تاریخچه مس :
اینکه مس نخستین بار در کجا تولید شده است ، هنوز مشخص نیست . رومیهای قدیم معتقد بودند که مس از Cyprus ، که نام مس نیز از همین نام مشتق شده ، بدست آمده است . بسیاری از انسانهای اولیه از مس استفاده میکردند . کلدانیها ، حتی 4500 سال قبل از میلاد مسیح نیز با هنر مس کاری آشنائی داشتند . مصریها ، مس معدنهای Cyprous را استخراج میکردند و مصرف مس از مصر به اروپا گسترش پیدا کرد . در امریکا ، مس بوسیله ، مردمان اتازونی سابق ( پیش از کریستف کلمب ) و بوسیله هندیها خیلی پیش از ورود اروپائیها مصرف میشد . مس طبیعی روی قشر زمین به آسانی پیدا میشد که بدون شک بوسیله یخچالهای طبیعی بر روی زمین پخش شده بود . احتمال اینکه هندیها مس طبیعی را استخراج کرده باشند مشکوک بنظر میرسد ، ولی باحتمال زیاد کلمبیائیها این کار را انجام داده اند .
مس در آغاز برای جواهر آلات زینتی مصرف میشد که بعداً برای ابزار و اسلحه ها نیز بکار رفت . کشف اثر سخت شوندگی قلع ترکیب شده با مس برای تهیه برنز موجب توسعه وسایل جنگی شد . این که کجا ، کی ، و چگونه برنج کشف شد معلوم نیست ، ولی در روشهای قدیمی از احیاء مستقیم مخلوط مس ، یا برخی از سنگ معدنهای آن ، وکالامین یا سنگ توتیا ( کربنات روی ) بدست می آوردند . تنها در سال 1781 بود که امرسون روش ذوب مستقیم فلزات را کشف کرد و یک آلیاژ مس - روی بدست آورد که به آن برنج می گوئیم . در امریکا ، نخستین نورد ورقه برنجی در Connecticut Watcrbury ، انجام شد و تاکنون Connecticut مقام خود را بعنوان مرکز ساخت برنج امریکائی حفظ کرده است . مس اغلب بعنوان یک عنصر آلیاژ دهنده برای فلزات قیمتی مصرف میشود . قسمت عمده طلا و نقره بازار با مس آلیاژ میشوند . همچنین برای بهبود مقاومت خوردگی مس نیز به بعضی فولادها اضافه میشود . وقتی مس به آلومینیوم افزوده میشود ، یک آلیاژ قابل پیرسختی حاصل میگردد . بابیت ها ( آلیاژهای پرقلع ، پر سرب ) غالباً مس دارند .
آلیاژهای نیکل محتوی مس از خود مقاومت خوردگی پایداری نشان میدهند . مصرف وسیع دیگر مس در صنعت الکترو پلیتینگ ( آبکاری الکتریکی ) است که مس بعنوان زیرپوش برای آبکاری نیکل و کرم مصرف میشود .
مس یکی از مهمترین عناصر مورد استفاده در صنایع غیر آهنی است که قدمت آن به اعصار قبل از دوره آهن می رسد و از 5 هزار سال پیش در صنایع مختلف جنگی ، هنری و خانگی بکار گرفته شده است . مس در صنایع امروز به دلائل هدایت ، قبول عملیات مکانیکی ، مقاومت در مقابل خورندگی و رنگهای زیبا بعد از آهن بیشترین موارد استعمال را در صنایع دارد .
تذکر این نکته لازم است که استفاده روزافزون از آلومینیوم و گسترش انواع آلیاژی آن ، موارد استفاده از مس را با کاهش فراوان روبرو کرده است .
مشخصات فیزیکی
مس با جرم اتمی 54/63 و قطر اتمی 5511/2 و قطر یونی 06/1 آنگسترم بدون هیچ گونه تغییرات آلوتروپیکی در C 1083 در ساختمان FCC از مذاب متبلور می گردد .
ثابت کریستالی این عنصر 6080/3 آنگسترم و به دلیل احراز کلی شرایط حلالیت از جمله ظرفیت ، ردیف الکتروشیمی و اندازه اتمی و قرار گرفتن در میانه جدول اندازه اتمی و ردیف الکتروشیمی به عنوان حلال ترین فلزات شناخته شده است . تقریباً کلیه عناصر ( به استثناء چند عنصر صنعتی محدود مانند سرب ) تا حدودی در مس قابلیت انحلال دارند و از این رو آلیاژهای مختلف و متنوع مس و سایر عناصر مانند برنج ها ( مس و روی ) ، مس و قلع ، مس و آلومینیم و مس و سیلیسیم تحت عنوان کلی برنزها و آلیاژهای مس و نیکل تحت عنوان نقره آلمانی ( ورشو ) از اهمیت فراوان برخوردارند .
فاکتور اندازه اتمی مس با بسیاری از عناصر از حدود 15/0 1 تجاوز نمی کند که به طور مثال این فاکتور در مورد بعضی از عناصر به شرح زیر است
حلالیت جانشینی عناصر در مس به مقدار زیادی به نسبت الکترونی آنها در منطقه برلیون بستگی دارد که در مباحث متالورژی فیزیکی مطرح شده است . به طور اختصار در صفحه اول برلیون مس در ساختمان FCC حداکثر تا 4/1 الکترون بر اتم شرایط توزیع محلولی برقرار می باشد . بدیهی است اندازه اتمی و ردیف الکترو شیمی و ساختمان کریستالی از اهمیت نهایی برخوردار است . از این رو حداکثر حلالیت روی ( دو ظرفیتی ) 40% اتمی و آلومینیم ( 3 ظرفیتی ) 20% و قلع ( 4 ظرفیتی ) 3/13% بر اساس تئوری برلیون محاسبه می گردد .شرایط انرژی آزاد برای تشکیل فازهای میانی و ترکیبتات بین فلزی مس و سایر عناصر باعث آن می شود که دیاگرام تعادل آلیاژهای دوگانه و سه گانه مس از پیچیدگی بیشتر و فازهای متنوع تری تشکیل گردد .
به این دلیل که قطر دهانه نفوذ ساختمان مس نسبت به آلومینیوم کوچک است لذا ضریب حلالیت نفوذی عناصر دیگر و شرایط چنین نفوذی کمتر از آلومینیوم یا سایر عناصر با قطر اتمی بزرگتر می باشد .
و به جز هیدروژن و مقدار کمی اکسیژن که در مس محلول می شوند ، بقیه عناصر ترکیبات شیمیایی مختلف تولید می کنند . بدیهی است تأثیر درجه حرارت در ضریب نفوذ در مورد مس نیز صادق می باشد و افزایش درجه حرارت باعث افزایش انواع مختلف حلالیت می گردد .نقطه ذوب مس 1083 و نقطه جوش آن 2570 گزارش شده اند . گرمای نهان گداز این عنصر برابر 3230 کالری بر اتم گرم و بر طبق روابط فیزیکی ، انتروپی گذار آن 30/2 = S کالری بر اتم گرم درجه کلوین می باشد . مشخصات فیزیکی مس در جدول درج گردیده است . مس در حالت مذاب وزن مخصوصی معادل 8 گرم بر سانتیمتر مکعب دارد و از روبا توجه به وزن مخصوص این عنصر در درجه حرارت محیط ( 93/8) ( در صورت نورد ) و وزن مخصوص آن در نزدیکی نقطه ذوب که 4/8 گزارش گردیده است ، میزان انقباض حجمی آن از حالت مذاب به جامد ، نزدیک به 5% می باشد که از انقباض آلومینیم به مراتب کمتر است .
مشخصات ریخته گری و ذوب
آلیاژهای مس در تنوع ترکیبات مختلف ، فاصله های انجماد متفاوتی دارند که پدیده انجمادهای پوسته ای ( فاصله انجماد کم ) ، انجمادهای خمیری ( فاصله انجماد زیاد ) و همچنین انجمادهای اوتکتیکی و پریتکتیکی مختلف را شامل می گردند و از این رو یک تعریف کلی و عمومی برای آنها تقریباً مشکل و غیر ممکن می باشد . حدود 4/3 آلیاژهای مس ( به جز چند مورد استثانایی مانند آلیاژهای برلیم و 1% کرم ) اغلب دارای عناصر آلیاژی بیش از 10% و گاه تا 40% می باشند و از این رو فاصله انجماد آنها بر حسب ترکیب از نوسانات زیادی برخوردار است . همچنین درجه حرارت ریختن آنها حدود 100 تا C 150 بالاتر از نقطه مایع می باشد .
در جدول درجه حرارت آغاز و پایان و همچنین درجه حرارت ریختن 8 نوع آلیاژهای اصلی مس درج شده است .
آلیاژهای مس با نقطه ذوبی معمولاً بالاتر از 850 و درجه ریخته گری بالاتر از C 1000 و وزن مخصوصی معادل 8 گرم بر سانتیمتر مکعب بیشتر در شرایط ریخته گری آلیاژهای آهنی و چدن ها قرار می گیرند و از این رو ریخته گری آنها به مراتب مشکل تر از آلیاژهای آلومینیم می باشد .
سیالیت آلیاژ های مس از آلیاژ های آلومینیم کمتر است و به همین دلیل در انتخاب و ایجاد سیستم راهگاهی همواره سیالیت کمتر این آلیاژ مورد نظر قرار می گیرد .
بسیاری از عناصر که در تهیه آلیاژهای مس به کار می روند مانند روی ، آلومینیم ، سلیسیم به شدت قابل اکسیده شدن هستند و بخصوص شرایط اکسیدی مس که بعداً تشریح می گردد باعث آن می شود که آلیاژهای مسی به سرعت با اکسیژن محیط و همچنین مواد نسوز ترکیب شده و انواع مواد ناخواسته و آخال ها را در مذاب القاء نمایند