1. เกรดวัสดุทั่วไปของทองแดง
ก. ทองแดงดีบุก (Classic Cu-Sn Bronzes)
ข. อะลูมิเนียมบรอนซ์ (โลหะผสม Cu-อัล)
ค. ซิลิคอนบรอนซ์ (โลหะผสม Cu-Si)
ง. แมงกานีสบรอนซ์ (โลหะผสม Cu-Zn-Mn)
2. ข้อดีของสีบรอนซ์
ก. ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
ดีบุกสัมฤทธิ์: สร้างชั้นป้องกันดีบุกออกไซด์ (SnO₂) ที่ทนทานต่อการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ น้ำจืด และกรดอ่อน ๆ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งและทางทะเล (เช่น ตัวเรือ อุปกรณ์ชายฝั่ง)
อลูมิเนียมบรอนซ์: พัฒนาฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂O₃) ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งให้ความต้านทานต่อน้ำทะเล สเปรย์เกลือ และสารเคมีทางอุตสาหกรรมได้ดีกว่า (เช่น กรดซัลฟิวริก แอมโมเนีย) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมหลายชนิดในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ซิลิคอนบรอนซ์: ต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และการทำให้สังกะสี ทำให้เหมาะสำหรับการสัมผัสกับสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยในระยะยาว (เช่น โครงสร้างนอกชายฝั่ง อุปกรณ์แปรรูปทางเคมี)
ข. มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการสึกหรอ
ดีบุกบรอนซ์ที่มี Sn 10–14% มีความแข็งดีเยี่ยม (150–200 HB) และทนทานต่อการสึกหรอ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่มีการเลื่อน เช่น ตลับลูกปืน บุชชิ่ง และเกียร์ (ลดแรงเสียดทานและยืดอายุการใช้งาน)
อลูมิเนียมบรอนซ์มีความต้านทานแรงดึงสูงถึง 900 MPa (130 ksi) ซึ่งสูงกว่าทองเหลืองและเหล็กหลายชนิดอย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีน้ำหนักมาก- (เช่น กระบอกไฮดรอลิก ปั๊มอุตสาหกรรม)
บรอนซ์แมงกานีสผสมผสานความแข็งแรงสูงเข้ากับความต้านทานแรงกระแทก เหมาะสำหรับสถานการณ์โหลดแบบไดนามิก (เช่น เพลาข้อเหวี่ยง ก้านสูบ)
ค. ความเหนียวและการขึ้นรูปที่เหนือกว่า
ทองสัมฤทธิ์ส่วนใหญ่ยังคงความเหนียวที่ดี (การยืดตัว 15–30%) แม้จะมีความแข็งแรงสูง ช่วยให้สามารถทำงานเย็น (การดัด การตอก การขึ้นรูปลึก) และการขึ้นรูปที่ซับซ้อนโดยไม่แตกร้าว
บรอนซ์ซิลิคอนเป็นเลิศในด้านความสามารถในการเชื่อม โดยรองรับวิธีการเชื่อมที่หลากหลาย (การเชื่อมอาร์ก การบัดกรีแข็ง การบัดกรี) สำหรับการใช้งานด้านโครงสร้าง (เช่น การต่อสะพาน โครงสร้างทางสถาปัตยกรรม)
ง. ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและไม่ใช่-คุณสมบัติทางแม่เหล็ก
บรอนซ์ดีบุกและบรอนซ์ซิลิกอนไม่-เป็นพิษและเข้ากันได้ทางชีวภาพ ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ (เช่น เครื่องมือผ่าตัด อุปกรณ์ทันตกรรม) และอุปกรณ์แปรรูปอาหาร
ทองแดงไม่ใช่-คุณสมบัติแม่เหล็ก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้า ชิ้นส่วนการบินและอวกาศ และการใช้งานที่ต้องหลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็ก
จ. การอุทธรณ์ด้านสุนทรียะและความสำคัญทางประวัติศาสตร์
พัฒนาคราบที่มีเอกลักษณ์และมั่นคง (สีน้ำตาลเข้มหรือสีเขียว) เมื่อเวลาผ่านไป โดยมีคุณค่าในการออกแบบสถาปัตยกรรม (เช่น หลังคา รูปปั้น) และการใช้งานตกแต่ง
คงรูปลักษณ์ไว้ได้นานหลายทศวรรษโดยมีการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับโครงการฟื้นฟูมรดก
ฉ. การรีไซเคิลและความยั่งยืน
Bronze สามารถรีไซเคิลได้ 100% โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและต้นทุนวัสดุ บรอนซ์รีไซเคิลยังคงรักษาคุณสมบัติทางเคมีและทางกลเช่นเดียวกับวัสดุบริสุทธิ์
3. ข้อเสียของสีบรอนซ์
ก. ต้นทุนสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับทองเหลือง
ธาตุโลหะผสมทองแดง (ดีบุก อลูมิเนียม ซิลิคอน) มีราคาแพงกว่าสังกะสี (ธาตุโลหะผสมหลักในทองเหลือง) ตัวอย่างเช่น:
ทองแดงดีบุกมีราคาสูงกว่าทองเหลืองเช่น C28000 หรือ C37700 ถึง 20-40%
อะลูมิเนียมบรอนซ์และซิลิกอนบรอนซ์มีราคาแพงกว่าอีกเนื่องจากความต้องการอะลูมิเนียมและซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูง-
ซึ่งทำให้บรอนซ์มีความสามารถในการแข่งขันน้อยลง-การใช้งานที่มีความละเอียดอ่อนด้านต้นทุน ซึ่งความต้านทานการกัดกร่อนหรือความแข็งแรงสูงไม่สำคัญ
ข. ความสามารถในการแปรรูปต่ำ (เทียบกับทองเหลืองที่มีสารตะกั่ว)
บรอนซ์ส่วนใหญ่ (โดยเฉพาะบรอนซ์ดีบุกและอะลูมิเนียมบรอนซ์) มีอัตราการแปรรูปต่ำ (30–60% เทียบกับทองเหลือง C37700=90–95%) เนื่องจาก:
มีความแข็งและความเหนียวสูง ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรอและเศษอุดตัน
ขาดสารตะกั่ว (สารหล่อลื่นในทองเหลือง) เพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างการตัด
การตัดเฉือนทองแดงต้องใช้เครื่องมือพิเศษ (เช่น เม็ดมีดคาร์ไบด์) ความเร็วตัดที่ช้าลง และการเปลี่ยนเครื่องมือบ่อยขึ้น ส่งผลให้เวลาและต้นทุนในการผลิตเพิ่มขึ้น
ค. ความไวต่อการกัดกร่อนบางประเภท
ดีบุกสัมฤทธิ์: เสี่ยงต่อการ "ขจัดโลหะผสม" (การชะล้างดีบุกแบบเลือกสรร) ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่น กรดเข้มข้น สารละลายคลอไรด์-เข้มข้น) ส่งผลให้พื้นผิวมีรูพรุนและเปราะ
อลูมิเนียมบรอนซ์: อาจประสบจาก "การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด" (SCC) ในสภาพแวดล้อมที่มี-ความเครียด คลอไรด์- สูง (เช่น ตัวยึดทางทะเลภายใต้แรงดึง)
ซิลิคอนบรอนซ์: ความต้านทานจำกัดต่อกรดออกซิไดซ์ที่แรง (เช่น กรดไนตริก) และสารละลายอัลคาไลน์ที่มีอุณหภูมิสูง-
ง. ค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนต่ำกว่าทองแดงบริสุทธิ์
ค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงอยู่ที่ 15–40% ของทองแดงบริสุทธิ์ (เช่น C65500 ซิลิคอนบรอนซ์=20–25% IACS เทียบกับทองแดงบริสุทธิ์=100% IACS)
ซึ่งทำให้ไม่เหมาะสมกับตัวนำไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง- (เช่น สายไฟ ขดลวดหม้อแปลง) ซึ่งสภาพการนำไฟฟ้ามีความสำคัญ
จ. ข้อเสียด้านน้ำหนักเทียบกับโลหะผสมน้ำหนักเบา
บรอนซ์มีความหนาแน่นสูง (8.4–8.9 ก./ซม.) ซึ่งหนักกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม (2.7 ก./ซม.) และโลหะผสมไททาเนียม (4.5 ก./ซม.) อย่างมีนัยสำคัญ (4.5 ก./ซม.)
ในการใช้งานที่คำนึงถึงน้ำหนัก- (เช่น ส่วนประกอบการบินและอวกาศ ชิ้นส่วนยานยนต์) บรอนซ์มักจะถูกแทนที่ด้วยวัสดุที่เบากว่า แม้ว่าจะมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าก็ตาม
ฉ. ประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงจำกัด-
ทองแดงดีบุกอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 องศา (572 องศา F) โดยสูญเสียความแข็งแกร่งถึง 50% ที่ 400 องศา
อลูมิเนียมบรอนซ์มีความแข็งแรงถึง 400 องศา แต่ทนความเหนียวและการกัดกร่อนลดลงที่อุณหภูมิเกิน 500 องศา
วิธีนี้จะจำกัดทองแดงไม่ให้ใช้ความร้อนสูง- (เช่น ส่วนประกอบไอเสียของเครื่องยนต์ เตาเผาอุตสาหกรรม) ซึ่งมีอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องเกิน 400 องศา
ก. ความเปราะบางในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ-
Some bronzes (e.g., high-tin bronzes with >12% Sn) จะเปราะที่อุณหภูมิต่ำกว่า -20 องศา (-4 องศา F) ซึ่งจะทำให้เสี่ยงต่อการแตกร้าวภายใต้แรงกระแทกหรือการสั่นสะเทือน
สิ่งนี้จำกัดการใช้งานในการใช้งานแบบแช่แข็ง (เช่น ส่วนประกอบการบินและอวกาศสำหรับการบินในระดับความสูง- ระบบทำความเย็น)
