.05 kJ/molفشار بخار 0.0505 Pa at 1358 Kسرعت صوت 3570 m/s at 293.15 Kمتفرقهالکترونگاتیویته 1.9 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 380 J/kg*Kرسانائی الکتریکی 59.6 106/m اهمرسانائی گرمایی 401 W/m*K1st پتانسیل یونیزاسیون 745.5 kJ/mol2nd پتانسیل یونیزاسیون 1957.9 kJ/mol3rd پتانسیل یونیزاسیون 3555 kJ/mol4th پتانسیل یونیزاسیون 5536 kJ/mol
پایدارترین ایزوتوپها: ایزووفور طبیعینیم عمر DMDE MeVDP63Cu69.17%Cu با 34 نوترون پایدار است. 64Cu{syn.}12.7 h ε1.67564Ni64Cu{syn.}12.7 h β-0.57964Zn65Cu30.83%Cu با 36 نوترون پایدار استواحدهای SI& STP استفاده شده ، مگر آنکه ذکر شده باشد.


اطلاعات اولیه

مس یکی از عناصر جدول تناوبی است که نشان آن Cu و عدد اتمی آن 29 می‌باشد.

پیدایش :

مس معمولا" به شکل معدنی یافت می شود.کانیهایی مثل آزوریت ، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت ( CuFeS2) ،کوولین ( CuS)،کالکوزین ( Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.


خصوصیات قابل توجه

مس فلز نسبتا" قرمز رنگی است که از خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزات خالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکی نقره در حرارت اطاق از مس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از میلاد برمی گردد، احتمالا" این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد.مس علاوه بر اینکه در سنگهای معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزی نیز یافت می شود.( مثلا" مس خالص در بعضی مناطق).
این فلز را یونانیان تحت عنوان Chalkos می شناختند. چون مقدار بسیار زیادی از این فلز در قبرس استخراج می شد رومیان آنرا aes Cyprium می نامیدند. بعدها این کلمه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهایت انگلیسی شده و به لغت Copper تبدیل شد.

کاربردها:

مس فلزی قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهای زیادی در موار زیر دارد:
سیمهای مسی
لوله های مسی
دستگیره های درب و سایر وسایل منزل
مجسمه سازی. مثلا" مجسمه آزادی شامل 179000 پوند مس می باشد.
آهنرباهای الکتریکی.
موتورها، بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.
موتور بخار وات.
کلیدها و تقویت کننده های الکتریکی.
لامپهای خلاء ، لامپهای پرتوی کاتدی ومگنترونهای اجاقهای مایکرو ویو.
هدایت کننده موج برای تشعشع مایکروویو.
به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در IC ها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.
بعنوان جزئی از سکه ها.
در وسایل آشپزی، از جمله ماهی تابه .
بیشتر سرویسهای قاشق چنگال ( flatware) قاشقها،چنگالها و چاقوها دارای مقادیری مس هستند(نقره نیکلی).
اگر نقره استرلینگ در ظروف غذاخوری بکار رفته باشد ،حتما"باید دارای درصد کمی مس باشد.
بعنوان بخشی از لعاب سرامیکی و در رنگ آمیزی شیشه .
وسایل موسیقی ،بخصوص سازهای بادی.
بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستانها وپوشاندن قسمتهای مختلف کشتی برای حفاظت در برابر بارناکلها و ماسلها.
ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.
سولفات مس که بعنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد.

تاریخچه

مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده ، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پیش می رسد. یک آویزه مسی ، متعلق به سال 8700 قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد.نشانه هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال 5000 قبل از میلاد وجود دارد.در عوض اولین نشانه های استفاده از طلا تقریبا" به 400 سال قبل از میلاد بر می گردد.



مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریبا" متعلق به 3000 سال قبل از میلاد هستند.در یکی از اهرام یک سیستم لوله کشی با مس پیدا شده که مربوط به5000 سال پیش است.مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع ، قالب گیری مس را آسان تر می کند لذا آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می شوند تقریبا" قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به 2000 سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از میلاد در این کشوربرنز مرغوب ساخته می شده است.در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می شود ، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائیها قرار می گیرد.در اروپا مرد یخیOetzi ،مردی که به دقت نگهداری می شود و متعلق به3200 سال قبل از میلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% می باشد.مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می باشد.
استفاده ار برونز در مرحله ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می نامند.
برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت.
به خاطر زیبایی درخشانش- بطوریکه در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می شد -ونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطوره شناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه های آفرودیت و ونوس پیوند دارد.در کیمیا گری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سیاره زهره(ونوس) نیز بود.

نقش بیولوژیکی:

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می باشد. مس در آنزیمهای متنوعی ،از جمله مراکز مس cytochrome c oxidase و آنزیم حاوی Cu-Zn به نام superoxide dismutase وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است.RDA برای مس در بزرگسالان سالم 9/0 میلی گرم در روز می باشد.
مس در جریان خون عمدتا" روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می کند. اگرچه مس اول در روده جذب می شود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می شود.
یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود.این بیماری در صورت عدم درمان می تواند منجر به آسیبهای کبدی و مغزی شود.

ترکیبات :

آلیاژهای بسیاری از مس وجود دارد- برنج آلیاژ مس/روی و برنز آلیاژ مس/ قلع است.
متداول ترین حالات اکسیداسیون مس شامل حالت مربوط به مس یک طرفیتی cuprous ، 1+Cu و حالتcupric ،2+Cu می باشد.

کربنات مس به رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهر منحصر به فرد بامها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمانها ساخته می شوند.
اکسیدهای مس ( مانند :اکسید مس ایتریم و باریم 7δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه های بسیاری از ابر رساناهای غیر معمول را تشکیل می دهند.
ترکیبات دیگر : سولفید مس


ایزوتوپها :

علاوه بر تعداد زیادی رادیوایزوتوپ ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-63 و Cu-65 موجود است.تعداد بسیار زیادی از این رادیوایزوتوپها دارای نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند ، طولانی ترین نیمه عمر متعلق به Cu-64 است که مدت آن 7/12 ساعت ،با دو حالت فرسایشی که منجر به محصولات جداگانه می شود.

هشدارها :

با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گویی سمی هستند ( مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودزی خطر آتش زایی دارد.30 گرم سولفات مس برای انسان کشنده است.مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از 1 میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباسها و اقلام در آب می گردد.مقدار بی خطرمس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین 5/1 تا 2 میلی گرم در هر لیترمی باشد.



شناخت محیط رشد:

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگها کوچک مانده و سرشاخه های جوان را دچار برگ سوختگی می کند. هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام محلول بردو) استفاده می شود که البته بازده آن در خاکهای ایران بسیار کم است.

[boomba]

معرفی تکنولوژی سوپرآلیاژ و میزان کاربرد آن در جهان و ایران

معرفی وکاربردها

سوپرآلیاژها در واقع آلیاژهایی مقاوم در برابر حرارت، خوردگی و اکسیداسیون می­باشند که به لحاظ ترکیب شیمیایی شامل سه گروه پایه نیکل، نیکل-آهن و پایه کبالت می­باشند. اولین استفاده از سوپرآلیاژها در ساخت توربین­های گازی، طرح­های تبدیل ذغال‌سنگ، صنایع شیمیایی و صنایعی که نیاز به مقاومت حرارتی و خوردگی داشته­اند بوده است.

امروزه تناژ وسیعی از قطعات مصرفی در توربین­های گازی از جنس سوپرآلیاژها می­باشند. در ذیل به بعضی از مصارف این قطعات اشاره شده است:

- توربین­های گازی هواپیما

- توربین­های بخار نیروگاه‌های تولید برق

- ساخت قالب‌های ریخته­گری و ابزارهای گرمکار

- مصارف پزشکی و دندانپزشکی

- فضاپیماها

- تجهیزات عملیات حرارتی

- سیستم­های نوترونی و هسته­ای

- سیستم­های شیمیایی و پتروشیمی

- تجهیزات کنترل آلودگی

- تجهیزات و کوره­های نورد فلزات

- مبدل­های حرارتی تبدیل ذغال سنگ



به منظور انتخاب سوپرآلیاژها جهت مصرف در کاربردهای فوق لازم است خواص فنی نظیر شکل­پذیری، استحکام، مقاومت خزشی، استحکام خستگی و پایداری سطحی در نظر گرفته شوند.
تقسیم‌بندی سوپرآلیاژها برحسب روش تولید

با توجه به نحوة تولید می­توان سوپرآلیاژها را به چهار گروه کلی تقسیم‌بندی نمود که عبارتنداز:

1) سوپرآلیاژهای کارپذیر

سوپرآلیاژهای کارپذیر در حقیقت گروهی از سوپر آلیاژها هستند که قابلیت کار مکانیکی دارند و از روش­های مکانیکی می­توان به آنها شکل­داد. به منظور تولید مقاطع معینی ازسوپرآلیاژهای کارپذیر، اولین گام آن است که شمش­های سوپرآلیاژها به دلیل حضور عناصر فعال(عناصری که سریع در مجاورت هوا اکسید می­شوند) در شرایط خاصی تهیه شوند. فرایندهای ذوب در خلاءدر مورد تهیه سوپرآلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن جزء ضروریات می­باشد. اما در مورد سوپرآلیاژهای پایه کبالت امکان ذوب در هوا وجود دارد.

پس از تهیه شمش­ آلیاژهای کارپذیر به یکی از روش‌های فوق عملیات شکل­دهی صورت می­گیرد. عملیات شکل­دهی سوپرآلیاژها نیز می­تواند توسط عملیات متداول کلیه آلیاژهای فلزی انجام پذیرد. سوپرآلیاژهای پایه آهن، کبالت و نیکل را می­توان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سیم و اشکال دیگر توسط فرایندهای نورد، اکستروژن و آهنگری تولید نمود. معمولاً عملیات شکل­دهی در دمای بالا صورت می­گیرد و تعداد کمی از سوپرآلیاژها را می­توان به صورت سرد شکل‌دهی نمود. ساختارهای یکنواخت و ریزدانه­ای که از شکل‌دهی سرد حاصل می­شود نسبت به ساختارهای شکل­دادن گرم ارجحیت دارند.

عملیات ترمودینامیکی بر روی سوپرآلیاژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتی­گراد انجام می­شود که به این ترتیب در حین شکل دادن عملیات حرارتی نیز صورت می­گیرد.

2) سوپرآلیاژهای متالورژی پودر

بسیاری از انواع آلیاژهای کارپذیر از طریق فرایندهای متالورژی پودر تولید می­گردند. امروزه قطعات متالورژی پودر از جنس سوپرآلیاژ با دانسیته کامل از طریق روش‌های اکستروژن یا پرسکاری ایزواستاتیک گرم (HIP) تولید می­گردند. مهمترین این قطعات قیچی­ها و سوزنهای جراحی می­باشند.

فرایندهای متالورژی پودر به‌دلیل داشتن مزایای زیر بر فرایندهای ریخته­گری ترجیح داده می­شوند هر چند که معایبی را نیز به همراه خواهند داشت:

- یکنواختی در ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی

- ریز بودن اندازه دانه­های کریستالی

- کاهش جدایش­ها

- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد

اما مشکلاتی نظیر حضور گاز باقیمانده، آلودگی کربنی و آخال‌های سرامیکی باعث می­گردد که در برخی موارد نیز فرایندهای شمش‌ریزی و ترمومکانیکی متداول صورت پذیرند.

3) سوپرآلیاژهای پلی‌کریستال ریختگی

وجود محدودیت‌های تکنولوژیکی سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلیاژ می‌گردد و بنابراین با پیدایش فرایندهای جدید تولید، این صنعت نیز روز به روز توسعه می­یابد.

تعداد زیادی از فرایندها را می­توان در تولید قطعات سوپرآلیاژ با اندازه نزدیک به قطعة نهایی مورد استفاده قرار داد اما اساساً این قطعات توسط فرایند ریخته­گری دقیق تولید می­گردند.

محدوده ترکیب شیمیایی سوپرآلیاژهای ریختگی بسیار گسترده­تر از سوپرآلیاژهای کارپذیر بوده و بنابراین خواص متنوع­تری نیز از این طریق قابل حصول خواهند بود هر چند که انعطاف‌پذیری و مقاومت به خستگی در فرآیندهای کار مکانیکی بهتر از ریخته­گری خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآیندهای جدید ریخته­گری و انجام عملیات حرارتی متعاقب، خواص سوپرآلیاژهای ریختگی نیز افزایش یافته است.

4) سوپرآلیاژهای تک­کریستالی انجماد جهت­دار

به‌منظور توسعه توربین­های گازی مصرفی در هواپیماها و افزایش دماهای کاری و کارآیی موتورها، به‌طور مداوم روش­های تولید سوپرآلیاژها در حال بهبود است.

قسمت‌های بحرانی توربین­ها معمولاً شامل پره­های تحت فشار بالا، هواکش­ها و دیسک­ها می­باشند. در طول 15 سال گذشته تحقیقات بسیاری در زمینه افزایش راندمان توربین­ها صورت گرفته است و عمده این تحقیقات بر امکان افزایش دمای ورودی، فشارکاری و کاهش هزینه­های تولید استوار بوده است. توسعه فرایند انجماد جهت­دار به‌منظور تولید تک‌کریستالی‌های ریختگی سبب شده تا بتوان از این طریق پره­های توربین را با دانه­های جهت­دار در راستای اعمال تنش تولید نمود و به این ترتیب علاوه بر خواص پایدار حرارتی، استحکام خستگی، استحکام خزشی و انعطاف‌پذیری نیز افزایش یابند.
با توسعه این تکنولوژی، امروزه در توربین­های مصرفی در نیروگاه‌های برق نیز از قطعات تک‌کریستال از جنس سوپرآلیاژها استفاده به‌عمل می­آید.

در سال­های اخیر شرکت هواپیمایی PWA یکی از پیشگامان تولید سوپرآلیاژها می‌باشد و تولید آلیاژهای PWA 1480 به صورت تک‌کریستال توسط این شرکت، سبب افزایش عمرکاری هواپیمای جنگی F-100 گردیده است.

تقسیم‌بندی سوپرآلیاژها برحسب ترکیب شیمیایی

به طور کلی این آلیاژها شامل سه گروه پایه نیکل، پایه آهن و پایه کبالت می­باشند که بسته به درجه حرارت کاربردی مورد استفاده قرار می­گیرند

1) سوپرآلیاژهای پایه نیکل

امروزه آلیاژهای نیکل در حالت‌های "تک‌فازی"، "رسوب سختی شده" و "مستحکم‌شده توسط رسوبات اسیدی و کامپوزیت­ها" در مصارف صنعتی مختلف مورد استفاده قرار می­گیرند.
سوپرآلیاژ­های پایه نیکل پیچیده­ترین ترکیباتی می­باشند که در قطعات دمای بالا به کار می­روند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهای هواپیماهای پیشرفته از جنس این آلیاژها می­باشد. خصوصیات اصلی آلیاژهای نیکل، پایداری حرارتی و قابلیت مستحکم شدن می­باشد.

بسیاری از این آلیاژها حاوی 10 الی 20 درصد کرم، حداکثر 8 درصد آلومینیوم و تیتانیم، 5 تا 15 درصد کبالت و مقادیر کمی مولیبدن، نیوبیم و تنگستن می­باشند.

دو گروه اصلی از آلیاژهای آهن- نیکل که میزان نیکل آنها بیشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 می­باشند.

این آلیاژها معمولاً حاوی 3 تا 5 درصد نیوبیم می­باشند و در ردیف آلیاژهای پایه نیکل قرار می­گیرند. آلیاژهای پایه نیکل معمولاً تا دمای 650 درجه سانتی­گراد استحکام خود را حفظ می­کنند. اما در دماهای بالاتر به سرعت استحکام خود را از دست می­دهند.

2) سوپرآلیاژهای پایه آهن

سوپرآلیاژهای پایه آهن نشات گرفته از فولادهای زنگ نزن آستینتی می­باشند که دارای زمینه­ای از محلول جامد آهن و نیکل بوده و برای پایداری زمینه نیاز به حداقل 25 درصد نیکل است.

- گروه‌های متعددی از این آلیاژها تاکنون مشخص گردیده­اند که هر یک با مکانیزم­های خاصی مستحکم می­­شوند. برخی از این آلیاژها نظیر 57-V و 286-A حاوی 25 تا 35 درصد وزنی نیکل می­باشند و استحکامشان به دلیل حضور آلومینیوم و تیتانیم می‌باشد.

- گروه دوم آلیاژهای پایه آهن که آلیاژهایX750 و Incoloy901 نمونه­های آن می­باشند، حداقل 40 درصد وزنی نیکل داشته و همانند گروه­های با نیکل بالاتر استحکام بخشی توسط سختی رسوبی صورت می­گیرد.

- گروه دیگر این آلیاژها بر پایه آهن- نیکل- کبالت می­باشند و استحکام این گروه در محدوده 650 درجه سانتی­گراد مناسب بوده و ضریب انبساط حرارتی آنها پایین می­باشد. این آلیاژها شامل Incoloy با شماره­های 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و غیره می­باشند.

3) سوپرآلیاژهای پایه کبالت

سوپرآلیاژهای کارپذیر پایه کبالت برخلاف سایر سوپرآلیاژها مکانیزم استحکام بخشی متقاوتی دارند و خواص حرارتی خوبی در دمای حدود 1000 درجه سانتی­گراد خواهند داشت.

سوپرآلیاژهای پایه کبالت حاوی کرم، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون خوبی داشته و هم چنین قابلیت جوشکاری و مقاومت به خستگی حرارتی آنها نسبت به آلیاژهای پایه نیکل بالاتر می­باشد. از طرف دیگر امکان ذوب و ریخته­گری این آلیاژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزیت دیگری نسبت به سایر سوپرآلیاژها که نیاز به خلاء دارند می­باشد.

سه گروه اصلی آلیاژهای پایه کبالت را می­توان به صورت ذیل در نظر گرفت:

- آلیاژهایی که در دماهای بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتی­گراد مورد استفاده قرار می­گیرند که شامل آلیاژهایS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO می­باشند.

- آلیاژهایی که تا حدود 650 درجه سانتی­گراد به کار می­روند نظیرTN3MP، 159 MP
- آلیاژ مقاوم به سایش B 6 Stellite

آلیاژ 2525HAYNES بیشترین کاربرد را در میان آلیاژهای کارپذیر پایه کبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمکار نظیر توربین­های گازی، اجزاء راکتورهای هسته­ای، ایمپلنت‌های جراحی و غیره مورد استفاده قرار گرفته­اند. آلیاژهای گروه پایه کبالت که شامل کرم- تنگستن- کربن می­باشند معروف به آلیاژهای Satellite بوده که به شدت مقاوم به سایش می­باشند.

این گروه معمولاً در مواردی که مقاومت سایشی در درجه حرارت‌های بالا مورد نیاز باشد به کار می­روند. در واقع سختی این مواد در دمای بالا حفظ شده و در مواقعی که نمی­توان در حین کار روغنکاری انجام داد به خوبی مورد استفاده قرار می­گیرند.

بازار سوپرآلیاژها

شاید بتوان گسترش بازار سوپرآلیاژها را در دنیا مربوط به صنایع هوا _ فضا در نظر گرفت که با توجه به رشد روزافزون این صنعت و قطعات یدکی آن در سطح جهان پیش بینی می­گردد که تنها بازار قطعات یدکی هواپیماها بالغ بر 4،5 میلیارد دلار باشد، بررسی­ها حاکی از آنست که تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپیمای جدید با موتورهای توربین گازی وارد بازار می­شوند که نیمی از وزن این موتورها از جنس سوپر آلیاژ خواهدبود .

بر اساس آمارهای تخمینی موجود در ایران، سوپرآلیاژها سالانه به میزان 80 میلیون دلار در سه وزارت­خانة نفت، نیرو و دفاع مورد استفاده قرار می­گیرند.

[boomba]

فولادهاي قابل عمليات حرارتي

فولادهای قابل عملیات حرارتی


فولادهای ساختمانی آلیاژی


فولادهای نیتراته


فولادهای ابزاری کربنی


فولادهای ابزاری سردکار


فولادهای ابزاری گرم کار


فنر


فولادهای یاتاقان


قالب پلاستیک


فولادهای سمانتاسیون


فولادهای تندبر خشکه هوایی


نسوز


فولادهای ضد زنگ استیل ]


فولادهای خوش تراش اتومات

[boomba]

شکل دادن به فلزات در مقیاس نانو

مقدمه
بخش اول از این مجموعه‌ مقاله‌‌‌‌‌ها، به شکل‌دهی و شکل‌پذیری مواد و مصالح صنعتی اختصاص داشت. گفتیم مواد بسته به خواص گوناگون آن‌‌‌‌‌ها، کارکردهای مختلفی دارند. یکی از مهم‌‌‌‌‌ترین خواص برای شکل‌دهی، خواص مکانیکی‌اند. به علاوه، برای به دست آوردن محصول دلخواه از راه شکل‌دهی، باید روش‌هایی را تعریف کرد که بیشترین بازده را داشته باشند. هما‌ن‌طور که برای ایجاد انرژی حرکتی در خودروها به دنبال انواع مناسب سوخت و بهینه کردن سیستم احتراق خودرو هستیم، در شکل‌دهی روش‌‌‌‌‌هایی که پُربازده‌ باشند از توجه بیشتری برخوردارند.

خواص مکانیکی مواد
منظور از خواص‌ مکانیکى‌، واکنش مواد در برابر نیروها و بارهاست‌. عکس‌العمل‌ مواد در برابر نیروهاى‌ واردشونده،‌ به‌ ساختمان‌ مولکولى‌ آن‌‌‌‌‌ها بستگى‌ دارد. آن‌ قسمت‌ از علم‌ مکانیک‌ که‌ صرفاً به‌ بررسى‌ نیروها و واکنش‌ها مى‌پردازد «استاتیک‌» نامیده‌ مى‌شود و بخشی از آن که‌ واکنش ماده‌ به نیروهاى‌ اعمال‌شده‌ و تغییر شکل‌هاى‌ جزئىِ‌ ناشی این از نیروها را مورد بررسى‌ قرار گیرد، «مقاومت‌ مصالح» نام دارد.
قطعات‌ بر اثر اِعمال نیرو نباید از بین‌ بروند؛ بنابراین برای ای‌‌‌‌‌نکه مطمئن بشویم قطعه مورد نظر خواص فیزیکی لازم را دارد، باید هنگام انتخاب‌ جنس‌، شکل‌، اندازه‌ و طرز ساخت‌، محاسبه‌‌‌‌‌هایی انجام دهیم. مثلاً برای تولید رینگ‌های خودرو، باید محاسبات اولیه‌ای انجام دهیم تا شرایط مادة مورد نیاز بر حسب نوع خودرو، حداکثر سرعت و حداکثر بار قابل حمل توسط آن، مشخص شود.
در این‌‌‌‌‌جا به برخى‌ از اصطلاحات‌ رایج می‌پردازیم که مؤلفه‌هاى‌ مؤثر در بررسى‌ خواص‌ مکانیکى را توضیح می‌دهند‌.

1. تنش - ‌ stress‌ :
عبارت‌ است‌ از «مقدار نیروى‌ وارد‌ بر واحد سطح‌». مقدار تنش‌ از تقسیم‌ نیروى‌ وارد‌ بر جسم‌ بر مساحت‌ سطح‌ مقطع‌ جسم‌ به دست‌ مى‌آید. شاید فکر کنید این تعریف به مفهوم فشار در فیزیک دبیرستان خیلی نزدیک است، اما همان‌طور که دقت کرده‌اید، در این‌‌‌‌‌جا شرط عمود بودن مؤلفه‌‌‌‌‌ی نیروی وارد بر سطح، وجود ندارد.

2. خستگى - fatigue :
گاهی در قطعه‌ای از یک ماشین کارخانه، شکستگی‌هایی به وجود می‌آید. ولی پس از بررسی مشخص می‌شود که میزان تنش وارد بر قطعه، از حد مجاز کمتر بوده. اما چرا گسیختگی ایجاد شده است؟ علت این پدیده آن است که بطور پیوسته مقدار بار معینی بر قطعه وارد می‌شود. یعنی مقدار تنش خاصی، به‌دفعات بر آن وارد شده است. به این گسیختگی‌ها، «گسیختگی خستگی» می‌گویند.

3. کُرنش - ‌ strain:
به طور کلى، تمام‌ مواد بر‌ اثر نیرویی هرچند ناچیز، دچار تغییر شکل‌ (تغییر ابعاد) مى‌شوند. به تغییر ابعاد یا اندازه‌های جسم، بر اثر تنش‌ «کُرنش»‌ مى‌گویند؛ مثل فنری که به‌‌‌‌‌واسطه وارد کردن نیرو بر آن کشیده یا فشرده می شود.

تعریف‌‌‌‌‌های ذکر شده، اصلی‌ترین مفاهیمِ خواص مکانیکی‌اند. گروهی دیگر از اصطلاحات هستند که از این تعریف‌‌‌‌‌ها ناشی می‌شوند. مثلاً به مقاومت ماده در برابر تغییر شکل «استحکام» می‌گویند و یا مقاومت ماده در برابر خراشیدن، ساییدگی، بُراده‌برداری و بُرش را «سختی» می‌نامند.

فرایندهای شکل‌دهی
پیش از آن‌‌‌‌‌که به فرایندهای شکل‌دهی بپردازیم، باید به این سؤال پاسخ دهیم که اصلاً چرا از شکل‌دهی استفاده می‌کنیم؟
از زمانی که بشر به فکر ساختن ابزار افتاد، راه‌های بسیاری را تجربه کرد. مثلاً گاهی با بُراده‌برداری از چوب، کمان ساخت تا به شکار بپردازد. زمانی قطعات چوب را بُرید یا آن‌‌‌‌‌ها را سوراخ کرد. اما در نهایت، لازم داشت از مادة موجود - بدون آنکه از مقدار آن بکاهد – حداکثر استفاده را بکند. فکر اولیه‌‌‌‌‌ی شکل‌دهی از این‌‌‌‌‌جا ناشی شد. البته به مرور زمان این تعریف تغییر کرده است، بطوری‌‌‌‌‌که گاهی طول فرایند شکل‌دهی به مقدار ماده کم می‌شد.
در زیر به طور خلاصه به تعدادی از مشهورترین و متداول‌ترین فرایندها در شکل‌دهی فلزات می‌پردازیم:

1. خم‌کارى‌
همة‌ عملیات‌ ورق‌کارى،‌ شامل‌ خم‌کارى‌ هم‌ مى‌شود. در اغلب موارد، خم‌کارى‌ ویژگى‌ اصلى‌ ورق‌کارى‌ به‌ شمار مى‌رود و به همین دلیل است که جنبه‌هاى‌ مختلف‌ آن‌ قابل‌ توجه است. اگر در سپرهای فلزی خودروهای قدیمی دقت کرده باشید، می‌توانید آثار خم‌کاری در محل اتصال سپر با بدنه را ببینید.


نمونه یک شکل به دست آمده با روش خمکاری

2. کشش‌
فرایندى‌ است‌‌ براى‌ کاهش‌ سطح‌ مقطع‌ در ورق‌، سیم‌ یا مفتول‌ و دیگر مقاطع‌ استاندارد. کشش از پایه‌اى‌ترین‌ فرایندها در شکل‌دهى‌ به شمار می‌رود. در طول فرایند کشش، ماده از یک جهت کشیده می‌شود. در نتیجه، از ابعاد دیگر آن کاسته می‌گردد.


یک دستگاه کشش

3. نوردکاری
نوردکارى‌ از جمله‌ فرایندهاى‌ پُرکاربرد در تولید مقاطع‌ استاندارد، مثل ورق،‌ است. در نوردکارى‌ِ صفحه‌ها، ورق‌ها و تسمه‌ها، پهناى‌ قطعة‌ کار فقط‌ اندکى ‌افزایش‌ مى‌یابد. از عوامل‌ تأثیرگذار در این‌ فرایند، مى‌توان‌ به‌ ارتفاع‌ اولیه‌ و ثانویة‌ قطعه‌، پهناى‌ آن‌، سرعت‌ چرخش ‌غلتک‌، جنس‌ غلتک‌ و نیز دماى‌ کار و جنس‌ قطعة‌ کار اشاره‌ کرد. این‌ فرایند را مى‌توان‌ با چند غلتک‌ و در چند مرحله‌ تا زمانِ رسیدن‌ به‌ ارتفاع‌ و وضعیت‌ مطلوب ادامه داد. مثلاً اگر ورقی با ضخامت 5 میلی‌متر در اختیار دارید و می‌خواهید ضخامت آن را به 1.5 میلی‌متر برسانید، می‌توانید از یک یا چند غلتک که در یک ردیف قرار گرفته‌اند استفاده کنید. باهر بار عبور هر یک از غلتک‌‌‌‌‌ها، اندکی از ضخامت ورق ‌کاسته می‌‌‌‌‌شود تا اینکه ضخامت به مقدار دلخواه برسد.


عملیات نوردکاری در چند مرحله متوالی

5. فورجینگ‌ یا آهن‌کوبی
فورجینگ‌ که‌ در ادبیات‌ غیرفنى‌ به‌ آهنگرى‌ نیز ترجمه‌ شده است، به‌ فرایندى‌ گفته‌ مى‌شود که‌ در آن، فلز در فضاى‌ بین‌ قالب‌ و ضربة‌ محکم‌ِ پرس قرار می‌گیرد و پس از خارج شدن اضافه‌‌‌‌‌ها به‌ شکل‌ دلخواه درمى‌آید.

نگاه اجمالی ما به فرایند شکل‌دهی و مسائل مرتبط با آن، در این‌‌‌‌‌جا به پایان می‌رسد. فراموش نکنید که هنوز سخنی از مقیاس به میان نیاورده‌ایم. در واقع، مطالبی که تا کنون خواندید مربوط به مقیاس‌های رایج در صنعت‌اند و در صنایعی نظیر خودروسازی، قالب‌سازی و لوله‌سازی مطرح‌اند. در بخش‌های آینده با کاهش ابعاد به دنیای مایکرو و سپس به دنیای پُررمز و راز نانو خواهیم رسید

[boomba]

نگرشي بر صنايع و علوم مواد (متالورژي)

دكتر جلال حجازي غلامرضا بيات
استاد بازنشسته دانشگاه علم و صنعت عضو هيئت علمي پژوهشگاه مواد وانرژي


تاريخچه
ايران، همانگونه كه از نظر تاريخي كشور كهنسالي است، از نظر صنعت و بويژه صنايع مبتني بر مواد طبيعي و ساختگي نيز كهنسال و ديرينه‌پا است. ايران بخش مهمي از منطقه ”اروآسيا“ و در ميانه كمربند (دره) تمدن قرار دارد كه به احتمال قريب به يقين، عصر آهن در اين منطقه آغاز شده است. آهن، مس، سرب، طلا، نقره، جيوه، روي (به احتمال بسيار مقصود از واژه روي در ادبيات و فرهنگ ايراني برنج يا مفرغ است و رويين تن نيز از همين واژه ساخته شده است) را مي‌شناختند. از سنگ‌ها و صخره‌ها بناهاي عظيم مي‌ساختند و در بندهاي آن به منظور مقاومت در مقابل زلزله، سرب مي‌ريختند (آثار پاسارگاد و تخت جمشيد) و سنگ مرمر را براي استحكام و زيبايي به كار مي‌بردند. كاهگل (اولين كمپوزيت به معناي علمي آن) را در بناها و به منظور روكش كاري به كار مي‌بستند و اولين مردماني هستند كه به توليد و كاربرد، آجر پرداختند و صنايع سفال و كاشي و همچنين انواع رنگ‌هاي معدني را توسعه فراوان دادند.
آن هنگام كه اروپا در تاريكي‌هاي قرون ميانه فرو رفته بود، آنان هنوز مي‌درخشيدند و آن هنگام كه پرده‌هاي تاريكي از پيشاني اروپا، كنار مي‌رفت، آرام آرام به درون سياهي‌ها غلتيدند، فرو رفتند، به هيچ چيز جديدي دست نيافتند، محافظه كار و تقديري شدند، حرفه‌ها و صنايع نه آنكه تكامل نيافتند، بلكه به تدريج از حد دوران قديم‌تر خود، پايين‌تر آمدند. مردمان خسته از جهانگشايي‌ها و جنگ‌هاي توان فرساي قومي و قبيله‌اي، عظمت، هويت و آينده را به فراموشي سپردند، بطوريكه در آغاز قرن نوزدهم، ايران سرزميني است، قرون وسطايي و مورد طمع قدرت‌هاي بزرگ برخاسته از انقلاب صنعتي.“ شهرهاي ايران درنيمه اول قرن نوزدهم، هيچ شباهتي به شهرهاي گذشته ندارد و با شهرهاي اروپايي كه از كارخانه‌ها و مدارس آكنده است، قابل مقايسه نيست. توليد براساس روشهاي ساده انجام مي‌گيرد و نظام استاد – شاگردي، تنها روش آموزش‌هاي فني است. كارگاهها بسيار كوچك، تعداد كارگران اندك و روزمرگي بر تمامي آنها حاكم است كه هجوم كالاهاي اروپايي، اندك رمق باقيمانده حرفه‌ها و پيشه‌هاي دستي ايران را از ميان مي‌برد و برخلاف اروپا كه بازرگانان خود به نيروي سرمايه مولد تبديل شدند، در ايران، بازرگانان، سود نهايي را در سند كالاهاي اروپايي يافته‌اند.
و اين ماجرا هنوز نيز به نوعي ديگر و با روش‌هاي نوين‌تر ادامه دارد.
درك اختلاف فاحش عقب‌ماندگي‌ها و مشاهده قدرت اروپا،‌ موجب گرديد كه بسياري از تصميم‌سازان و تصميم‌گيران ايراني، گاه مرعوب و گاه مجذوب شوند و در هر حال توان و تاريخ و فرهنگ خود را به فراموشي بسپارند وگاه چنان براي حفظ آن به مبارزه برخيزند كه چشم بر هر گونه تغيير و تحول بربندند و در اين روزگار است كه تاريخ ما، مشحون از وقايع و اتفاقات متضاد و ناهمسو است.
در كنار آموزش سنتي مكتب به مدرسه‌سازي، در كنار حكومت‌هاي خودكامه و مستبد به دارالفنون و دانشگاه‌سازي، در كنار دكان‌هاي حرفه‌اي به كارخانه‌سازي مدرن، در كنار محو صادرات بومي به مسابقه در واردات و در كنار حكومت مشروطه به خودكامه‌ترين حكومت استبدادي مي‌رسيم. در حالي كه تمام سنت‌هاي حرفه‌اي، سياسي، و حتي اجتماعي خود را نابود مي‌سازيم، به الگوگيري نامنظم از كشورهاي پيشرفته مي‌پردازيم و در اين راه چنان گستاخانه گام مي‌نهيم كه كوشش‌هاي پاره‌اي از رجال و مردمان انديشمند و ايران‌خواه، نيز راه به جايي نمي‌برد و اغلب اين گونه مردمان با جلادخانه‌ها و زندان‌ها، آشنايي دائمي مي‌يابند.

مروري بر تحولات و دگرگونيهاي صنايع مواد
دگرگوني‌ها و تغييرات (عمداً از كاربرد واژه تحول اجتناب مي‌كنيم) صنايع كشور و صنايع فلزي آن در دوران دويست ساله‌اي كه پرده آخر تاريخ ما تاكنون است، داستاني غم‌انگيز و عبرت‌آموز است كه در محور صنعتي آن با وارد كردن كارشناس براي توپ‌ريزي تا فرستادن استادكاران به كشورهاي ديگر آغاز گرديد و با تاسيس كارخانه‌هايي با برنامه‌ريزي، دانش فني، ابزارگان و تجهيزات از كشورهاي ديگر ادامه يافت و اين ماجرا نيز تا امروز ادامه دارد.
قورخانه با برنامه اوليه بازگشتگان از روسيه در سال (1270 شمسي) تاسيس شد و دو سال قبل از آن حاج امين‌الضرب مي‌خواست با كمك فرانسوي‌ها، كارخانه آهن آب كني در نور مازندران ايجاد نمايد (همانجايي كه در زمان نادر كارخانه توپ‌ريزي و گلوله‌سازي داير بود) و بالاخره، متوقف شد.
راه‌آهن حضرت عبدالعظيم توسط بلژيكي‌ها (1271 شمسي) داير گرديد و در سال 1306 قورخانه توسط آلماني‌ها بازسازي شده و به صنايع مهمات‌سازي تبديل گرديد، در حاليكه بخش اوليه آن تا حدود 25 سال پيش در ميدان سپه داير بود.
از آن سال‌ها تاكنون، اكثريت قريب به اتفاق صنايع مواد و متالورژي ايران، توسط شركت‌ها و برنامه‌ريزهاي يكي از كشورهاي صنعتي ايجاد،‌ سرپرستي و نظارت شده و گاه آموزش‌هاي حرفه‌اي نيز توسط همان كشورها و با همان زبان و اصطلاحات خود داده شده است. مهمتر آنكه آن بخش‌هايي كه عملاً‌ كشوري بيگانه در انتقال و تدوين فناوري آن نقشي نداشته است، تمام تجهيزات و ابزارگان مهم و اصلي آن وارد شده است و متاسفانه اين ماجرا نيز ادامه دارد.
كارخانه لوله و ماشين‌سازي ايران 1340 با مشاوره دكبر آلمان
كارخانه اشتاد 1341 با برنامه‌هاي ميتسوبيشي ژاپن
كارخانه مالي بل 1344 با برنامه و مشاوره شركت كيكنداي يوگوسلاوي
كارخانه ماشين‌سازي تبريز 1346 با شركت‌هاي چكسلواكي
كارخانه تراكتورسازي تبريز با مشاركت شركت‌هاي رومانيايي و چندين شركت انگليسي و سوئيسي 1347
كارخانه ذوب آهن اصفهان 1348 با برنامه‌ريزي، آموزش و ابزارگان روسي
كارخانه ماشين‌سازي اراك 1351 با برنامه و آموزش‌هاي روسي
كارخانه توليد آلومينيوم (ايرالكو) 1354 با برنامه‌ريزي، مشاوره و آموزش آمريكايي‌ها
كارخانه صنايع مس 13 با برنامه‌ريزي و فناوري آمريكايي و ايتاليايي‌ها
و همچنان فولاد مباركه، صنايع اسفراين، صنايع نسوز، صنايع شيشه، سراميك‌ها و بسياري ديگر در تمام دوران‌هاي قبل و بعد از انقلاب نيز به همانگونه است، بطوري كه در يك عبارت ساده مي‌توان چنين نوشت:
صنايع ايران در تنوع بسيار زياد كه در هيچ كشور پيشرفته صنعتي همتا ندارد بدون ترسيم سيماي آينده و بدون تدوين يك نظام صنعتي پايدار و ترسيم هر گونه نياز و برنامه‌هاي خود، بازار مكاره‌اي است از مجموعه ابزارگان و تجهيزات، برنامه‌ها و نظام‌هاي گوناگون جهاني كه به سختي مي‌توان جهات مشتركي براساس شرايط اجتماعي ايران براي آنها يافت، زيرا بسياري از بنيانگزاران و برنامه‌ريزان آن، قبلاً سود خود را در ستد كالا، ابزارگان و فناوري از بيگانه برده‌اند و اگر امروز چرخشي و يا گردشي وجود دارد، موضوعي است تحت عنوان اشتغال و نه موضوعي براساس بهره‌وري، رقابت نوآوري، حضور در عرصه جهاني و ماندن پايدار.
صنايع در ايران نظير برج بابل هستند كه مردمانش زبان هم را نمي‌فهمند، چه هر واحدي به گونه‌اي ايجاد شده و مردمانش به نوعي ديگر آموزش ديده‌اند و نظام و زبان مشتركي ندارند و بنابراين ارتباطي نيز با هم ندارند.
در محور آموزش‌هاي علمي، موضوع شايان توجه و تعمق بيشتري است، چه ظاهراً روند توسعه و دگرگوني آموزش‌هاي عالي به وضوح روند بنيانگذاري صنايع جديد نيست.
آموزش صنايع متالورژي ايران، در رشته‌هايي معدود نظير ريخته‌گري، سفال‌سازي، آهنگري، كاشي‌سازي و آجرسازي به صورت سنتي و براساس نظام استاد– شاگردي، بدون هر گونه تغييري قرن‌ها، ادامه داشت.‌ تاريخ آموزش فني و حرفه‌اي ما، هيچ نشانه‌اي از آموزشكده‌‌، مدرسه يا مكتبي كه در آن اينگونه حرفه‌ها را بياموزند در خود ثبت نكرده است. حتي از استادكاراني كه در دوران اوليه قاجاريه به روسيه و انگلستان اعزام شدند، گزارشي وجود ندارد كه آنان جز با همان روند استاد-شاگردي يافته‌هاي خود را به ديگران منتقل كرده باشند. در اين حال است كه با تاسيس دارالفنون (1239 شمسي) براي اولين بار با آموزش (عالي؟ حرفه‌اي؟) معدن روبرو مي‌شويم كه در دوران 12 سال فعاليت اوليه خود چهار مدرس دارد كه دو نفر از آنها اتريشي و دو نفر فرانسوي هستند. پس از ايجاد كارخانه قورخانه نيز شواهدي براي نوعي آموزش حرفه‌اي در دست است. هنرستان صنعتي و هنرسراي ‌عالي در سال 1308 تحت نظارت و برنامه‌ريزي آلماني‌‌ها تشكيل گرديد، كه به دليل تمايل بنيانگذاران و همچنين تمايل داوطلبان از همان ابتدا از دوره آموزش حرفه‌اي بصورت پيوسته تا دوره ليسانس (مهندسي) ادامه يافت كه بخش‌ عالي آن در دوران جنگ دوم متوقف گرديد و بخش هنرستاني آن هنوز هم تحت نام هنرستان صنعتي به فعاليت خود ادامه مي‌دهد و مجموعه‌اي از برنامه‌هاي كارداني و كارشناسي را نيز دارد. در اين هنرستان و ساير هنرستان‌هاي كشور از سال 1338، علاوه بر آموزش فلزكاري، آموزش‌هايي در سطح بخشي از متالورژي (ريخته‌گري، جوشكاري و ...) داير گرديد.
دانشگاه تهران (1313)، رشته‌هاي معدن و مكانيك را داشت كه دروسي از متالورژي و مواد را نيز تدريس مي‌كردند ولي اولين محلي كه آموزش (بخشي از متالورژي) در آن همراه با مدرك تحصيلي در همان رشته ارائه گرديد هنرسراي ‌عالي فني بود كه با اصلاح اساسنامه آن در سال 1336 به پذيرش دانشجو پرداخت. برنامه‌هاي فني اين موسسه توسط آمريكايي‌ها و تجهيزات آن از محل كمك‌هاي اصل 4 تامين گرديد و تا سال 1344 با دو نوع تغيير، جمعاً 37 نفر در رشته‌هاي ريخته‌گري و ذوب فلزات فارغ‌التحصيل داشت كه حدود 23 نفر آنان با درجه فوق ليسانس و بقيه ليسانس بودند.
دانشگاه صنعتي شريف 1344، اولين دانشگاه صنعتي است كه رشته متالورژي بصورت كامل در آن تاسيس و تدريس گرديد. هنرسراي‌عالي فني در سال 1350 با تغييرنام از هنرسرا به دانشكده علم و صنعت و در سال 1357 از دانشكده به دانشگاه نيز ابتدا داراي گروه متالورژي در بخش ماشين‌سازي و سپس داراي دانشكده متالورژي و اينك مهندسي مواد گرديده است. در سال 1354 با تغييرنام دانشگاه شيراز به دانشگاه پهلوي، رشته مواد به عنوان بخشي از مهندسي مكانيك در اين دانشگاه ايجاد شد و در همين زمان‌ها است كه در دانشكده فني دانشگاه تهران نيز رشته متالورژي از معدن جدا و بصورت يك گروه مستقل درآمد.
رشته متالورژي و مواد، در دو دهه گذشته از نظر كمي و كيفي، توسعه شديدي يافت بطوري كه هم اكنون رشته‌هاي مختلف مهندسي مواد (متالورژي و سراميك) در اكثر شهرها و مراكز دانشگاهي كشور، دانشجو مي‌پذيرد و تدريس مي‌شود.
دانشگاههاي سراسري، تهران، صنعتي شريف، علم و صنعت، صنعتي اميركبير، صنعتي اصفهان، كرمان، شيراز، مشهد، اهواز، تبريز، سهند تبريز، سمنان، بين‌المللي قزوين و يزد و دانشگاه‌هاي آزاد در بسياري از نقاط كشور و از جمله علوم و تحقيقات تهران، كرج، نجف‌آباد، سيرجان، كاشان و ... و همچنين مراكز وابسته به نهادها و سازمان‌ها، صنايع دفاعي، دانشگاه امام حسين، مالك اشتر و ... در حقيقت بيش از 40 مركز آموزش عالي و پذيرش بيش از 2000 دانشجو در سال اول را شامل مي‌شود، در حالي كه در سال 1336 اولين پذيرش دانشجو در اين رشته با 5 نفر و در يك مركز انجام گرديد.
مدرسان اين مراكز عالي، عموماً فارغ‌التحصيلان دانشگاه‌هاي داخل هستند كه اكثراً با استفاده از بورس‌هاي دولتي و به مقياس كمتري با هزينه‌هاي شخصي، مدارك عاليتر خود را از دانشگاه‌هاي خارج از كشور كسب كرده‌اند كه در اين ميان فارغ‌التحصيلاني از كشورهاي آمريكا، انگلستان، آلمان، كانادا، فرانسه، اتريش و روسيه، بيشترين‌ها هستند و اخيراً با توجه به سياست‌هاي وزارت علوم، فارغ‌التحصيلاني از ساير كشورها، نظير هندوستان، ژاپن، روسيه، لهستان، ايتاليا، تركيه، روماني و ... نيز در ميان آنان وجود دارد.
از سال 1364 دوره‌هاي كارشناسي ارشد و از سال 1369، دوره‌هاي دكترا در رشته‌هاي مهندسي مواد گشوده شد كه ابتدا بررسي‌هايي نظير توان‌سنجي، تعداد استادان و ابزارگان براي صدور مجوز به عمل مي‌آمد كه اينك لزومي بر چنين بررسي‌هايي مشاهده نمي‌شود.
در حقيقت از نظر استادان، با تنوع وسيعي از فارغ‌التحصيلان كشورهاي گوناگون روبرو هستيم كه از يك طرف عاملي براي جلوگيري از تدوين نظام آموزشي مهندسي مواد محسوب مي‌شوند و از طرف ديگر با بي‌نظمي‌هايي در مورد نحوه تدريس نحوه آزمون‌گيري، تحقيق و بررسي پايان‌نامه‌ها، ارائه مقاله روبرو هستيم كه شايسته روش و روند علمي نيست.

تنگناها و موانع توسعه
صنايع مهندسي مواد و همچنين مراكز آموزش عالي آن از نظر دگرگوني‌هاي كمي و كيفي در طي 4 دهه اخير، رشد و توسعه فراوان يافته‌اند، حتي رشد كمي و كيفي توليد و رشد علمي از نظر معيارهاي موجود در اين رشته به گونه‌اي است كه مجموعاً توسعه آن را مي‌توان در ميان سه فعاليت اصلي توسعه‌هاي ايران قرار داد و اگر با معيارهايي كه براي سنجش توسعه وجود دارد (و در بسياري موارد به ما تحميل مي‌شود)، نحوه پيشرفت‌ها سنجيده شود، چاره‌اي نيست جز آنكه بگوئيم اين رشته از نظر فعاليت‌ها، توسعه فراوان يافته است، به آمار و ارقام زير توجه شود:
1- تعداد دانشجو از 5 نفر در سال 1336 به بيش از 7500 نفر در سال 1381 به معني رشد 5/17 درصد در سال است كه اگر به توقف‌هاي پذيرش در 4 سال بعد از انقلاب توجه كنيم نسبت درصدي آن از رقم فوق بيشتر مي‌شود.
2- تعداد اعضاي هيئت علمي دانشگاهها با مدارج بالاتر از كارشناسي و با توجه به حذف پاره‌وقت‌ها و نيمه‌وقت‌ها از سال 1358 تاكنون با رشدي معادل 11 درصد همراه بوده است، علاوه بر آنكه مدارك تحصيلي بسياري از آنان از كارشناسي و كارشناسي ارشد به دكترا نيز تبديل شده است.
3- دانشجويان تحصيلات تكميلي (كارشناسي ارشد و دكترا) كه 20 سال پيش اصولاً وجود نداشت اينك مجموعه‌اي بيش از 1000 نفر را تشكيل مي‌دهند كه عرصه جديدي از تحقيقات بنيادي و كاربردي را گشوده‌اند، بطوري كه تعداد مقالات پذيرفته شده در سمينارها و كنگره‌هاي داخلي و خارجي از 300 مقاله در سال بيشتر است، در حالي كه در سال 64، به زحمت مي‌توانستيم 10 مقاله براي برگزاري يك سمينار سالانه پذيرش نمائيم. به همين نسبت تعداد مقالات در نشريه‌هاي بين‌المللي و خارجي نيز رشدي معادل 10 تا 15 درصد در سال داشته است، در حالي كه در نشريات تخصصي داخلي، ميزان رشد آن بسيار بيشتر از اعداد و ارقام فوق است.
4- تعداد فارغ‌التحصيلان رشته مواد و متالورژي در بخش صنعت و برنامه‌هاي صنعتي از 1662 نفر در سال 1363 (پس آمار جامعه ريخته‌گران ايران) به بيش از 15000 نفر در سال 1381 رسيده است كه رشدي معادل حدود 18 درصد در سال را نشان مي‌دهد.
5- ارتباط صنعتگران با دانشگاهيان از طريق ايجاد انجمن‌هاي غيردولتي نظير جامعه ريخته‌گران ايران (1358)، انجمن مهندسين متالورژي ايران (1372)، انجمن خوردگي، انجمن جوش و مهندسي جوش، انجمن سراميك (1374)، انجمن سطح، انجمن آهن و فولاد 1377 و انتشار فصلنامه‌ها و برگزاري كنگره‌ها و همايش‌هاي سالانه و دوسالانه بسيار توسعه يافته است.
6- از نظر توليد نيز آمار و ارقام نشانگر، رشد و توسعه بسيار زيادي است كه در صنايع آهن و فولاد، آلومينيوم، مس و همچنين سراميك‌ها، نسوزها و ... حاصل شده است.
7- توان تجهيزاتي و ابزارگان در بخش‌هاي صنعت و دانشگاه و به ويژه در دوران سازندگي و از طريق خريد خارج، بسيار افزايش يافته است كه با دوره‌هاي قبل قابل مقايسه نيست.
8- مراكز پژوهشي وابسته به دانشگاه‌ها و يا وابسته به نهادها و صنايع و همچنين مراكز پژوهشي مستقل و خصوصي توسعه بسيار يافته‌اند، در حالي كه تعداد اين مراكز در سال 1350، صفر و در سال 1359 فقط يك موسسه بوده است.
اگر قرار نبود كه صادقانه به بررسي تنگناها و موانع توسعه علم و فناوري بپردازيم، به گفته‌ها و نوشته‌هاي فوق بسنده مي‌كرديم و همچون بسياري از مسئولان از توسعه و پيشرفت، بسيار سخن مي‌گفتيم و گزارش را با يك نتيجه‌گيري مطلوب در همين جا خاتمه مي‌داديم ولي سوال‌هاي اصلي هنوز بي‌پاسخ مانده‌اند.
چرا با اين همه پيشرفت‌ها، احساس توسعه‌يافتگي نداريم؟
چرا سهم ما در نوآوري‌هاي علمي و فني جهان هنوز نزديك به صفر است و ما منتظر هستيم كه ديگران به نوآوري برسند و ما آنرا دوباره و چندباره وارد كنيم؟ صنعت را وارد مي‌كنيم ولي هنوز صنعتي نشده‌ايم.
چرا با آنكه بسياري از صنايع كشورمان را از طريق خريد فناوري و ابزارگان خارجي راه ‌انداخته‌ايم، هنوز براي دومين، سومين و چندمين آنها بايد به همان شيوه عمل كنيم.
چرا در عرصه توليد و فروش فناوري جايگاهي در جهان نيافته‌ايم و به اصطلاح در بر همان پاشنه مي‌چرخد؟ چرا هنوز به محصولات خود باور نداريم و نوع خارجي آن (حتي تركي و كره‌اي آن) را تا چندين برابر قيمت به محصولات خودي ترجيح مي‌دهيم.
چرا براي نوسازي صنايع كشورمان، هنوز بايد از بودجه عمومي كمك بگيريم و با آن از خارج ابزارگان جديد وارد كنيم.
و بسياري از چراهاي ديگر كه براي آنها:
پاسخي روشن نيافته‌ايم و اگر يافته‌ايم
روشي براي آن نمي‌شناسيم و اگر مي‌شناسيم
آنها را نمي‌توانيم اجرا كنيم و اگر اجرا كرديم
نتيجه بخش نبوده است.
تنگناها و موانع توسعه علمي و فناوري ايران در بسياري جهات از تنگناها و موانع عمومي آنها خارج نيست. صنعت متالورژي و علوم متالورژي، نظير ساير صنايع و علوم، خارج از خاستگاه اجتماعي و خارج از ارتباط با ديگر فعاليت‌هاي انساني مفهوم و معنا ندارد. اين رشته از فعاليت‌، نظير تمام فعاليت‌هاي فكري، علمي، هنري و عملي انسان در يك خلاء اجتماعي شكل نمي‌ گيرد و مانند تمامي آنها به سياست، حكومت، فرهنگ، اقتصاد، ارتباطات، زيربناي اجتماعي و امنيت همه جانبه وابسته است و از همين رو است كه در هر گونه تحليلي در مورد بررسي علل و موانع توسعه و يا عوامل پيشبرد آن در تمام زمينه‌ها اعم از مهندسي، پزشكي، كشاورزي، بازرگاني، دفاعي و ... به عوامل مشتركي برخورد مي‌كنيم كه از موضوع حرفه‌ها و تخصص‌ها خارج است و بايد بصورت اصولي و كلي با آنها پرداخته شود، آنگاه كه در مبارزه با نقطه آسيب‌پذير جامعه و فرهنگ خود پيروز بيرون آمديم، مي‌توانيم موانع و مشكلات حرفه‌ها و رشته‌ها را جداگانه بحث كنيم. در پيامد اين گزارش كوشش مي‌كنيم هر دو زمينه عام و خاص را بررسي كنيم، هر چند بر اين باور هستيم كه مشكلات خاص صنايع و علوم متالورژي نيز از مشكلات و موانع عام جدا نيستند.

موانع عام:
در ميان تنگناهاي عام چهار اصل يا چهار پديده وجود دارد كه تمام و يا اكثريت نابساماني‌هاي ما بصورت مستقيم از آنها ناشي مي‌شود، هر چند قادر نيستيم در اين گزارش تمام بارهاي منفي موجود را بصورت مستقيم به آنها نسبت دهيم.


تنگناهاي دموكراسي:
اگر دوران دموكراسي يونان را محور قرار دهيم، به اين نتيجه مي‌رسيم كه جهان همواره بر محور استبداد و خودكامگي فردي، گروهي، حزبي و قبيله‌اي چرخيده است، ولي بيش از 500 سال است كه نوعي دموكراسي و اگر نه به معناي سپردن حق حاكميت مردم به مردم و بلكه به معناي مشاركت مردم (و نه مشاركت دادن مردم) در جهان و به ويژه جهان غرب وجود داشته است كه دامنه آن در 200 سال اخير وسيعتر و نظام آن قانونمندتر شده است. در ايران كوشش‌هاي آزادايخواهانة مشروطيت، سابقه‌اي يكصد ساله دارد، كه هر چند از نظر نظام سياسي موفق شد، ولي هدف‌هاي آن پس از مدت كوتاهي نقش بر آب شد و اين بار زير نقاب مشروطيت، قانون، انتخابات، مردم، آزادي، دموكراسي و دانشگاه، چهره استبداد به وحشيانه‌ترين صورت و با دورويي و ناصداقتي پنهان گرديد و در زير لايه‌هاي ضخيم استبداد نوين، تمام واژه‌هاي دموكراسي بي‌معنا شدند و بسياري از آرزوها به آه تبديل شد.
مردم نيز چون حكومت‌گران، نفاق و دورويي پيشه كردند و با نفاق و دورويي پاسخ آنان را دادند و اكثريت به جاي باور به هويت و منافع ملي، فقط به باور و سهم خود انديشيدند.
نتيجه استبداد رياكارانه، چنان در انديشه و فرهنگ ما ريشه دوانيد كه حتي انسان‌هاي فرهيخته و علاقمند به توسعه اين مرز و بوم، خود به نوعي مستبد و ديكتاتور شدند و راه نجات را فقط سلايق خود و عقايد و آراء‌ خود دانستند و از اينرو ما در تمام زمينه‌هايي كه در توسعه فرايندهاي اجتماعي مي‌توانست راهگشا باشد،‌ عقيم و ابتر مانديم زيرا:
ناگزير شديم كه به هيچكس اعتماد نكنيم
براي حفظ امنيت خود، ناگزير فقط به خود انديشيديم
براي هر قانون مستمسكي براي فرار و يا سوءاستفاده بيابيم
براساس خواست حاكمان و روسا عمل كرديم
با تغيير حاكمان توبه كرديم و آنها را تاييد كرديم
در همان حال آنها را باور نداشتيم
برنامه‌ريزي را نفهميديم
كار گروهي را نشناختيم
منافع ملي را فراموش كرديم
آينده را به تقدير وانهاديم
و در اين ميان آنانكه قوي‌تر بودند و آشناتر، خودانديشي را تا وراي مرزهاي خيانت و جنايت و فروش سرمايه‌هاي كشور تحت نام‌هاي فريبنده توسعه دادند.
فقدان دموكراسي به عنوان اصلي‌ترين مانع توسعه علمي و فناوري در محورهاي زير جولانگاه مناسب خود را يافته است:
1- عدم امنيت شغلي و سرمايه‌گذاري
2- فساد اداري و توسعه سودجويي سريع
3- توسعه دلالي به جاي توسعه كار مولد
4- تنوع بسيار در حوزه‌هاي فناوري و صنعت
5- نبود الگوهاي توسعه و برنامه‌ريزي كلاني و پايدار
6- ايجاد جامعه‌اي غيرعلمي و با تفكر تقديري
7- ايجاد ساختار وارداتي
8- ايجاد فرهنگ آماري توجيه‌گرا و نه فرهنگ آماري نقدگرا
9- قرباني شدن هدف‌هاي ارتقايي در زير پاي مطامع شخصي و گروهي
10- عدم تداوم در برنامه‌ها با تغيير مسئولان


فقدان برنامه ملي
برنامه ملي، حتي در جوامعي كه با دموكراسي به مفهوم واقعي آن آشنايي كمتري دارند، از عوامل مهم توسعه و پيشرفت محسوب مي‌شود، هر چند كه به دليل فقدان دموكراسي، انرژي بسياري بايد براي آن هزينه شود.
آنگاه كه اختلاف و عقب‌ماندگي فاحش خود را دريافتيم و آنگاه كه مرعوب و يا مجذوب بيگانگان شديم و حتي زماني كه با آنان به ستيزه برخاستيم، بر اين باور بوديم كه آنان از ما قوي‌تر، داناتر، دانشمندتر، سياست‌مدارتر و خلاصه هر چيز آنان از ما برتر است و از اينرو به هزينه نقدينگي و سرمايه‌هاي طبيعي خود و به هزينه هويت و مليت خود به واردات پرداختيم.
صنعت را وارد كرديم كه فقط به توليد بپردازيم، نوآوري در صنعت را دست‌نيافتني يافتيم.
دانشگاه را وارد كرديم كه فقط به توليد مدرك بپردازيم، پژوهش و نوآوري در ساختار آن جايي نداشت.
قانون را تدوين كرديم، كه آنرا آن چنان كه تمايل ما است تفسير كنيم.
تجهيزات و ابزارگان وارد كرديم كه بخش اعظم درآمد نفت را پس بدهيم.
كارشناس وارد كرديم، نه به عنوان آنكه بياموزيم، بلكه براي آنكه روابط حسنه‌اي را توسعه دهيم.
كارشناساني را نيز به خارج فرستاديم تا شهامت هر گونه دگرگون‌سازي را از آنان سلب كنيم.
هيئت علمي به خارج فرستاديم نه به دليل آنكه دانش نو را بياموزيم بلكه پس از بازگشت كارشناسي و دانش او را منجمد سازيم.
و دوباره گردش كار را تكرار كنيم.
ساختار كشور را در تمام زمينه‌ها وارداتي ساختيم و آنگاه كه سياست‌هاي جهاني ما را به واكنش وادار كردند از همه جاي دنيا وارد كرديم و چنان تنوعي از نظر ابزارگان، علم، فناوري و انديشه در كشور ايجاد كرديم كه در فقدان يك برنامه و نظام ملي، فقط دامنه بي‌نظمي‌ها و فردگرايي‌ها را وسيعتر و برنامه‌ريزي ملي را غيرممكن‌تر ساختيم و نتيجه آنكه:
1- تصويري از آينده نداريم و مفهوم آينده‌نگري را نمي‌دانيم.
2- با يك نظام آموزشي بررسي نشده و استاداني از تمام نقاط دنيا، هدف‌هاي آموزش عالي را نمي‌شناسيم.
3- هيچگونه بسترسازي براي توسعه را انجام نمي‌دهيم و از اينرو در هر زمان از فقدان بستر براي توسعه رنج مي‌بريم.
4- آمار‌سازي (توليد، دانشگاه، دانشجو، ...) را بر فرايند علمي شدن و صنعتي شدن كشور مرجح ساخته‌ايم.
5- نيازي به نوآوري احساس نمي‌كنيم و در صورت احساس آنها را دوباره وارد مي‌كنيم
6- در بين اجزاي عوامل توسعه، (دانشگاه،‌ صنعت، دولت) ارتباطي ايجاد نكرده‌ايم و اگر ارتباطي وجود دارد نامنسجم، قانونمند نشده و سليقه‌اي است.
7- به دليل فقدان برنامه ملي تحقيق شده و بررسي شده، همواره سلايق خودمان را به جاي برنامه‌اي ملي اعمال مي‌كنيم و با رفتن ما، آن برنامه‌ها نيز نابود مي‌شوند.
8- چون برنامه‌اي ملي وجود ندارد، هيچگونه برنامه‌ريزي، كنترل و نتيجه نيز وجود نخواهد داشت و در اين ميان با توجه به آنكه ”هر كسي چند روزه نوبت اوست“ از نوبت خود و به نفع خود بهره‌گيري مي‌كنيم.
9- هيچيك از فعاليت‌هاي ما از تداوم و پيوستگي برخوردار نيست و هر چند سال يك بار، از نو شروع مي‌كنيم.
10- فساد اداري، سودجويي، كار نكردن و بسياري از خصال زشت را پرورش داده‌ايم.

آسيب‌هاي آموزشي
به آنگونه كه قبلاً اشاره شد، آموزش عالي در ايران، از بدو تاسيس دارالفنون و حتي در دانشگاه تهران دنبالة تكامل يافتة آموزش‌هاي پايه‌اي و فني و حرفه‌اي ايران نبود، ولي هنگامي كه به وجود آمد و هنگامي كه از نظر تعداد مراكز، تعداد دانشجو و تعداد استادان با گسترش‌هاي كمي و كيفي فراوان روبرو گرديد، به نقطه اتكاي مردم ايران از نظر شعور سياسي، آزاديخواهي، برنامه‌ريزي و بسياري خواسته‌هاي ديگر تبديل شد، كه متاسفانه به همان دلايل فقدان دموكراسي و فقدان برنامه ملي، در بسياري از موارد با شكست روبرو گرديد و از برنامه اصلي خود كه توسعه علم و فناوري است نيز بازماند. بسياري از آسيب‌هاي آموزش عالي نيز در نهاد همان دو اصل عمومي اوليه نهفته است و متاسفانه تمام تغييراتي كه تاكنون در اهداف و نظام‌هاي آموزش عالي پديد آمده است، موفق به انتقال دانشگاه و آموزش عالي از وظايف و هدف‌هاي كناري به هدف‌هاي اصلي نشده است.
بسياري از تغييرات در دانشگاهها و برنامه‌هاي آموزشي آن، پله‌اي، مقطعي، سازماني و نه تكامل هويت و ساختار منطقي آن به سمت هدف‌هاي روشن بوده است و بدون آنكه تاثير و نقش آنرا در سواد عمومي و موفقيت فارغ‌التحصيلان آن در عرصه‌هاي جهاني منكر شويم، بايد اشاره كرد كه آموزش عالي ايران در درون خود آفت‌ها و آسيب‌هايي را رشد داده است (رشد داده‌اند) كه متاسفانه بسياري از آنها به عنوان يك اصل نيز پذيرفته شده‌اند. اين آفت‌ها به شرح زير فهرست مي‌شوند و از بحث و شرح آنها خودداري مي‌شود.

1- عدم برنامه‌ريزي جامع و تحقيق شده و تغييرات مقطعي، آني و سليقه‌اي
2- سياست‌زدگي به جاي توسعه شعور سياسي و اجتماعي
3- فقدان پژوهش و ساختار پژوهشي
4- پاسخگويي ارزان و فوري به نيازهاي كاذب و يا واقعي جوانان با توسعه و رشد مراكز آموزشي، بدون توجه به ابزارهاي اصلي نظير بودجه، امكانات و ابزارگان، فضا،‌استاد
5- اشتغال غير تمام وقت استاد و دانشجو و پديده غيرعلمي و غيراخلاقي حق‌التدريس
6- عدم گزينش منطقي دانشجو براساس محورهاي استعدادسنجي، علاقه و توانمندي
7- مدرك گرايي
8- مديريت غيرطبيعي و گاه غير علمي با تدوين آئين‌نامه‌هايي كه به سهولت بتوان مديريت غيرطبيعي و غير علمي را با مديريت طبيعي و علمي جايگزين كرد و استفاده از سلسله مراتب صوري
9- نظام آموزشي جزوه‌اي و غيرمتكي بر كتابخانه و آزمايشگاه، عدم مطالعه منابع روز
10- تعدد مراكز تصميم‌گيري و عدم مشاركت آموزش عالي در تصميم‌سازي
11- عدم ارتباط سازماني تعريف شده با بخش‌هاي مصرف كننده و استفاده كننده
براي هر يك از موارد فوق مي‌توان بصورت مفصل، علل و عوارض آن را بررسي كرد كه در اين گزارش فقط به تيتر آنها بسنده مي‌شود.

آسيب‌هاي صنعت و فناوري
صنعت فرايندي اقتصادي است كه به دليل اقتصادي و رقابتي بودن آن، ناگزير به ارتباط با آموزش عالي و ارتباط به پژوهش و نوآوري است و در غير اين صورت، فقط عرصه توليد را دربرمي‌گيرد كه آن نيز فعاليتي است اقتصادي و ساكن، كه با توجه به ساختار صنعت و توليد در ايران و با وضعيت موجود و با توجه به خريد ابزارگان و دانش و ... از يك طرف نيازهاي كاذبي را ايجاد مي‌نمايد و از طرف ديگر براي رفع همان نيازها، ما را مجبور مي‌سازد كه از نقدينگي‌ها و سرمايه‌هاي طبيعي، براي فعاليت‌هايي هزينه كنيم كه متاسفانه خود ناپايدار، ناپويا و تكامل‌ناپذير هستند.

آسيب‌هايي كه صنعت و فناوري را در كشور ما تهديد مي‌كند، بدون هر گونه شرح و توضيح اضافي مي‌توان بصورت زير فهرست كرد:
1- دولتي بودن و استفاده از بودجه دولتي براي بسياري از صنايع و سرمايه‌گذاري‌ها
2- غيررقابتي بودن صنايع كه هر چند مي‌تواند براي مدتي بقاي صنايع را حفظ نمايد، ولي نتيجه قهري آن سكون، ناپويايي و توقف نوآوري است كه مجدداً براي تجديد و ادامه حيات به تزريق بودجه نياز دارد.
3- فقدان برنامه توسعه صنعتي جامع، ارزيابي سرمايه، نيروي انساني، مكان ايجاد و ...
4- سياسي بودن و توجيه‌گرا بودن تصميمات صنعتي
5- عدم نياز به نوآوري و عدم نياز به معلومات فارغ‌التحصيلان دانشگاهي
6- تعدد مراكز تصميم‌گيري و تغيير تصميمات براساس روندي غيرعلمي و سليقه‌اي
7- سودجويي از طريق واردات فناوري، ابزارگان،‌ تغيير سيستم و تجديد سازمان براي گروهي خاص
8- عدم رابطه با استانداردهاي جهاني و غيررقابتي بودن و عدم شرايط مناسب صادرات
9- تغيير و دگرگوني قيمت‌ها كه هر گونه برنامه‌ريزي را با دشواري روبرو مي‌سازد.
10- ناتواني در ايجاد و توسعه فرهنگ صنعتي
بر اين فهرست، موارد ديگري نيز مي‌توان افزود كه متاسفانه آنان نيز از فقدان دموكراسي و فقدان برنامه‌اي ملي و قابل اعتماد حاصل مي‌شوند و از اينرو بحث موانع عام به همين جا خاتمه مي‌پذيرد.

موانع و عوامل خاص توسعه علمي و فناوري در رشته‌هاي مواد
صنايع در مهندسي مواد در ايران،‌ عموماً صنايع مبتني بر مواداوليه بوده است كه در داخل كشور وجود دارد و به سه گروه صنايع اوليه، صنايع ثانويه و صنايع تبديلي يا ماشين‌سازي طبقه‌بندي مي‌شود، كه گروه اول صنايع هزينه‌بر و سرمايه‌بر بوده است كه عموماً توسط دولت ايجاد شده است (صنايع ذوب آهن، فولاد، مس، سرب، آلومينيوم و ...) صنايع گروه سوم نيز عموماً صنايعي مبتني بر مواد هستند كه نقش طراحي و مهندسي در آنها بسيار زياد و در حقيقت صنايعي مبتني بر مجموعه رشته‌ها هستند (خودروسازي، ماشين‌سازي و ....) اين صنايع نيز عموماً توسط دولت ايجاد شده‌اند، در حاليكه صنايع ثانويه (ريخته‌گري، تيكاري و ...) به دليل شرايط خاص يا بصورت وابسته به يكي از صنايع دوگانه فوق و يا بصورت مستقل و از طريق سرمايه‌گذاري دولتي و يا خصوصي ايجاد شده‌اند و به همين دليل، عوامل و موانع توسعه صنعتي و فناوري در بخش صنعت متالورژي، علاوه بر تمام نكات عام، داراي ويژگيهاي خاصي به شرح زير هستند:

1- دولتي بودن و به همين دليل صد در صد سياسي بودن مديريت‌هاي آنها
2- غيررقابتي بودن محصولات به دليل عدم وجود مراكز توليد در عرصه رقابت (مونوپل بودن توليدات)
3- محافظه‌كاري شديد در ايجاد نوآوري و تغيير سيستم‌ها به دليل:
الف- هزينه‌هاي نسبتاً بالا
ب- عدم نياز به توليد رقابتي
4- تامين نيازهاي سالانه (مواد مصرفي، ابزارگان و تجهيزات) از خارج از كشور به دلايل پيش گفته و عدم ارتباط با صنايع داخلي و به همان دليل با دانشگاهها
5- در صورت هر گونه ارتباط با صنايع داخلي و يا دانشگاهها، استفاده (سوءاستفاده) از تمكن سرمايه‌اي به منظور روابط آمرانه
در همين حال در مورد توسعه علم در اين رشته، نيز موانعي وجود دارد كه مي‌تواند بصورت زير فهرست شود:

1- عدم تدوين استراتژي توسع مهندسي مواد. مهندسي مواد يك سيستم چند نظمي (علمي، فناوري، حرفه‌اي، تحقيقاتي و آزمايشگاهي) است كه در تمام نقاط دنيا، هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري آموزشي و هزينه‌هاي جاري آن نسبت به ساير رشته‌هاي مهندسي و ساير رشته‌هاي تحصيلي بسيار زياد است، متاسفانه در آموزش عالي ايران به اين موضوع خاص توجه نشده و هزينه‌هاي آن، همسان با ساير رشته‌ها برآورد مي‌شود و در سالهاي اخير نيز با گسترش كميت دانشجويي، هزينه‌هاي سرانه تا حد حفظ وضع موجود و نه نوآوري و توسعه علمي كاهش يافته است.

2- به دليل دولتي بودن، مونوپل بودن و سياسي بودن صنايع مواد، اغلب ارتباط با صنايع بسيار دشوار، غيرسازماني و براساس روابط شخصي انجام مي‌گيرد و از اينرو دوره‌هاي آموزشي ”كارآموزي دانشجويان“ عموماً در صنايع كوچكتر و مياني انجام مي‌گيرد. اين موضوع با گسترش انبوه دانشجويي به شدت، با دشواري روبرو شده است.

3- عدم تدوين نظام آموزشي مهندسي مواد، با توجه به چند نظمي بودن آموزش مهندسي مواد. بايد در پذيرش دانشجو، ارتباط با بخش‌هاي علوم پايه، ارتباط با بخش‌هاي صنعتي و تحقيقاتي، پذيرش و انتخاب استاد، نحوة آموزش و بسياري از عوامل ديگر در اين رشته خاص تجديدنظر به عمل آيد و نظام آموزش مهندسي جامع آن تدوين شود.

[boomba]

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current


بدترین خوردگی كه برای فلزات كار گذاشته شده در خاك بوجود می آید . در محل هایی است كه جریان های الكتریكی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاك ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الكتریكی داخل زمین از طریق فلزات كارگذاشته شده درخاك كه مقاومت كمی دارند عبور خواهد كرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد كه از یك قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان كامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان كاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره كرد:


وجود سیستم حفاظت كاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم


استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری


عملیات جوشكاری با استفاده از جریان مستقیم


سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می كند.


جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:


1- جریان های مستقیم


2- جریان های متناوب


3- جریان های تلوریك ( Telluric )


نوشته شده توسط علیرضا م در شنبه ۲۳ دی ۱۳۸۵ و ساعت 14:26

خوردگی در اثر جریان های سرگردان Stray Current





بدترین خوردگی كه برای فلزات كار گذاشته شده در خاك بوجود می آید . در محل هایی است كه جریان های الكتریكی سرگردان وجود دارد . چون مقاومت ویژه خاك ها حتی وقتی دارای آب باشند زیاد است . بنابراین جریان های الكتریكی داخل زمین از طریق فلزات كارگذاشته شده درخاك كه مقاومت كمی دارند عبور خواهد كرد . جریان سرگردان زمانی می تواند موجب خوردگی لوله گردد كه از یك قسمت از لوله وارد واز قسمت دیگر آن تخلیه شود و در حقیقت مدار جریان كامل گردد . نقطه ورود جریان سرگردان كاتد و نقطه خروجی، آند پیل خوردگی خواهد گردید . از منابع ایجاد جریان سرگردان می توان به موارد زیر اشاره كرد:


وجود سیستم حفاظت كاتدی در لوله های مجاور لوله مورد تهاجم


استفاده از جریان مستقیم در عملیات حفاری


عملیات جوشكاری با استفاده از جریان مستقیم


سیستم های قطار برقی زیر زمینی و نظایر آنها و همچنین میدان مغناطیسی زمین در اطراف لوله تهاجم نیز تاثیر گذاشته و اختلال ایجاد می كند.


جریان های سرگردان در 3 دسته طبقه بندی می شوند:


1- جریان های مستقیم


2- جریان های متناوب


3- جریان های تلوریك ( Telluric )


شكل 1- خوردگی در اثر جریان های سرگردان

خوردگی جریان های مستقیم :


به طور معمول جریان های سرگردان مستقیم ، دارای 3 منبع هستند ایستگاه های حفاظت كاتدی ، سیستم های حمل ونقل و معدنی ، خطوط انتقال برق فشار قوی كه در این میان سهم اصلی متعلق به سیستم های حفاظت كاتدی است. مشكل اصلی در طراحی سیستم های حفاظت كاتدی ، وجود تقاطع خطوط لوله و سازه های فلزی می باشد كه غالبا در زمان طراحی به علت عدم آشنایی با محیط كار و یا عدم پیش بینی های لازم توسط طراح ، جریان های سرگردان و تداخل در نظر گرفته نمی شوند و به همین دلیل نتایج محاسبات تئوریك و آنچه كه در عمل اتفاق می افتد متفاوت بوده و همچنان معضل خوردگی در این قسمت ها وجود داشته و با تاثیر سوء، تداخل به صورت تصاعدی رشد می نماید.


بحث ایستگاه های حفاظت كاتدی با دو حالت مختلف مطرح می گردد:


1- وجود لوله بیگانه در نزدیكی حفره آندی


2- تقاطع با لوله و خطوط محافظت شده


درحالتی كه تقاطع وجود دارد، یك لوله بیگانه از منطقه تحت تاثیر پتانسیل مثبت اطراف یك حفره آندی سیستم جریان اعمالی عبوركرده و سپس در نقطه ای دورتر با لوله محافظت شده تقاطع دارد.


پتانسیل مثبت زمین لوله بیگانه را تحت تاثیر قرار داده و در یك محدوده خاص موجب دریافت جریان توسط لوله می گردد این جریان باید به جایی رود كه مدار الكتریكی كامل شده و به قطب منفی ترانس ركتیفایر بازگشت نماید. جایی كه تخلیه جریان از لوله بیگانه صورت می گیرد ( محل تقاطع ) لوله بیگانه خورده می شود. شدت تاثیرات به میزان ولتاژ اعمالی حفره آندی و دوری لوله بیگانه بستگی دارد . به این معنی كه ولتاژ بالا و نزدیكی زیاد صدمه را بیشتر می سازد در حالتی كه جریان دزدی (Pick Up ) لوله بیگانه خیلی زیاد نباشد می توان با اتصال دو لوله به هم مشكل را حل كرد و این مسئله به میزان ظرفیت ركتیفایر ما كه توانایی تحت حفاظت قرار دادن هر دو لوله را به طور همزمان داشته باشد، دارد. ( شكل 2 )


اما در حالتی كه لوله بیگانه در نزدیكی حفره آندی یك سیستم حفاظت كاتدی بوده اما با لوله حفاظت شده تقاطعی ندارد : در این حالت لوله بیگانه تحت تاثیر میدان تحت الشعاع حفره آندی با پتانسیل مثبت قرار می گیرد و جریان از هر دو سوی لوله بیگانه به صورت "از انتها" ( Endwise ) انتقال می یابد . این جریان سرگردان ، لوله بیگانه را در نقاط بیشتر و دورتر ( مانند منطقه ای كه مقاومت خاك پایین است ) ترك كرده و جهت كامل شدن مدار الكتریكی به سوی لوله حفاظت شده و در نهایت به ركتیفایر انتقال می یابد . در صورتیكه در حالت قبلی این جریان در نزدیكی محل تقاطع متمركز می گردید.


راه حل درست اتصال كابل از لوله بیگانه به قطب منفی ركتیفایر می باشد تا لوله بیگانه نیز تحت حفاظت قرار گیرد تا مدار الكتریكی از طریق این كابل كامل شود. اگر حفره خیلی نزدیك به لوله بیگانه باشد جریان گرفته شده توسط لوله بیگانه بسیار زیاد خواهد بود و این راه حل مناسب نمی باشد و در صورت امكان بهتر است محل حفره را عوض نمود.


در زمین اطراف لوله تحت حفاظت كاتدی یك گرادیانت[AR1] پتانسیل وجود دارد كه باعث القا جریان از زمین به لوله می گردد. این گرادیان بر عكس گرادیان پتانسیل یا منطقه تحت تاثیر اطراف حفره تخیله جریان می باشد . این به آن معناست كه زمین در نزدیكی لوله نسبت به زمین دورتر منفی خواهد شد. شدت میزان تحت تاثیر لوله حفاظت شده تابعی از مقدار جریان ورودی در واحد سطح به لوله می باشد. جریان بیشتر شدت بالاتری ایجاد میكند.


برای لوله ای كه به خوبی پوشش شده باشد ، جریان خیلی كم است و در نتیجه گرادیانت پتانسیل در اطراف لوله ناچیز است . ولی یك لوله بدون پوشش تحت حفاظت كاتدی می تواند جریان زیادی بگیرد. یك لوله مجاور یا هر ساختار فلزی مدفون در تقاطع با لوله بدون پوشش حفاظت شده از میان گرادیان پتانسیل اطراف لوله عبور كرده و ممكن است هدف صدمات خوردگی قرار گیرد. به همین دلیل لوله بیگانه بیشترین صدمه را در محل تقاطع با لوله بدون پوشش خواهد خورد.

سیستم های حمل و نقل مجهز به DC مانند قطارهای زیر زمینی نیز یكی از بزرگترین منابع جریان های سرگردان می باشد . ولی امروزه سیستم رایجی نبوده و به استثنای جاهای محدود مورد استفاده قرار نمی گیرد . سیستم های حمل و نقل DC همانگونه كه در شكل 3 دیده می شود ، معمولا با تغذیه كننده عایق شده بالاسر كه به قطب مثبت ایستگاه برق متصل می شود كار می كنند . جریان اعمالی ( كه ممكن است تا هزاران آمپر هم برسد) با اتصال به قطب منفی ایستگاه توسط ریل بازگشت می شود . بدلیل اینكه قطار روی ریل زمینی حركت كرده و كاملا بازمین عایق نشده است مقداری از جریان اعمالی وارد زمین شده و هدر می رود و در مسیر زمین به ایستگاه برگشت می شود . خط لوله موجود در منطقه خط آهن مسیر مناسبی برای انتقال جریان زمین می باشد . به صورت ایده آل اگر تمامی جریان منفی بازگشتی توسط خود سیستم حمل و نقل بازگشت نماید پدیده جریان های سرگردان روی خطوط لوله عبور كرده از منطقه تاثیری ندارد . نزدیكی حالت عملی سیستم به حالت ایده آل بستگی به تعمیرات خط آهن دارد . خط آهن باید روی قطعات سنگی كه دارای مقاومت دارای مقاومت نسبتا بالائی نسبت به زمین هستند احداث می شود تا از اتلاف جریان جلوگیری شود.


شكل2 - مثالی از سیستم حمل و نقل الكتریكی كه باعث بوجود آمدن جریان های سرگردان می شود

اخیرا احتمال بروز خوردگی در اثر نصب خطوط لوله انتقال برق فشار قوی DC روی خطوط لوله مورد توجه متصدیان خطوط لوله زیرزمینی قرار گرفته است. انتقال برق DC برای مسافت های دور مقرون به صرفه تر می باشد. سیستم دارای دو واحد تبدیل و اتصال به زمین كه در انتهای هر كدام قرار گرفته است، می باشد. مادامیكه بار دو نیمه سیستم ( به طور مساوی) تقسیم شده باشد . هیچ تبادل جریانی بین دو اتصال نباید وجود داشته باشد . در غیر این صورت جریانی نامیزان بین دو محل اتصال زمین ایجاد می گردد . جهت این جریان بستگی به بالاتر بودن بار هر كدام از اتصالات دارد . اگر خطوط انتقال برق فشار قوی با اتصالات زمینی شرح داده شده احداث شود، تاثیر جریان سرگردان روی خطوط لوله گسترش می یابد موثر ترین راه حل این است كه حد الامكان فاصله اتصال زمین سیستم نسبت به خط لوله زیاد باشد و محل قرار گرفتن اتصال زمین در جایی باشد كه كمترین مقاومت خاك را داشته باشد؛ كه اختلاف پتانسیل بین اتصال زمین و زمین دورتر را به حداقل رساند.






جریان متناوبAC :


شبكه هوائی انتقال برق متناوب ( فشار قوی) برخی مشكلات را بر روی خطوطه لوله ایجاد نموده است . این مشكلات در جائیكه خطوط لوله در مسیر عبور خود با خطوط هوائی انتقال برق متناوب( فشار قوی بیش از 110 كیلو وات) تقاطع داشته یا به صورت موازی در كنار یكدیگر قرار گرفته باشند ظاهر می شوند. در صورتیكه كابل زیرزمینی با ولتاژ بالا از كنار سازه عبور كند ، لوله توسط تداخلAC باردار شده و همزمان با عبور جریان متناوب از كابل مقداری از جریان از طریق زمین به لوله منتقل می شود و پس از گرفتن جریان توسط لوله در جای دیگری از لوله خارج می شود. جریان متناوب در كابل ایجاد شار مغناطیسی درهوا یا زمین می كند كه این شار باعث تولید جریان و ولتاژ متناوب در خط لوله میشود . همچنین در نواحی از لوله كه در محدوده میدان الكترومغناطیسی انتقال برق قرار دارند در صورتی كه لوله به زمین وصل شود . بار خازنی بزرگی درلوله ایجاد می شود. به نظر می رسد اینگونه تداخل در لوله های بدون پوشش اتفاق نمی افتد .


عوامل موثر در میزان تداخل جریان در اثر برق متناوب به صورت زیر خلاصه می شود:


1- ولتاژ خط انتقال برق فشار قوی


2- نسبت هندسی خط لوله و كابل های هوائی


3- فاصله بین خط لوله و سیستم برق فشار قوی


4- مقاومت و كیفیت پوشش لوله


5- مقاومت خاك اطراف لوله


6- تعداد تقاطع و طول مسیر موازی خط لوله خطوط انتقال نیرو




جریان سرگردان منتج از اختلالات مغناطیسی Telluric :


بعضی اوقات اختلالاتی در اندازه گیری پتانسیل لوله نسبت به خاك و یا جریان جاری در لوله در یك منطقه كه در آنجا هیچ نوع منبع جریان كه توسط انسان احداث شده باشد وجود ندارد، پدید می آید. علت آن معمولا در ارتباط با اختلالات مغناطیسی زمین است كه اصطلاحا به" طوفان های مغناطیسی" معروف است.


در زمان فعالیت شدید لحظه ای خورشید، فعالیت اختلالات مغناطیسی شدت می یابد. جریان سرگردان منتج از این منبع Telluric نامیده می شود.


علت تاثیر روی لوله ممكن است با ایجاد و شكل گیری و سپس متلاشی شدن میدان مغناطیسی زمین در ناحیه خط لوله در ارتباط باشد . در یك ژنراتور الكتریكی با عبور رسانای عایق دار از میدان مغناطیسی ولتاژ تولید می شود . مكانیزم كار این است كه رسانا خطوط میدان مغناطیسی را قطع می كند اگر چه بعضی وقت ها اثر شدید است ، اما تاثیرات جریان Telluric روی لوله بندرت مدت طولانی دارد. در یك ناحیه خاص پدیده جریان گیری و تخلیه جریان در طول زمان متمركز می گردد.




كنترل خوردگی ناشی از جریان های سرگردان :




بعضی از روش های برای كاهش یا حذف تداخل جریان های سرگردان عبارت از :

حذف یا تقلیل منبع جریان

اتصال بین خطوط مهاجم و متاثر

استفاده از آند های فدا شونده و نقاط تقاطع

استفاده از پوشش و یا موانع الكتریكی ( Electrical Shields )



شكل 3 - استفاده از آند فدا شونده در كنترل جریان های سرگردان


شكل 4 -استفاده از موانع الكتریكی در كنترل جریان های سرگردان



منابع :

- مارس .ج. فونتانا : مهندسی خوردگی ، ترجمه دكتر احمد ساعتچی ، مركز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان ، چاپ سوم پاییز 1380

- سیف. سیامك ، كرمی نوری. حسین : تحلیلی از تداخل و جریان های سرگردان ، خرداد 1382

-Pierre R. Roberge: Handbook of Corrosion Engineering, McGraw-Hill, New York, 2000

-Metals handbook, 9th Ed, Vol 1, 1978, ASM, Metals Park Ohio

-A.W.Peabody: Control of Pipeline Corrosion, national association of corrosion Engineers (NACE)

[boomba]

آبکاری

پوشاندن یک جسم با یک لایه نازک از یک فلز با کمک یک سلول الکترولیتی آبکاری نامیده می‌شود. جسمی که روکش فلزی روی آن ایجاد می‌شود باید رسانای جریان برق باشد. الکترولیت مورد استفاده برای آبکاری باید دارای یونهای آن فلزی باشد که قرار است لایه نازکی از آن روی جسم قرار بگیرند.



نگاه کلی
فرایند آبکاری معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره ‌و کروم جهت افزایش ارزش فلزات پایه مانند آهن ‌و مس ‌و غیره و همچنین ایجاد روکشی بسیار مناسب (در حدود میکرومتر) برای استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. این خواص می‌تواند رسانایی الکتریکی و جلوگیری از خوردگی باشد. فعل و انفعال بین فلزها با واسطه‌های محیطی موجب تجزیه و پوسیدگی آنها می‌شود چون فلزها میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند. پوسیدگی فلز ممکن است به صورت شیمیایی(توسط گازهای خشک و محلولهای روغنی گازوئیل و نفت و مانند اینها) و یا الکتروشیمیایی (توسط اسیدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذیرد. طبیعت و میزان خوردگی به ویژگی‌های آن فلز٬ محیط و حرارت وابسته است. روشهای زیادی برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد که یکی از آنها ایجاد روکشی مناسب برای فلزها می‌باشد و معمول‌ترین روشهای روکش فلزها عبارتنداز: رنگین کردن فلزات ٬ لعابکاری ٬ آبکاری با روکش پلاستیک٬ حفاظت کاتدیک‌ و آبکاری با فلزات دیگر.

اصول آبکاری
به طور کلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به صورت واکنش زیر نشان داد:
فلز <-------- (الکترون) z + کاتیون فلزی

ترسیب فلز با روشهای زیر انجام می‌شود:
آبکاری الکتریکی
در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت:
- یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید.
- یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.
- این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند.
قوانین فارادی
قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.

* قانون اول: مقدار موادی که بر روی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیما″ با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است.
* قانون دوم :مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدار الکتریسیته یکسان به صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.

بر اساس این قوانین مشخص شده است که ۹۶۵۰۰ کولن الکتریسیته (یک کولن برابر است با جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند.
آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی
هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس سه امکان وجود دارد:

* ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان‌) یا فرایند غوطه‌وری: اساس کلی این روش بر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شود باید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلز نجیب) باشد. و فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند. یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جیوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روشهای مختلف کنترل و یا آزمایش٬ جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.

* ترسیب فلز به روش اتصال: این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط٬ از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یونهای مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود.

* روش احیا: ترسیب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احیا کننده٬ روش احیا نامیده می‌شود. یعنی دراین روش الکترونهای لازم برای احیای یونهای فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود. پتانسیل احیا کننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها٬ نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است٬ مناسب نیست. مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها را نیز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد.

آماده سازی قطعات برای آبکاری
برای بدست آوردن یک سطح فلزی مناسب نخستین عملی است که با دقت باید صورت گیرد٬ زیرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آید که فلز پایه٬ سطحی کاملا تمیز و مناسب داشته باشد. بدین علت تمام لایه‌ها و یا قشرهای مزاحم دیگر از جمله کثافات٬ لکه‌های روغنی٬ لایه‌های اکسید٬ رسوبات کالامین که روی آهن در درجه‌های بالا ایجاد می‌شوند را از بین برد. عملیات آماده سازی عبارتند از:

* سمباده‌کاری و صیقل‌کاری: طی آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و یکنواخت تبدیل می‌کنند.
* چربی‌زدایی: طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عمل انحلال٬ پراکندگی٬ امولسیون٬ صابونی کردن و یا به روش تبادل بار از بین برد.
* پرداخت: انحلال شیمیایی قشرهای حاصل از خوردگی روی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساسا″ به کمک اسیدهای رقیق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گیرد.
* آبکشی٬ خنثی‌سازی٬ آبکشی اسیدی٬ خشک کردن: خنثی‌سازی برای از بین بردن مقدار کم اسید یا مواد قلیایی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانندو همچنین آبکشی اسیدی برای جلوگیری از امکان تشکیل قشر اکسید نازک غیر قابل رؤیت که موجب عدم چسبندگی لایه الکترولیتی می‌شود.



موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری
در سالهای اخیر نانوتکنولوژی که همان علم و تکنولوژی کنترل و بکارگیری ماده در مقیاس نانومتر است٬ تحقیقات فزاینده و موقعیت‌های تجاری زیادی را در زمینه‌های مختلف ایجاد نموده است. یک جنبه خاص از نانوتکنولوژی به مواد دارای ساختار نانویی یعنی موادی با بلورهای بسیار ریز که اندازه آنها معمولا کمتر از ۱۰۰ میکرومتر است می‌پردازد٬ که این مواد برای اولین بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکی معرفی شدند. این مواد نانوساختاری با سنتز الکتروشیمیایی تولید شده‌اند که دارای خواصی از قبیل٬ استحکام٬ نرمی‌ و سختی٬ مقاومت به سایش٬ ضریب اصطکاک٬ مقاومت الکتریکی٬ قابلیت انحلال هیدروژن و نفوذپذیری٬ مقاومت به خوردگی موضعی و ترک ناشی از خوردگی تنشی و پایداری دمایی را دارا هستند. دریچه‌های آبکاری الکتریکی برای سنتز این ساختارها با استفاده از تجهیزات و مواد شیمیایی مرسوم برای طیف گستره‌ای از فلزات خالص و آلیاژها گشوده شده است. یک روش مقرون به صرفه برای تولید محصولاتی با اشکال بسیار متفاوت از پوششهای نازک و ضخیم٬ فویلها و صفحه‌ها با اشکال غیر ثابت تا اشکال پیچیده شکل‌یافته با روشهای الکتریکی است. از این رو فرصتهای قابل توجهی برای صنعت آبکاری وجود دارد تا نقش تعیین‌کننده‌ای را در گسترش کاربردهای جدید نانوتکنولوژی ایفا نماید که این امر به آسانی با تکیه بر اصول قابل پیش‌بینی متالوژیکی که در سالیان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.

[boomba]

سختی ویکرز



Vickers Hardness Tester
Description
The Vickers hardness test uses a square-based pyramid diamond indenter with an angle of 136º between the opposite faces at the vertex, which is pressed into the surface of the test piece using a prescribed force, F. The time for the initial application of the force is 2 s to 8 s, and the test force is maintained for 10 s to 15 s. After the force has been removed, the diagonal lengths of the indentation are measured and the arithmetic mean, d, is calculated. The Vickers hardness number, HV, is given by:


HV = Constant × Test force / Surface area of indentation



Standard Vickers Scales


Standards