تاریخچه فلزات از ماقبل تاریخ تا به امروز

در طول تاریخ بشر و شکل‌گیری تمدن‌ها، کشف، توسعه و کاربرد فلزات، مسیر زندگی بشر و شکل‌گیری جوامع را به صورت بنیادی تحت تاثیر قرار داده است. مورخان از پیوند ذاتی توسعه تمدن‌ها و تاریخچه فلزات (کشف تا استفاده) در هر دوره تاریخی برای توصیف دوره‌های معینی از پیشرفت‌های اجتماعی و فناوری استفاده می‌کنند. دوره‌هایی مانند عصر حجر، عصر برنز و عصر آهن و در ادامه نیز با انقلاب‌های صنعتی که در دو قرن اخیر بشر را بصورت شتابان به سوی ناشناخته‌ها می‌برد.

از زمانی که انسان برای اولین بار در فلات ایران مس را کشف کرد، فلزی طبیعی و نسبتاً خالص تحولی در ساخت ابزار و شیوه زندگی انسان‌ها آن دوره بوجود آورد و برای حدود 5000 سال تنها فلزی بود که بشر کشف کرده بود. دانش و علوم مواد برگرفته از کنجکاوی‌هایی بسیار اساسی در مورد چگونگی استفاده از این مواد جدید و رفتار آنها در موقعیت‌های مختلف و شرایط مختلف بوده است. متالورژی امروزی طی قرن‌ها از رفع احتیاجات روزمره و پیشه‌وری به یک علم تبدیل شده است.

مجسمه مربوط به عصر برنز (8 مجسمه و اثر هنری معروف و ستایش شده از استیل)

شیفتگی بشر به فلزات با انسان ماقبل تاریخ آغاز شد که شروع به استفاده از چند نمونه محدود از فلزات کرد. در این مطلب می‌خواهیم تاریخچه فلزات، کشف و به کارگیری فلزات را بصورت گذرا بررسی کنیم. این بررسی به ما نشان خواهد داد که چقدر پیشرفت تمدن‌ها و زندگی انسان‌ها از گذشته‌های دور به فلزات وابسته بوده است.

نخستین فلزی که کشف شد، چه بود؟ 

نخستین فلز کشف شده توسط بشر را می‌توان مس دانست که شواهد حاکی از آن است که قدمت آن به 10000 سال پیش بازمی‌گردد. کشف آویز مسی در شمال عراق  کنونی، حدود 8700 سال قبل از میلاد مسیح نیز گواهی بر این ادعاست. مس به عنوان اولین فلز شناخته شده در جهان، تا سال‌های مدیدی برای تولید وسایل زینتی مورد استفاده قرار گرفته بود و از آنجا که تا حدود 5000 سال پس از کشف آن، فلز دیگری شناخته نشده بود، تمام مصنوعات فلزی از مس تولید می‌شد.

در ادامه 6 فلز مهم و کاربردی بشر ماقبل تاریخ ذکر شده و سپس در مورد برخی فلزات مهم و آلیاژهای آنها پرداخته‌ایم.

6 فلزی که انسان ماقبل تاریخ استفاده کرد

انسان ماقبل تاریخ از شش فلز در طول تاریخ استفاده کرد و دوران‌های تاریخی مهمی را پشت سر گذاشت. این فلزات عبارت بودند از:

1. طلا، از 6000 سال پیش از میلاد انسان عصر حجر به عنوان زیورآلات از آن استفاده کرد.
2. نقره، از حدود 4000 سال قبل از میلاد به عنوان فلزی ارزشمند در تمدن‌های باستان مورد توجه بوده است.
3. فلز مس، شواهدی از حدود 10 تا 18 هزارسال پیش نشان از کشف و بکارگیری این فلز دارد.
4. قلع، حدود 5000 سال قبل این فلز در ترکیب با مس آلیاژی ساخت که عصر برنز را رقم زد.
5. سرب، از حدود 7000 سال قبل مورد استفاده بشر بوده و خصوصیات ویژه آن باعث تحولاتی شده است.
6. آهن، از حدود 1500 سال پیش از میلاد آثار کشف آهن در آناتولی دیده شده و تا به امروز تحولات چشمگیری را در پیشرفت بشر و انقلاب‌های صنعتی باعث شده است.

انسان ماقبل تاریخ متوجه شد که برخی از فلزات برای کارهای خاصی مفیدتر هستند و شروع به یافتن فلزات خاص برای کاربردهای مختلف کردند. مثلا در تاریخچه فلزات آمده است؛ طلا و نقره بسیار نرم هستند و به همین دلیل عمدتاً برای تزئین و با توجه به ارزش بالا به مانند پول برای تجارت استفاده می‌شدند. مس قابلیت‌های بیشتری را به انسان ماقبل تاریخ ارائه می‌داد و می‌توانست با چکش‌کاری یا آهنگری سخت شود و به همین دلیل برای ساخت ابزارها، البته ابزارهای بسیار ابتدایی استفاده می‌شد. کشف برنز (آلیاژی از مس و قلع) شیوه زندگی، شکار، جنگ و کامیابی انسان را تغییر داد. این آلیاژ از مس قوی‌تر بود، می‌توانست با آهنگری سخت شود و به هر شکلی ریخته‌گری شود.

از دوران باستان به کارگیری و کشف فلزات تحولات بسیاری را به همراه آورد

سرب نیز از جمله فلزات نرم بوده و به راحتی قابل شکل دادن است و انسان ماقبل تاریخ متوجه شده بود که برای ساختن ظروف و انتقال مایعات، استفاده از آن بسیار کاربردی و عالی است. بعدها، سرب به عنوان یک ماده اساسی در ساخت لوله‌هایی که در اوایل امپراتوری روم برای انتقال آب استفاده می‌شد، حضور یافت. اما همانطور که در بالا و در مورد مس ذکر گردید، در تاریخچه فلزات، مس یکی از قدیمی‌ترین فلزاتی است که توسط انسان استفاده شد و بیش از 10 هزار سال با کاربردهای مختلف همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مس و آلیاژهای آن

مس فلزی چندمنظوره با قابلیت هدایت حرارتی و الکتریکی عالی است که آباعث گردیده برای بسیاری از کاربردها مناسب باشد. خاستگاه دقیق مس نامعلوم است، اما بسیاری باور دارند که در منطقه خاورمیانه، به ویژه در مناطق آناتولی یا ترکیه امروزی و فلات ایران اولین بار استفاده شده است. بشر در ابتدا از مس برای ساخت اشیاء تزئینی مانند جواهرات و تندیس‌ها استفاده می‌کردند.

با این حال، هنگامی که روش استخراج مس از سنگ را کشف کرد و آن را پالایش کردند، به این نتیجه رسیدند که از ظرفیت آن برای ساخت ابزارها و سلاح‌ها استفاده کنند. ابزارهای مسی در تاریخچه فلزات مورد استفاده مصر باستان و همچنین در تمدن‌های دره سِند باستان در هند و پاکستان بوده است.

اگرچه مس فلزی نسبتاً نرم است، ولی با آلیاژسازی با فلزات دیگر مانند قلع یا روی، می‌توان آن را تبدیل به آلیاژی سخت نمود. این فرایند باعث می‌شود ماده‌ای سخت‌تر و مقاوم‌تر تولید شود که برای ساخت ابزارها و سلاح‌ها ایده‌آل باشد. درست است که در طول تاریخ، مس و آلیاژهای آن به دلیل قدرت و مقاومت بالاتر فلزات دیگر مانند آهن و فولاد، جای خود را به آنها داده‌ است. با این حال، مس با توجه به خاصیت رسانایی قوی، تا به امروز همچنان در بسیاری از کاربردها از جمله سیم برق، لوله‌سازی و ساخت‌وساز به عنوان یک ماده مهم به کار می‌رود. همچنین، مس در صنایعی مانند الکترونیک، خودروسازی، و ساخت و تجهیز کارخانجات نیز در جاهای خاصی انتخابی بی‌رقیب است. به طور کلی، مس یک فلز مهم و گرانبها با کاربردهای فراوان است که همچنان در جهان استفاده می‌شود.

از مس تا مفرغ، نخستین آلیاژ ساخته شده توسط بشر

مفرغ یا برنز اولین آلیاژ ساخته شده دست بشر است. برنز ترکیبی از مس و قلع است که به دلیل استحکام و سختی بالا در ساخت چاقو، خنجر و نیزه‌ مورد استفاده قرار می‌گرفت. این آلیاژ به طور معمول  دارای 12 تا 12.5 درصد قلع است که به فلز مس افزوده می‌شود.

بعضی در تاریخچه فلزات اعتقاد دارند که اولین آلیاژ مس به‌طور اتفاقی حدود 3500 سال پیش ساخته شد، زمانی که سنگ معدن مس و آرسنیک با هم ذوب شدند. اگرچه کاملاً صحت این داستان مشخص نیست، اما اولین آلیاژی که آگاهانه توسط بشر ساخته شد به 2500 سال پیش از میلاد باز می‌گردد. برنز نسبت به مس خالص، استحکام بیشتری داشت و برای ساخت ابزار جنگی و ابزار کار جایگاهی برتر داشت. با کشف برنز بشر وارد عصر جدیدی بنام عصر برنز شد.

آلیاژ برنز، دوره‌ای از اعصار سه‌گانه پیشاتاریخی بشر را شکل داده است. تمدن‌های باستانی از جمله تمدن ایران در عصر برنز یا عصر مفرغ تحت تاثیر آین آلیاژ فلزی قادر شدند به ابزارهایی سخت‌تر و با دوام‌تر دست پیدا کنند. برنز با نقطه ذوب پایین‌تر از آهن صنعتگران آن زمان را قادر می‌ساخت تا راحت‌تر بر این آلیاژ چیره شده و ساخت ابزار جنگی و لوازم مورد نیازشان را انجام دهند. ایران باستان کهن‌ترین جایی است که به عنوان خواستگاه مفرغ شناخته می‌شود. عصر مفرغ به سه دوره قدیم، میانه و جدید تقسیم می‌شود و در مناطق مختلف ایران آثار بسیار زیادی مربوط به این دوره‌های تاریخی کشف شده است.

مس و آلیاژهای آن اولین دستاوردهای فلزی بشر بودند.

برنج، ترکیب مسی درخشنده و قدمت آن در ایران 

آلیاژ برنج ترکیبی از دو فلز مس و روی است که تغییر نسبت این دو عنصر، می‌تواند سبب تغییر خواص و رنگ برنج شود. با توجه به آثاری که در بخش‌های خاورمیانه و اروپا یافت شده، می‌توان گفت اولین بار بیشتر از 5000 سال قبل از میلاد مسیح با ترکیب تصادقی سنگ معدن روی و مس طی فرآیند ذوب، این آلیاژ تولید شده است.

برنج یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین آلیاژهای مس است. این آلیاژ به دلیل رنگ طلایی، درخشش و شکل‌پذیری بالا، در طیف وسیعی از کاربردها مانند ساخت ظروف، زیورآلات، ابزارآلات و قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه‌ معروف آن در کشورمان ایران، یک آبدستان متعلق به قرن 7 میلادی است که نشان‌ از استفاده از این آلیاژ در ساخت ظروف دارد که روی آن طرح‌های ایرانی-اسلامی نقش بسته است.

سالها بعد پس از گسترش علم متالورژی و توانایی ذوب آهن، انسان توانست به ساخت قطعات آهنی دست پیدا کند و پس از آن آلیاژهای آهنی را تولید نماید. تولید آلیاژهای آهنی پیشرفت بسیار بزرگی در تاریخ بشر محسوب می‌شد و شروعی برای تحولات عظیم در تمدن بشری بود. چرا که این آلیاژها برای کاربردهای گوناگون و حیاتی مانند ساخت ادوات جنگی، ادوات کشاورزی، ابزارآلات و سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

همچنین تولید آلیاژهای آهنی شروع راه دستیابی به آلیاژهایی مانند استیل، سوپرآلیاژها، چدن‌های داکتیل و … بود که امروزه در محیط‌های صنعتی و غیرصنعتی نقشی بسیار پر رنگ دارند.

آهن و آلیاژهای فولادی

آهن برای ساخت ابزار و سلاح‌ها استفاده می‌شد و در برابر جانشینش، برنز، برتری‌هایی داشت. در حالی که ساخت برنز به منابع مس و قلع نیاز داشت، آهن به عنوان یک فلز خالص، قابل ذوب و فرآوری در دمای بالا بود. فراوانی آهن، آن را بسیار قابل دسترس کرده و صنعتگرانی که قادر به شکل‌دهی آن بودند، آن را در همه جوانب زندگی به کار گرفتند. ابزار ساخته شده با آهن نسبت به مس، تیزتر و قوی‌تر بود و ابزارهای کشاورزی آهنی، فرآیند کشت و کار را آسان‌تر کردند و خاک سخت را قابل کشت و کار کردند. کشف آهن همچنین باعث قرار گرفتن اسلحه‌هایی مانند شمشیر و نیزه در دست گروه بزرگی از افراد شد، که این موضوع در طول تاریخ به عاملی برای تغییر دائمی مسیر جهان تبدیل گردید.

فولاد آلیاژی بر پایه آهن با مقدار کمی کربن است که به آن استحکام بیشتر می‌بخشد. نخستین شواهد از تولید و مصرف فولاد مدرن به شکلی که امروزه می‌شناسیم، به سال 1574 در پراگ، جمهوری چک و سپس در سال 1614 در انگلستان باز می‌گردد. در طول قرن هفدهم و با افزایش مصرف فولاد، یکی از بهترین فولادهای آن زمان در استکهلم، سوئد ساخته شد.

طبق تاریخچه فلزات و خصوصا تاریخچه فولاد، در سال 1856، تولید فولاد توسط هنری بِسمر شاهد تحولی بزرگ شد. فرایندی بسمر ابداع کرد یک روش جدید با سرعت بیشتر برای ذوب آهن بود. بّسمر در روش خود از دمیدن هوای پُر فشار هنگام ذوب شده آهن خام استفاده کرد تا به این ترتیب کاهش کربن موجود در آهن خام و تولید فولاد را سرعت ببخشد. این فرایند به تولید فولاد به صورت انبوه و با هزینه نسبتاً پایین منجر شد که پایه انقلابی صنعتی بود.

بیشتر بخوانید: آشنایی با انواع آلیاژ استیل و خواص آن‌ها 

ابداعات بشر در زمینه آهن و فولاد جرقه انقلاب‌های صنعتی بود.

دسترسی سهل‌تر به فولاد، به واسطه فرایند بِسمر، روش زندگی، حمل و نقل و توسعه صنعتی در جهان را تغییر داد. ریل‌های فولادی به طور قابل توجهی مستحکم‌تر و چندین برابر از ریل‌های آهنی بادوام‌تر بودند. قطارهای ساخته شده از فولاد می‌توانستند بار سنگین‌تر را تحمل کنند، که باعث توسعه حمل‌ونقل ریلی شد. همچنین قدرت فولاد، برای اولین بار احداث برج‌های بلند مانند آسمان‌خراش‌ها را ممکن ساخت، که به طور دائمی مسیر رشد و توسعه شهرها را تغییر داد.

فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل

نوع خاصی از فولاد که به فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل مشهور است، در سال 1912 توسط هری بریلی ابداع شد. بریلی به دنبال ساخت یک آلیاژ مقاوم در برابر سایش برای استفاده در لوله‌های تفنگ بود. در حین فرآیند، یک ماده بدون زنگ زدگی در انبوه قراضه باقی ماند. این فولاد ضد زنگ از نوع فولادهای مارتنزیتی بعداً با نام گرید 420 شناخته شد و در حقیقت اولین فولاد ضدزنگی بود که بصورت اتفاقی بدست آمد.

طبق تاریخچه فلزات در سال 1920، آلیاژی از فولاد ضد زنگ به عنوان 18/8 رایج شد که به دلیل محتوای کروم و نیکل خود، عملکرد بسیار مطلوبی داشت و به طور گسترده مورد مصرف قرار گرفت. این آلیاژ همان آلیاژ مشهور 304 است که همچنان پُرمصرفترین آلیاژ استیل به حساب می‌آید. با رواج روز افزون فولاد ضد زنگ، ویژگی‌های بهداشتی آن نیز آشکار شد. در سال 1928، فولاد ضد زنگ برای تهیه و نگهداری نوشیدنی‌ها استفاده شد و از آن به عنوان ماده‌ای اساسی در حوزه پزشکی و نگهداری مواد غذایی استفاده کردند.

نوآوری‌های فولادهای ضدزنگ در یک‌صد سال اخیر چشمگیر هستند.

در سال 1931، فولاد ضد زنگ برای اولین بار در هواپیماها به کار رفت. اگرچه در حال حاضر مواد سبک‌تری مانند آلومینیوم و تیتانیوم در صنعت هوافضا ترجیح داده می‌شوند، اما فولاد ضد زنگ هنوز هم برای قطعات و قسمت‌های خاصی استفاده می‌شود. فولادهای ضد زنگ در حال حاضر به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند و بیش از 150 گرید یا آلیاژ آن در میلیون‌ها قطعه، دستگاه و صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سخن آخر

این مطلب از بلاگ مجموعه استیل رخ به طور خلاصه به مرور دوران‌های تاریخی بشر در ارتباط با فلزات و تاریخچه فلزات پرداختیم: عصر حجر، عصر مس، عصر برنز، و عصر آهن که حدود ده هزار سال اخیر تاریخ بشر را در بر می‌گیرد. طلا و نقره در کنار مس و آهن که در طول دوران باستان به شکل‌های شهاب سنگی همراه با نیکل شناسایی شده‌اند، یا موادی که پس از کشف آتش از دل سنگ‌ها استخراج شدند و برای ساخت ابزار مورد استفاده قرار گرفتند. در تمدن‌های دوران باستان تا به امروز سرنوشت بشر را دستخوش تحولات بسیاری کرده‌اند. در شرایطی که بشر امروز با فناوری‌های مدرن به توانایی بسیار بالایی دست پیدا کرده، سرعت تحولات در زمینه مواد نیز وارد دوران جدیدی شده و هر روز شاهد کشف و اختراع انواع جدیدی از مواد با خواصی غیر قابل باور هستیم. با این حال همچنان فولادها و به خصوص فولادهای ضدزنگ پایه توسعه و رشد صنایع هستند.

شما می‌توانید خرید ورق استیل، خرید لوله استیل، خرید پروفیل استیل و خرید دیگر مقاطع استیل و ضد زنگ را با بهترین قیمت و امکان مقایسه قیمت‌ها از بازار، از استیل رخ انجام دهید. استیل رخ به شما کمک می‌کند تا خریدتان را به بهترین شکل و با کمترین قیمت انجام دهید. پشتیبانان و مشاوران فروش استیل رخ، همواره آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما هستند. پس همین حالا با ما تماس بگیرید.