1. آلیاژ مس-بریلیم (Cu-Be) که به دلیل هدایت الکتریکی بالا، استحکام مکانیکی قابل توجه و مقاومت عالی به جرقه‌زدگی (Anti-Arc) شناخته می‌شود.
2. آلیاژ مس-کروم-زیرکونیوم (Cu-Cr-Zr) که به علت پایداری حرارتی، هدایت ترکیبی بالا (حرارتی و الکتریکی) و مقاومت در برابر خوردگی، در برخی کاربردهای خاص صنعتی به‌کار می‌رود.

در پایان نیز خدمات تخصصی شرکت ایده پویان در زمینه مشاوره، طراحی و تولید این آلیاژها معرفی خواهد شد.

۱. چرخ جوش (Welding Wheel)

۱.۱. تعریف و وظایف

چرخ جوش یکی از المان‌های اصلی در جوش مقاومتی (Resistance Welding) محسوب می‌شود. این چرخ نقشی دوگانه دارد:

• انتقال جریان الکتریکی بسیار بالا (تا چند ده هزار آمپر) به محل تماس دو ورق فلزی تا نقطه ذوب موضعی ایجاد شده و اتصال فلزی شکل بگیرد.
• اعمال فشار مکانیکی برای فشرده‌سازی ورق‌ها در محل تماس و تضمین کیفیت اتصال (جوش).

۱.۲. الزامات فنی برای چرخ جوش

با توجه به عملکرد دوگانه، چرخ جوش باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

توضیح: در صورت عدم وجود خاصیت ضدجرقه، در حین عبور جریان بالا جرقه‌های موضعی بین چرخ و ورق ایجاد شده که می‌تواند به سطح کار آسیب برساند و کیفیت جوش را کاهش دهد.

۲. آلیاژ مس-بریلیم (Cu-Be)

۲.۱. معرفی و تاریخچه

آلیاژ مس-بریلیم یکی از آلیاژهای پایه مس است که به علت ترکیب خواص فوق‌العاده، در صنعت الکترونیک، هوافضا و ساخت قطعات حساس الکتریکی و مکانیکی کاربرد گسترده دارد. این آلیاژ از اواسط قرن بیستم توسعه یافته و به‌خاطر هدایت الکتریکی بالا در کنار استحکام مکانیکی فوق‌العاده، به گزینه‌ای ایده‌آل برای چرخ‌ جوش نیز تبدیل شده است.

از آنجا که فروش آلیاژ Cu-Be به ایران به‌دلیل تحریم‌ها ممنوع است، در شرکت ایده پویان تولید گریدهای 17510 و 17500 از سال ۱۳۹۳ به‌صورت صنعتی انجام می‌شود و پایان‌نامه‌ها و مقالات علمی نیز از سال ۱۳۹۲ پایه‌ریزی شده بود.

۲.۲. ترکیب شیمیایی

کلید پایداری و خواص منحصربه‌فرد آلیاژ مس-بریلیم در کنترل دقیق درصد عناصر آلیاژی است. محدوده وزنی عناصر اصلی عبارت است از:

این ترکیب باعث می‌شود تا پس از عملیات حرارتی خاص، ذرات ریز بریلیم، نیکل یا کبالت از محلول رسوب کنند و سختی آلیاژ به‌طور قابل‌توجهی افزایش یابد.

۲.۳. خواص مکانیکی و الکتریکی

مکانیزم استحکام‌سازی در Cu-Be عمدتاً از طریق رسوب سختی (Precipitation Hardening) است. پس از عملیات آنیل و پیرسازی، ذرات سخت رسوبی، مانع حرکت نابجای درهم‌تنیدگی‌های شبکه مس می‌شوند و استحکام تسلیم را تا حدود 130 MPa یا بیشتر می‌رسانند؛ در حالی که هدایت الکتریکی آلیاژ در محدوده 60–70% IACS حفظ می‌شود.

۲.۴. فرآیندهای حرارتی و رسوب سختی

برای دستیابی به بالاترین سطح استحکام و هدایت، آلیاژ Cu-Be به سه مرحله اصلی عملیات حرارتی نیاز دارد:

1. راه‌اندازی (Solutionizing) در دمای ~780–800°C برای حل کردن بریلیم و عناصر آلیاژی در زمینه مس.
2. سردکاری (Cold Work) برای ایجاد تنش‌های درونی و افزایش کارسختی پیش از رسوب‌دهی.
3. پیرسازی (Aging) در دماهای 300–350°C برای رسوب‌دهی کنترل‌شده ذرات سخت به منظور افزایش استحکام و بازیابی بخشی از هدایت.

جدول زیر چرخه نمونه فرآیند حرارتی را نشان می‌دهد:

۲.۵. مقاومت به خوردگی آلیاژ Cu-Be

آلیاژ مس-بریلیم دارای مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی است، به‌ویژه در محیط‌های حاوی کلرید (آب شور) و شرایط استرس‌خورگی (Stress Corrosion Cracking) که بسیاری از آلیاژهای مس دیگر در آن دچار مشکل می‌شوند.

نتایج آزمون Salt Spray نشان می‌دهد که Cu-Be در مقایسه با:

• برنج (Brass): تقریباً ۱۰ برابر مقاوم‌تر در برابر خوردگی ناشی از اسپری نمک
• مس خالص (Copper): حدود ۳۰٪ مقاومت بیشتری دارد

۲.۶. کاربردهای الکتریکی و مکانیکی آلیاژ Cu-Be

از مهم‌ترین کاربردهای آلیاژ Cu-Be می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• چرخ جوش (Welding Wheels): به دلیل هدایت و استحکام ترکیبی بالا و خاصیت ضدجرقه.
• فنرهای الکترونیکی (Springs in Electronics): که نیاز به استحکام بالا و نگهداری پایداری ابعادی دارند.
• کانکتورها و کنتاکت‌ها (Electrical Contacts): در سوئیچ‌ها و کنتاکتورهای صنعتی.
• قالب‌های دایکاست (Die Casting Molds): که تحت فشار و دمای بالا قرار دارند.
• قطعات حساس در صنعت هوافضا و دفاع: که نیاز به مجموعۀ خاصی از خواص مکانیکی و حرارتی دارند.

۳. آلیاژ مس-کروم-زیرکونیوم (Cu-Cr-Zr)

۳.۱. معرفی و اهمیت

آلیاژ Cu-Cr-Zr یکی از زیرمجموعه‌های مهم خانواده آلیاژهای مس-کروم-فلزات واسطه است. این آلیاژ ترکیب نسبتاً ساده‌ای دارد اما به لطف مکانیزم رسوب‌دهی دقیق و عملیات حرارتی کنترل‌شده (aging)، خواص مکانیکی بسیار خوبی را در کنار هدایت الکتریکی بالا ارائه می‌دهد.

به‌دلیل:

• کنترل دقیق درصد کروم (Cr) در حدود 0.5 – 1.2%
• حضور زیرکونیوم (Zr) در حدود 0.03 – 0.15%

پس از عملیات حرارتی مناسب، این آلیاژ قادر است هدایت الکتریکی در حدود 75–85% IACS و استحکام کششی بیش از 410 MPa داشته باشد.

۳.۲. ترکیب شیمیایی و استانداردهای فنی

استاندارد DIN 17666 ترکیب و خواص فیزیکی-مکانیکی آلیاژ Cu-Cr-Zr را مشخص می‌کند:

۳.۳. خواص فیزیکی

خواص فیزیکی ویژه آلیاژ Cu-Cr-Zr پس از عملیات حرارتی (پیرسازی) عبارت‌اند از:

۳.۴. خواص مکانیکی

پس از فرآیند رسوب سختی (aging)، خواص مکانیکی شاخص‌های زیر برای Cu-Cr-Zr به دست می‌آیند:

این ترکیب از خواص باعث می‌شود Cu-Cr-Zr برای قطعاتی که نیاز به تحمل بار دینامیکی و حرارتی دارند، بسیار مناسب باشد.

۳.۵. مکانیزم رسوب سختی و پیرسازی

فرآیند تولید آلیاژ Cu-Cr-Zr شامل مراحل زیر است:

1. Solution Treatment در دمای 950 – 980°C برای حل کامل کروم و زیرکونیوم در زمینه مس.
2. Quenching سریع در آب یا روغن برای حفظ حالت محلول جامد (Supersaturated Solid Solution).
3. Aging در دمای 400 – 450°C برای مدت 2 – 4 ساعت تا ذرات Cr و Zr رسوب کرده و فازهای تقویتی بسازند.

در طول پیرسازی، ذرات ریز کروم و زیرکونیوم از محلول جامد خارج شده و ساختار نهایی آلیاژ به صورت زمینه مس α همراه با ذرات رسوبی پراکنده می‌شود. این ذرات نقش مهمی در افزایش استحکام و پایداری گرمایی ایفا می‌کنند.

۳.۶. کاربردهای صنعتی Cu-Cr-Zr

به دلیل ترکیب مناسب هدایت الکتریکی و استحکام مکانیکی، کاربردهای متنوعی برای Cu-Cr-Zr وجود دارد:

• قطعات انتقال حرارت (Heat Sinks) در تجهیزات الکترونیکی که نیاز به هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر دمای بالا دارند.
• الکترودهای مقاومتی در جوشکاری‌های خاص که نیاز به پایداری ابعادی و مقاومت به خزش دارند.
• قطعات یاتاقان و رول‌ها در سیستم‌های انتقال برق و ماشین‌آلات که دمای کاری بالایی دارند.

۴. مقایسه و نکات کاربردی

همه‌ی آلیاژهای مس-بریلیم و مس-کروم-زیرکونیوم ویژگی‌های متمایزی دارند که بسته به نیاز پروژه، باید انتخاب شوند:

۴.۱. نکات انتخاب و نگهداری

• در مواردی که هدایت الکتریکی طبیعی در اولویت باشد (مثلاً الکترودهای حساس یا سیم‌پیچ‌های با فرکانس بالا)، Cu-Cr-Zr گزینه مناسب‌تری است.
• در حالتی که ضدجرقه بودن مطلق و مقاومت به خوردگی محیطی در آب شور و شرایط خورنده اولویت داشته باشد، Cu-Be انتخاب برتری محسوب می‌شود.
• هشدار: آلیاژ Cu-Be به‌دلیل وجود بریلیم، در فرآیند ماشین‌کاری و آسیاب‌کاری نیاز به تجهیزات کنترلی و هوادهی مناسب دارد؛ زیرا پودر بریلیم سمی است و نباید وارد هوای تنفسی شود.
• هر دو آلیاژ نیاز به فرآیندهای حرارتی دقیق (Solutionizing و Aging) دارند. عدم کنترل دما و زمان می‌تواند منجر به خواص زیر استاندارد شود.

۵. خدمات تخصصی شرکت ایده پویان

در شرکت ایده پویان، ما پوشش کاملی از مراحل زیر را برای تولید و بهینه‌سازی آلیاژهای مس ارائه می‌دهیم:

• تحلیل ترکیب شیمیایی و طراحی فرمولاسیون: تعیین دقیق درصد عناصر آلیاژی با توجه به کاربرد نهایی (چرخ جوش، قطعات انتقال حرارت، الکترود و...).
• شبیه‌سازی فرآیندهای حرارتی: استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته برای مدل‌سازی واکنش‌های رسوب‌دهی در Cu-Be و Cu-Cr-Zr و انتخاب بهینه دما و زمان پیرسازی.
• تولید آزمایشگاهی و نیمه‌صنعتی: ذوب القایی و ریخته‌گری دقیق، عملیات حرارتی در کوره‌های با کنترل پیوسته دما.
• آزمایش‌های مکانیکی و میکروساختاری: انجام آزمون‌های کشش، خمش، خزش و سختی، همچنین آنالیز میکروسکوپی SEM/EDS برای اطمینان از رسوب مناسب عناصر آلیاژی.
• تأیید کیفیت و صدور گواهی معتبر: ارزیابی نهایی خواص مکانیکی، الکتریکی و خوردگی بر اساس استانداردهای DIN و ASTM.
• خدمات پسابرجا: مشاوره در استفاده درست از قطعات، نگهداری، تعمیر و آموزش کاربری صحیح به پرسنل فنی شما.

اگر در زمینه توسعه مواد پیشرفته یا نیاز به قطعات با خواص ویژه دارید، با ما تماس بگیرید تا مشاوره رایگان دریافت کنید.