آلیاژ به ماده‌ای گفته می‌شود که خواص فلزی داشته و از دو یا چند جزء تشکیل شده باشد؛ به شرطی که حداقل یکی از اجزاء فلزی باشد. سیستم آلیاژی شامل تمام آلیاژهایی است که از چند عنصر با نسبت های ترکیبی ممکن تشکیل می‌شوند. اغلب آلیاژهای تجاری از عناصر زیادی تشکیل شده‌اند و تعداد آلیاژهای قابل حصول تقریبا بی شمار است.

همانطور که به آن اشاره شد، آلیاژها خصوصیات فلزی دارند و خواص فیزیکی آن‌ها متناسب با خواص عناصر تشکیل دهنده، متفاوت خواهد بود.

سیستم های آلیاژی

یک سیستم آلیاژی، در برگیرنده تمام آلیاژهایی است که از ترکیب دو یا چند جز با تمام نسبت‌های ممکن تشکیل می‌شوند. اگر سیستمی از دو جز تشکیل شده باشد، مجموعه‌ای از ترکیبات متفاوت این دو جزء پدید آورنده یک سیستم آلیاژی دو تایی است.

محلول جامد

هر محلول از دو جزء حلال و حل شونده تشکیل می‌گردد. قسمت اعظم محلول را حلال تشکیل می‌دهد. محلول ممکن است مایع، جامد و یا گاز باشد. مقدار ماده حل شدنی عموما تابع درجه حرارت بوده و معمولا با افزایش دما افزایش پیدا می‌کند. محلول ها از نظر مقدار ماده‌ای که توسط حلالشان حل شده است، به سه دسته زیرگروه بندی می شوند:

  1. محلول غیراشباح: محلولی که کمتر از قابلیت انحلال، ماده حل شدنی در خود حل نموده است.
  2. محلول اشباح: اگر محلولی حاوی بالاترین حد ماده حل شدنی باشد محلول اشباح نامیده می‌شود.
  3. محلول اشباح: اگر محلولی حاوی بالاترین حد ماده حل شدنی باشد محلول اشباح نامیده می‌شود.

محلول‌های جامد براساس مکان قرارگیری اتم‌ها در شبکه حلال، به دو گروه محلول جامد جانشین و محلول جامد بین نشین طبقه بندی می‌شوند. اغلب محلول های جامد نه در یک نقطه، بلکه در محدوده ای از درجه حرارت منجمد خواهند شد.

محلول جامد جانشین

این نوع محلول از دو عنصر تشکیل شده است که در آن اتم‌های محلول می‌توانند در شبکه کریستالی حلال، جانشین اتم‌های حلال شوند. در این جانشینی ساختار عناصر اصلی یا حلال تغییر نمی‌کند اما در اثر وجود اتم‌های محلول، در شبکه حلال اعوجاج به وجود خواهد آمد.

محلول جامد بین نشین

هنگامی که اتم‌های فلز حل شدنی در مقایسه با اتم‌های حلال بسیار کوچکتر باشند، معمولا اتم‌های جز حل شدنی در فضای خالی شبکه بلورین و بین اتم های حلال قرارخواهند گرفت که در این صورت چنین محلولی را محلول جامد بین نشین می‌نامند. از آنجا که فضای خالی بین اتم‌ها محدود است، بنابراین تنها اتم‌هایی که شعاع اتمی آنها کمتر از یک آنگستروم است می‌توانند محلول جامد بین نشین را تشکیل دهند. این اتم ها عبارتند از هیدروژن، بور، کربن و نیتروژن.

اهمیت و نیاز تولید آلیاژها

بهبود سختی با آلیاژسازی

سختی فلز در آلیاژسازی به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند. به عنوان مثال با افزودن عنصر مس به طلای نرم می‌توان به طلا با سختی بالا دست یافت. و یا استحکام کششی آهن را با افزودن 1 درصد کربن می توان تا 10 برابر افزایش داد.

کاهش نقطه ذوب

نقطه ذوب برای یک آلیاژ نسبت به نقطه ذوب اجزای آن پایین تر است. به عنوان مثال نقطه ذوب یک لحیم 183 درجه سانتیگراد است که نقطه ذوب آن پایین تر از اجزای تشکیل دهنده آن (نقطه ذوب سرب 327 درجه و نقطه ذوب قلع 232 درجه سانتیگراد ) است. آلیاژسازی، سیستم فلزی را به راحتی قابل ذوب خواهد نمود؛ بنابراین آلیاژها را می‌توان در دماهای پایین تری در مقایسه با دمای قالب گیری فلز خالص قالب گیری نمود.

بهبود خواص ریخته گری

اکثر فلزات در هنگام انجماد دچار انبساط می‌شوند که دلیل اصلی آن تغییر ساختار شبکه اتمی در هنگام انجماد است. این خاصیت به ریخته‌گری مناسب فلزات کمک می‌کند. برخی از فلزات جامد نرم و شکننده هستند که منجر خواهد شد، ریخته گری آنها ضعیف باشد که این نقص با آلیاژی کردن فلز از بین خواهد رفت.

اصلاح خواص رسانایی الکتریکی

آلیاژها نسبت به فلزات خالص، رسانایی الکتریکی کمتری دارند. برهمکنش بین دو فلز در یک آلیاژ باعث خواهد شد باندهای رسانایی الکتریکی در آنها کمتر شود.

مقاومت به خوردگی در آلیاژ

یکی دیگر از ویژگی‌ها و خواص مفید در آلیاژی کردن عناصر افزایش مقاومت به خوردگی در آن‌هاست. عموما آلیاژها مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به فلزات خالص دارند. مانند فولاد زنگ نزن که با افزودن کروم و نیکل و کربن به آهن تشکیل می‌شود.