คุณสมบัติของโลหะ และการแบ่งชนิดของโลหะ มีอะไรบ้าง?

การระบุคุณสมบัติ และแบ่งชนิดของโลหะรวมไปถึงเมทัลลิคนั้น สามารถใช้ธาตุทางเคมีตามตารางธาตุเป็นตัวแบ่งได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วโลหะเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติและความสามารถมากมาย ได้แก่ ความสามารถในการทนความร้อนได้ดี มีความมันวาว มีคุณสมบัติในการคงรูปหรือเสียรูปที่อุณหภูมิห้อง และสามารถนำไฟฟ้าได้ จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติของโลหะนั้นค่อนข้างมีความแตกต่างและหลากหลาย ทำให้ในปัจจุบันโลหะได้ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายๆ ด้าน โดยที่คุณสมบัติของโลหะสามารถแบ่งออกได้ตามประเภทของโลหะ

คุณสมบัติของโลหะสามารถแยกได้ทั้งหมด 6 ประเภท ดังนี้

1. คุณสมบัติทางกล (Mechanical properties) ได้แก่ ความแข็ง (Hardness) ความแกร่ง (Strength)

2. คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด ได้แก่ โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)

3. คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) ได้แก่ ความทนทานต่อการกัดกร่อน

4. คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) ได้แก่ ความต้านทานทางไฟฟ้า

5. คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) ได้แก่ อุณหภูมิจุดหลอมเหลว

6. คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ ความสึกหรอ (Wear) และความหนาแน่น

คุณสมบัติทางกล

สำหรับวิชาโลหะวิทยา คุณสมบัติขั้นพื้นฐานในทางกลนั้นประกอบด้วยความแข็งแกร่ง ความแข็ง และความเหนียว (Ductility) ซึ่งทั้ง 3 คุณสมบัติดังกล่าวเป็นคุณสมบัติที่มีความเชื่อมโยงและสัมพันธ์กัน โดยที่ค่าความแข็งและความแข็งแกร่งจะแปรผกผันกับค่าความเหนียว กล่าวคือ เมื่อวัสดุมีค่าความเหนียวมาก ค่าความแข็งและความแข็งแกร่งจะลดลง ตรงกันข้ามเมื่อวัสดุมีค่าความแข็งและความแข็งแกร่งมากขึ้น ค่าความเหนียวจะลดลงจนทำให้วัสดุมีความเปราะ (Brittle)

ความแข็ง

ความแข็ง หมายถึงความต้านทานการเสียรูปถาวรของวัสดุ ซึ่งที่วัสดุที่มีค่าความแข็งมากจะมีค่าความแข็งแกร่งมากขึ้นเช่นเดียวกัน หากต้องการให้ค่าความแข็งและความแข็งแกร่งเพิ่มโดยที่ค่าความเหนียวไม่ลดลง สามารถทำได้โดยการเติมส่วนผสมของธาตุลงไปในโลหะหลอมขณะอยู่ในขั้นตอนการหลอมโลหะ วิธีการดังกล่าวสามารถเพิ่มคุณภาพด้านความแข็งและความแข็งแกร่งแก่โลหะได้ โดยที่มีค่าความเหนียวคงที่

ความเหนียวและความเปราะ 

ความเหนียวและความเปราะ เป็นคุณสมบัติที่ตรงข้ามกันเสมอ ซึ่งคุณสมบัติทั้งสองดังกล่าวได้ถูกนำมาศึกษาและทดสอบเกี่ยวกับความเหนียวของวัสดุ โดยที่วัสดุที่มีความเหนียว หมายถึงวัสดุที่สามารถยืดได้มากก่อนจะขาดออกจากกัน ส่วนวัสดุที่มีความเปราะหรือมีความเหนียวน้อย หมายถึงวัสดุที่สามารถยืดได้น้อยหรือไม่สามารถยืดได้เลย ก่อนจะขาดออกจากกัน

อโลหะ เป็นวัสดุที่ขาดคุณสมบัติทั่วไปทางองค์ประกอบเคมีของโลหะ จึงมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากโลหะโดยสิ้นเชิง แต่มีโลหะบางชนิดที่สามารถเป็นได้ทั้งโลหะและอโลหะ โลหะเหล่านั้น ได้แก่ คาร์บอน ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ และซิลิคอน

อัลลอยด์ หมายถึงการนำโลหะจำนวนตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปมาผสมเข้าด้วยกัน จนเกิดเป็นโลหะที่มีความแตกต่างและหลากหลายทางคุณสมบัติ โดยการสร้างอัลลอยด์ไม่สามารถสร้างขึ้นได้จากธาตุโลหะบริสุทธิ์ เนื่องจากธาตุเหล่านั้นอ่อนแอเกินกว่าจะนำมาใช้งานได้ ดังนั้นอัลลอยด์จึงถูกสร้างตามสูตรที่กำหนดขึ้นเพื่อให้โลหะมีคุณสมบัติเฉพาะ สามารถนำไปใช้งานเฉพาะด้านตามความเหมาะสมได้

เหล็ก ประกอบขึ้นมาจากส่วนประกอบของคาร์บอนจำนวนหนึ่งรวมกับแร่เหล็กผสม และธาตุชนิดอื่นๆ ส่วนอัลลอยด์นั้นประกอบขึ้นจากการผสมกันของโลหะตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ตัวอย่างเช่น ทองเหลือง เกิดจากการนำ

ทองแดงมาผสมสังกะสี และบรอนซ์ เกิดจากการนำทองแดงมาผสมดีบุก ซึ่งบรอนซ์นี้มีคุณสมบัติที่สามารถป้องกัดการกัดกร่อนของน้ำทะเล จึงถูกนำไปใช้งานในด้านการต่อเรือ จะเห็นได้ว่าอัลลอยด์เหล่านี้ไม่ได้มีเพียงความสวยงามเท่านั้น แต่ยังสามารถขึ้นรูปได้ดี จึงถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลายในหลากหลายด้าน

ไทเทเนียม เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง มีน้ำหนักเบา มีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็ก และมีคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อน ซึ่งคุณสมบัติของไทเทเนี่ยมเหล่านี้เป็นคุณสมบัติที่ดีมากเกิดขึ้นจากการรวมกันของโลหะ จึงถูกนำไปใช้งานในด้านต่างๆ ได้แก่ ไทเทเนียมอัลลอยด์ที่ถูกนำไปใช้ผลิตเรือ ยานอวกาศ อากาศยาน จักรยาน รวมถึงโน๊ตบุ๊คและคอมพิวเตอร์

ทองแดง เป็นวัสดุที่มีความอ่อนตัว และสามารถนำไฟฟ้าที่ดี จึงถูกนำไปใช้งานในการผลิตสายไฟฟ้าเงินและทอง มีคุณสมบัติทางโลหะที่มีความอ่อนตัว สามารถนำมาแปลงรูปได้ง่าย มีข้อดีคือไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้ และด้วยคุณสมบัติที่สามารถนำไฟฟ้าได้และไม่มีวันเสื่อมสลายของทองนั้น ทั้งเงินและทองจึงถูกนำมาทำเป็นเครื่องประดับที่มีราคาสูงอย่างแพร่หลาย รวมทั้งถูกนำไปใช้งานได้หลากหลายด้านแร่เหล็กและเหล็ก เป็นวัสดุที่หนักและมีความแข็งแรง สามารถรับน้ำหนักได้มาก จึงถูกนำมาใช้งานในการสร้างสะพาน รวมไปถึงการสร้างอาคารในรูปแบบต่างๆ แต่เหล็กนั้นมีข้อเสียในการใช้งานคือสามารถเกิดสนิมขึ้นได้หากทำปฏิกิริยากับน้ำและอากาศ ซึ่งข้อเสียดังกล่าวก็สามารถทำการป้องกันได้

อลูมิเนียม เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา สามารถนำความร้อนได้ดี และนำมาแปลงรูปได้ง่าย ส่วนมากถูกทำมาใช้งานในการทำกระดาษฟอยด์ กระทะ ไปจนถึงการทำโครงสร้างเครื่องบิน

เหล็กชุบสังกะสี หรือเหล็กกล้าไร้สนิม เป็นวัสดุมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน ส่วนแม็กนีเซียมอัลลอยด์ และ อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่มีน้ำหนักเบา เหล็กเหล่านี้จึงถูกนำไปใช้กับงานที่แตกต่างกันไปตามคุณสมบัติ

ทองแดง นิกเกิล อัลลอยด์ ได้แก่ โมเนล (Monel) เป็นวัสดุที่ถูกนำมาใช้สำหรับงานที่สภาพแวดล้อมไม่มีแรงแม่เหล็ก และในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์การกัดกร่อนสูง

นิกเกิล-เบส ซุปเปอร์อัลลอยด์ ได้แก่ อินโคเนล (Inconel) เป็นวัสดุที่ถูกนำมาใช้สำหรับงานที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น หม้อความดัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และเทอร์โบชาจเจอร์