ما هو النحاس الأصفر: خصائصه وأنواعه وطرق تصنيعه

يتميز النحاس الأصفر بلونه الذهبي اللامع، ما جعله يأسر قلوب المصممين والفنانين ومصممي الديكور الداخلي لقرون. ويُستخدم النحاس الأصفر في تزيين المعابد والمنازل والمباني بفضل سحره الأخّاذ. كما يتميز بقابلية تشكيل وصلابة ممتازة، ما يجعله مفيدًا في تصنيع مكونات السيارات والهندسة المعمارية والتطبيقات الميكانيكية.

يُصنع النحاس الأصفر من النحاس والزنك. في العصر الحجري الحديث، عُرف النحاس الأصفر باسم نحاس الكالامين، الذي كان يُشار إليه باسم خام النحاس. في الوثائق القديمة، كان مصطلح "النحاس الأصفر" يُشير إلى البرونز، الذي كان يُشار إليه باسم سبيكة النحاس والقصدير.

في هذه المقالة، سوف تتعرف على تركيب سبائك النحاس، وتطبيقات النحاس مثل مقابض النحاس والصلابة النحاسية، وتقنيات تصنيع مكونات النحاس.

تاريخ استخدام النحاس

في الحضارات القديمة، عُثر على النحاس الأصفر وأنواعه، كالنحاس الأصفر والذهبي، في مناطق عديدة، مثل أوروبا والشرق الأوسط. كان النحاس الأصفر يتكون من النحاس والزنك.

على مر التاريخ، استُخدم النحاس الأصفر في تطبيقات متنوعة. فقد استخدمت الإمبراطوريات الرومانية العملات النحاسية، والمعدات العسكرية النحاسية، والتماثيل النحاسية. كما استُخدمت المنحوتات والتحف النحاسية بشكل كبير في أوروبا في العصور الوسطى.

لقد شهدت منتجات النحاس ثورة في مجال صناعة العملات المعدنية والتماثيل وحتى تصنيع محركات البخار النحاسية وأنظمة التلغراف النحاسية وبناء السفن النحاسية.

ما هو لون النحاس؟

بما أن النحاس الأصفر يتكون من الزنك والنحاس، ما يمنحه لونًا أصفر ذهبيًا، فإن بعض سبائك النحاس الأصفر تكون بنية أو حمراء، وذلك حسب تركيب النحاس.
يُسمى النحاس أيضًا باسم ألوانه مثل النحاس الأصفر والنحاس الذهبي والنحاس الناري (النحاس الأحمر).

تعتمد درجات اللون النحاسي الدقيقة على تركيب النحاس ومعالجات سطحه [5]. يتغير لون النحاس مع تغير تركيب الزنك.

جدول يوضح رقم UNS والاسم الشائع ولون سبائك النحاس

اسم شائع	UNS لا	لون
نحاس ETP	C11000	الوردي الناعم
95/5 التذهيب المعدني	C21000	بني محمر
90/10 التذهيب المعدني	C22000	برونزي-ذهبي
85/15 التذهيب المعدني	C23000	ذهبي تان
70/30 نحاس	C26000	الذهب الأخضر

ما هو تكوين النحاس

يتكون النحاس الأصفر بشكل أساسي من النحاس والزنك. ويتراوح تركيبه عادةً بين 5% و45% من الزنك، وبين 55% و95% من النحاس، مع كميات قليلة من عناصر أخرى مثل المنغنيز والسيليكون والألمنيوم والفوسفور والرصاص.

قد تعمل هذه العناصر الإضافية على تعزيز خصائص معينة لسبائك النحاس

اسم السبيكة	النحاس (النحاس) تكوين (٪)	الزنك (الزنك) تكوين (٪)	عناصر أخرى (٪)
نحاس بحري	59-62	39-42	0.75-1.25 قصدير
الأميرالية نحاس	71-74	26-29	0.02-0.06 أس
مونتز ميتال	60-63	37-40
نحاس أصفر	67-70	30-33
ألفا براس	60-70	30-40
خرطوشة النحاس	70-73	27-30
النحاس الأحمر	85		15

ما هي أنواع النحاس المختلفة

جدول يوضح تطبيقات وخصائص أنواع مختلفة من سبائك النحاس

نوع النحاس	الخصائص	الاستخدامات
ألفا براس	· خصائص العمل البارد · مقاومة جيدة للتآكل	· الأجهزة · الموصلات الكهربائية
خرطوشة النحاس	· قابلية التشكيل الجيدة · ارتفاع قوة الشد	· تجهيزات السباكة · أغلفة الذخيرة
نحاس بحري	· قابلية التشغيل الجيدة · مقاومة التآكل في مياه البحر	· مراوح السفن. · معدات بحرية،
الأميرالية نحاس	· مقاومة التآكل · خصائص العمل الساخن	· أنابيب المكثف · المبادلات الحرارية
مونتز ميتال	· مقاومة جيدة لإزالة الزنك · قوة عالية	· هياكل القوارب · التطبيقات المعمارية
نحاس أصفر	· خصائص تشكيل باردة جيدة · مقاومة معتدلة للتآكل	· الآلات الموسيقية · مكونات السباكة
النحاس الأحمر	· اللون الأحمر الغامق · قابلية التشغيل الجيدة	· المجوهرات · العناصر الزخرفية

خصائص النحاس

جدول يوضح خصائص النحاس المختلفة

الممتلكات	الوصف
لون	لونه أصفر ذهبي.
كثافة	تتراوح من 8.4 إلى 8.7 جرام/سم³.
ذوبان نقطة	900 درجة مئوية إلى 940 درجة مئوية أي ما يعادل 1652 درجة فهرنهايت إلى 1724 درجة فهرنهايت.
قوة الشد	338-469MPa
عسر الماء	صلابة النحاس الأصفر تتراوح بين 80 و140Hv. وهو أكثر ليونة من المعادن الأخرى، ولكن يمكن تحسينه بإضافة عناصر أخرى والمعالجة الحرارية.
التوصيل الكهربائي	يتميز بموصلية كهربائية جيدة، ولذلك نستخدم مكونات كهربائية وأسلاك نحاسية. موصليته الكهربائية 15.9 (S/m) *106
التوصيل الحراري	يسمح بنقل الحرارة بكفاءة بفضل موصليته الحرارية الجيدة. تبلغ موصليته الحرارية ١١٥ واط/متر كلفن عند ٢٠ درجة مئوية.
المقاومة للتآكل	بشكل عام، تتمتع جميع أنواع النحاس بمقاومة جيدة للتآكل ولكنها قد تختلف اعتمادًا على تركيبة النحاس.
التشغيل في الماكينات	تظهر سهولة التشكيل والتصنيع بسبب قابلية التصنيع الممتازة.
ليونة	عالية اللدونة
الخصائص الصوتية	تشتهر سبائك النحاس بخصائصها الصوتية ولهذا السبب نستخدم الآلات الموسيقية النحاسية.

أنواع النحاس

1. ألفا براسيز

تتكون النحاسيات ألفا عادةً من 30-40% زنك و60-70% نحاس. تتميز النحاسيات ألفا بمقاومة جيدة للتآكل وخصائص ممتازة في التشغيل البارد. تُستخدم وتُصنع منها أدوات النحاس الأصفر والموصلات الكهربائية النحاسية.

2. نحاسيات ألفا-بيتا
تتكون النحاسيات ألفا بيتا من تركيبات مختلفة من الزنك والنحاس.

تُظهر النحاسيات ألفا بيتا خصائص مشتركة لكل من النحاسيات بيتا وألفا مما يجعلها مناسبة لتطبيقات متنوعة.

3. بيتا براس

تحتوي مكونات النحاسيات بيتا على نسبة عالية من الزنك مقارنةً بنحاسيات ألفا، وعادةً ما تتكون من 45% زنك. تشتهر نحاسيات بيتا بخصائصها الصوتية، ولذلك تُستخدم في صناعة الآلات الموسيقية النحاسية.

4.النحاس الأبيض

يتكون النحاس الأبيض عادة من تركيبة النحاس ولكن مع إضافة عناصر أخرى مثل القصدير والألمنيوم والسيليكون والمغنيسيوم والفوسفور.

يتميز بلونه الفضي. يشتهر النحاس الأبيض بخصائصه المقاومة للتآكل والتلطيخ، ولذلك يُستخدم بشكل رئيسي في التطبيقات الزخرفية.

5. النحاس الأحمر (النحاس الناري)
يُطلق على النحاس الأحمر اسم المعدن الانزلاقي. يتكون النحاس الأحمر من 85% نحاس و15% زنك بشكل عام.

لونه أحمر غامق، ويتميز بسهولة تشكيله. تحتوي منتجات النحاس الأحمر على عناصر زخرفية، وآلات نحاسية، ومجوهرات.

6. النحاس البحري
النحاس البحري مصنوع من 39-42% زنك و59-62% نحاس، مع كمية صغيرة من القصدير تتراوح بين 0.75 و1.25%. يوفر وجود القصدير مقاومة ممتازة للتآكل في مياه البحر، وسهولة تشغيل عالية.

يتم استخدام النحاس البحري في تصنيع مراوح السفن، وتجهيزات السباكة النحاسية، ومقابض النحاس للحمامات، والأجهزة البحرية.

7.خرطوشة نحاسية
نحاس الخرطوشة مصنوع من ٧٠-٧٣٪ نحاس و٢٧-٣٠٪ زنك. يتميز نحاس الخرطوشة بقابلية تشكيل جيدة وقوة شد عالية.

تُستخدم خراطيش النحاس في تصنيع المنتجات النحاسية مثل أغلفة الذخيرة، والأدوات النحاسية، ومقابض النحاس، وتجهيزات السباكة.

8. النحاس المقاوم لإزالة الزنك
تم تصميم هذا السبائك النحاسية كما تم تسميتها لمقاومة فقدان الزنك من سبائك النحاس.

تتكون سبائك النحاس المقاومة لإزالة الزنك من محتوى أعلى من النحاس يصل إلى 85% مع عناصر إضافية مثل الزرنيخ والقصدير.

تقنيات تصنيع النحاس

1. الصب
تُستخدم هذه الطريقة لتطوير مكونات نحاسية كبيرة ومعقدة.

تتضمن عملية صب النحاس الأصفر صب النحاس المصهور في قالب للحصول على الشكل المطلوب. ثم تُجرى عملية التلدين الحراري للنحاس الأصفر لتخفيف الضغوط الحرارية.

2. النتوء
غالبًا ما يتم تشكيل قضبان النحاس، وقضبان النحاس، وأنابيب النحاس من هذه العملية.

في عملية البثق، يتم تصنيع النحاس في قالب لإنشاء شكل طويل موحد.

3. القطع والتشكيل
تتم هذه الخطوة من القطع والتشكيل في التصنيع للحصول على أشكال وأبعاد محددة لمنتج النحاس.

يمكن إجراء القطع والتشكيل من خلال عمليات مختلفة كما هو موضح أدناه.

• تزوير
• ختم
• بالقطع
• المتداول
• رسم
• الرسم العميق
• الغزل

4. اللحام
يتم إجراء هذه العملية عن طريق ربط مكونين من النحاس حيث يتم صهر حشو النحاس وسكبه بين المكونات الموصولة.

5. مسحوق المعادن
تُطوَّر منتجات النحاس الأصفر باستخدام مسحوق المعادن، كما هو الحال في صناعة السيراميك، حيث يُضغط مسحوق النحاس الأصفر ويُلبَّد.

التقنيات الحديثة

الطباعة 1.3D
الطباعة ثلاثية الأبعاد للنحاس الأصفر هي طريقة تصنيع إضافية، حيث يُصهر النحاس الأصفر ويُحوّل إلى منتج واحد عن طريق الترسيب طبقة تلو الأخرى. تتيح هذه الطريقة تطوير منتجات النحاس الأصفر دفعةً واحدة.

كما أن هذه الطريقة فعالة جدًا في تطوير الأشكال المعقدة.
معالجة الأسلاك بالتفريغ الكهربائي (EDM).
يمكن تطوير منتجات النحاس باستخدام طريقة EDM السلكية عالية الدقة ودقة الأبعاد والتي تستخدم منهجية التفريغ الكهربائي.

2. قطع الليزر
يتيح القطع بالليزر قطع ونقش النحاس الأصفر على مساحة صغيرة جدًا بدقة أعلى من أي طريقة أخرى متاحة. يستخدم شعاع الليزر لقطع صفائح وألواح النحاس الأصفر بدقة عالية.

3. قطع المياه
يُستخدم الماء النفاث عالي الضغط الممزوج بالمادة الكاشطة لقطع النحاس لإنتاج مكونات نحاسية دقيقة الأبعاد. هذه العملية لا تُنتج حرارة أثناء قطع النحاس.

4.النحاس باستخدام الحاسب الآلي بالقطع
تتميز عملية تصنيع النحاس باستخدام الحاسب الآلي بأنها واحدة من العمليات التي لا تتطلب جهدًا كبيرًا في جميع المواد المعدنية، وذلك بفضل صلابة النحاس الثابتة وإمكانية تصنيعه بشكل مستقر.

بالنسبة للمهندسين الميكانيكيين المهرة، يُعدّ النحاس الأصفر المادة الأمثل لعمليات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC). يتميز النحاس الأصفر بتركيبة متعددة الاستخدامات في مختلف البيئات، مما يُشكّل خطرًا ضئيلًا على صحة الإنسان.

وبالتالي، فإن تطبيقه واسع للغاية، وخاصة في المعدات الطبية وأدوات المائدة.

• السحابات
• محابس
• مستلزمات مواسير الصرف
• التروس
• مكونات نقل الطاقة
• مكونات بطارية الطاقة الجديدة
• الأجزاء الزخرفية (مقابض الأبواب المضادة للميكروبات، والألواح الزخرفية)
• مكونات الأجهزة الدقيقة (أدوات القياس، وأدوات الملاحة، والساعات)

المعالجة الحرارية للنحاس

التلدين هو المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا بعد تصنيع النحاس الأصفر. يهدف التلدين إلى إزالة الضغوط الحرارية والميكانيكية من منتج النحاس الأصفر المُصنّع.

في عملية التلدين للنحاس، يتم تسخين منتجات النحاس إلى درجة حرارة مرتفعة معينة ثم يتم تبريدها ببطء إلى درجة حرارة الغرفة.

يوضح الجدول درجات حرارة التلدين لأنواع مختلفة من النحاس الأصفر.

سبائك النحاس	درجة حرارة التلدين (درجة مئوية)
ألفا براس	450-650
خرطوشة النحاس	400-600
نحاس بحري	400-600
الأميرالية نحاس	425-600
مونتز ميتال	450-650
نحاس أصفر	400-600
النحاس الأحمر	400-600

النحاس والبرونز

النحاس الأصفر والبرونز خليطان مختلفان من سبائك النحاس. يتكون النحاس الأصفر أساسًا من النحاس والزنك، مع بعض العناصر المضافة ذات اللون الأصفر الذهبي. بينما يتكون البرونز أساسًا من النحاس والقصدير، وله لون بني محمر.

النحاس الذهبي مقابل النحاس الأصفر

يُعرف النحاس الأصفر الذهبي بأنه النحاس الغني لاحتوائه على نسبة عالية من النحاس مقارنةً بالزنك، الذي يتكون من 70% نحاس و30% زنك. أما النحاس الأصفر الأصفر، المعروف أيضًا باسم نحاس الخرطوشة، فيحتوي على نسبة معتدلة من النحاس والزنك، تتراوح بين 67% و70% نحاس و30% و33% زنك.

تطبيقات النحاس

تطبيقات النحاس الزخرفية

بفضل لمسته الجمالية ولونه الجميل، يُستخدم النحاس الأصفر بشكل رئيسي في الأغراض الزخرفية. لا يقتصر استخدام النحاس على تجهيزات المطابخ والحمامات، بل يشمل أيضًا أدوات المطبخ، ومقابض النحاس، وقطع الأثاث، ولوازم المكاتب.

يعود ارتفاع الطلب على منتجات ديكور البارات إلى تعدد استخدامات النحاس الأصفر وجاذبيته الجمالية. ويُستخدم النحاس الأصفر عالي الجودة في تصنيع صنابير النحاس. تُضفي صنابير النحاس الأصفر مظهرًا راقيًا وعصريًا في تصميمات الحمامات الحديثة والتقليدية على حد سواء.

التطبيقات الميكانيكية للنحاس

• تركيبات السباكة النحاسية
  إن خاصية مقاومة التآكل الممتازة تجعل النحاس مناسبًا للاستخدام في التطبيقات المرتبطة بالمياه مثل تركيبات السباكة النحاسية مما يضمن الأداء طويل الأمد.
• التركيبات
  إن خصائص الاحتكاك المنخفض ومقاومة التآكل للنحاس تجعله مناسبًا لأجزاء أنظمة السباكة مثل موصلات النحاس والصمامات النحاسية والتجهيزات النحاسية.
•  مثبتات وأدوات نحاسية
  يتم تطوير مثبتات النحاس من النحاس الأصفر بسبب قوتها العالية وتوفر اتصالات آمنة وموثوقة في التجمعات الميكانيكية.

الآلات الموسيقية النحاسية

يتميز النحاس بخصائص صوتية فريدة وقابلية للتشكيل. ويُصدر النحاس صدى صوتيًا بكفاءة، ولذلك يُستخدم في صناعة الآلات الموسيقية. ومن بين الآلات الموسيقية النحاسية: البوق الفرنسي، والتوبا، والكورنيت، والترومبون.

مكونات السيارات النحاسية

يتمتع النحاس بمزيج فريد من الخصائص مثل قابلية التصنيع والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل مما يجعله مناسبًا لتصنيع مكونات السيارات النحاسية.

المكونات النحاسية للسيارات المصنعة بشكل شائع هي
1.المشعات

2. أنظمة حقن الوقود

3. أنظمة الفرامل

4. مكونات نظام التبريد

5. مكونات ناقل الحركة

تطبيقات النحاس المعمارية

النحاس الأصفر بسبب التسامح الدقيق في التصنيع، والليونة، والطرق، ومقاومة التدهور، وخصائص مضادة للبكتيريا بسبب وجود النحاس المستخدم في التطبيقات المعمارية المختلفة مثل:

• الدرابزين
• مقابض الأبواب والأقفال
• الدرابزينات
• التشطيبات الواقية والزخرفية
• قضبان زاوية نحاسية معمارية 

ما هي مزايا وعيوب النحاس؟

ميزة	مساوئ
المقاومة للتآكل	غالية
مظهر جذاب	يتميز هذا المعدن بانخفاض قوته مقارنة بالمعادن الأخرى ، ولكنه يتمتع بمرونة نسبية.
التشغيل في الماكينات	نقطة انصهار أقل
التوصيل الكهربائي	إزالة الزنك
تعدد الاستخدام	تشويه
قابلية إعادة التدوير	كثافة عالية

الأسئلة الشائعة

هل يصدأ النحاس؟

لا يصدأ النحاس لأنه يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل، لكنه قد يفقد بريقه بمرور الوقت.

ما هو باتينا؟

يُطلق على تكوّن طبقة خضراء أو بنية اللون على سطح المعدن بسبب عملية الأكسدة الطبيعية اسم الباتينا.

هل يتناسب النحاس مع التطبيقات التي تتضمن الماء؟

نعم، يمكن استخدام النحاس في التطبيقات المتعلقة بالمياه مثل مقابض أبواب الحمامات والصنابير وتجهيزات السباكة لأن النحاس يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل بسبب النحاس.

خاتمة

منذ العصور القديمة، تم استخدام النحاس الأصفر في تطبيقات متعددة بسبب خصائصه الفريدة المشتركة، مثل قابلية التشكيل الجيدة، وقوة الشد العالية، والقدرة الجيدة على التشغيل، ومقاومة التآكل في مياه البحر، وخصائص العمل الساخن.

إن فهم خصائص وأنواع النحاس الأصفر يجعل اختياره لمنتجك خيارًا ممتازًا. يتمتع فنيو تيرابيد بخبرة سنوات طويلة في تشغيل النحاس باستخدام ماكينات التحكم الرقمي. تواصل معنا عبر البريد الإلكتروني projects@tirapid.com.