آیا فولاد ضد زنگ رسانای الکتریکی است؟

با پیشرفت تکنولوژی و توسعه آلیاژ سازی، استنلس استیل به یکی از آلیاژهای پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل شده‌است. در صنایع پزشکی، ساخت و ساز، خودرو سازی، غذایی و … می‌توان به وضوح کاربردهای فولاد ضد زنگ را مشاهده کرد. اما سوالی که همیشه می‌تواند توجه بسیاری را به خود جلب کند این است که رسانایی فولاد ضد زنگ چقدر است؟ قصد داریم در ادامه این مقاله از استیل رخ ویژگی فلزات و بخصوص استیل را بررسی و کاربردهای آن را بیان کنیم.

آیا فولاد رسانا است؟

به طور کلی می‌توان گفت که استنلس استیل جزو فلزات رسانا است و می‌تواند جریان الکتریکی را انتقال دهد. اما رسانایی فولاد ضد زنگ به صورتی نیست که از استنلس استیل برای هدایت جریان استفاده شود. در مقایسه با سایر فلزات مانند نقره، آلومینیوم و مس، رسانایی فولاد ضد زنگ به مراتب کمتر است. مس به عنوان فلزی با هدایت الکتریکی بسیار بالا، در ساخت سیم‌ها و کابل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آلومینیوم نیز در ساخت ترانزیستورها و مدارهای یکپارچه استفاده می‌شود.

آیا همه فلزات رسانای الکتریسیته هستند؟

وجود الکترون آزاد در آخرین لایه اتمی فلزات، سبب شده‌است تا تمامی فلزات خاصیت رسانایی داشته باشند اما میزان رسانایی در هرکدام متفاوت است که به میزان مقاومت الکتریکی آن‌ها بستگی دارد. این ویژگی در برخی از فلزات مانند مس به گونه‌ایست که سبب می‌شود در کاربرد‌هایی برای انتقال جریان الکتریکی از آن‌ها استفاده شود. اما در برخی دیگر از فلزات، رسانایی الکتریکی تنها یک ویژگی است و نمی‌تواند به تنهایی سبب کاربرد آن‌ها شود.

مقاومت‌ویژه و رسانندگی الکتریکی چیست؟

مقاومت‌ویژه (R) یکی از ویژگی‌های مواد است که میزان مقاومت در برابر جریان الکتریکی را نشان می‌دهد. واحد این پارامتر در سیستم SI اهم-متر (Ω⋅m) است. رسانایی الکتریکی یا رسانایی ویژه (σ) کمیتی مقابل مقاومت ویژه است. این پارامتر بیانگر توانایی ماده برای انتقال جریان الکتریکی است.

کدام فلز رسانای برق است؟

همانطور که گفتیم تمامی فلزات رسانای الکتریکی هستند و در بین آن‌ها نقره بیشترین رسانایی الکتریکی را دارد. پس از آن نیز مس و طلا به ترتیب قوی‌ترین رساناهای الکتریکی هستند. با اینکه نقره از مس رساناتر است، اما به دلیل قیمت بالا، استفاده از آن توجیه اقتصادی ندارد و از مس برای ساخت سیم‌ها و کابل‌ها استفاده می‌شود. در جدول زیر فلزات به ترتیب رسانایی رتبه‌بندی شده‌اند:

جدول هدایت الکتریکی فلزات

رتبه	فلز	رسانایی(%)
1	نقره خالص	107
2	مس	100
3	طلا خالص	70
4	آلومینیوم	61
5	برنج	28
6	روی	27
7	نیکل	22
8	آهن خالص	27
9	قلع	15
10	برنز فسفر	15
11	فولاد(از جمله فولاد ضد زنگ)	3-15
12	سرب خالص	7
13	برنز آلومینیوم	7

 

ممکن است برای شما سوال شود که چطور رسانایی نقره 107% اعلام شده‌است؟ در این جدول، فلز مس به عنوان مرجع مشخص شده‌است که سایر فلزات با آن سنجیده می‌شوند. از آن‌جا که نقره از مس رساناتر است، برای نقره مقدار 107% در نظر گرفته شده‌است.

کاربرد فولاد ضد زنگ در صنایع الکترونیک

همانطور که در جدول بالا مشاهده می‌شود، رسانایی فولاد ضد زنگ نسبت به اغلب فلزات، کمتر است. اما ویژگی‌های دیگر استنلس استیل، مانند معیار‌های مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر تغییرات دما، استحکام و … سبب شده‌است تا در مواردی خاص جایگزین فلزاتی با رسانایی بیشتر شود.
رسانایی فولاد در برخی از گریدها بهتر است و همین امر سبب می‌شود تا برخی از آن‌ها در صنایع الکترونیک مورد استفاده قرار گیرند. در ساخت تجهیزات الکترونیکی برای ساخت بدنه‌ها، قاب‌ها و اتصالات از استنلس استیل استفاده می‌شود.

در تولید باتری‌ها می‌توان کاربرد کوچکی از رسانایی فولاد ضد زنگ را مشاهده کرد. در باتری‌های لیتیوم یونی، فولاد ضد زنگ به عنوان محفظه باتری و الکترود استفاده می‌شود. علت استفاده از استنلس استیل نسبت به سایر فلزات، مقاومت به خوردگی خوب آن در محیط‌های اسیدی است.

رسانایی فولاد ضد زنگ در ساختمان سازی نیز مشاهده می‌شود. یکی از کاربردهای جالب این ویژگی استفاده در سیستم‌های صاعقه‌گیر یا برق‌گیر است. در برخی از شهرهای ساحلی، استفاده از مس می‌تواند سبب خوردگی و از بین رفتن اجزای این سیستم شود. اما استنلس استیل به دلیل مقاومت به خوردگی، دوام و طول عمر خوبی که دارد در این کاربری مورد استفاده قرار می‌گیرد. قسمتی از این سیستم نیز درون خاک و چاه ارت قرار می‌گیرد تا جریان را به زمین منتقل کند. این قسمت برق‌گیر اغلب از فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود که دچار خوردگی و اکسیداسیون سریع نشود.

عوامل موثر بر رسانایی استنلس استیل

قدرت رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ با سهولت جابجایی الکترون لایه آخر اتمی ارتباط مستقیم دارد. این جابجایی می‌تواند تحت تاثیر برخی از پارامتر‌ها تغییر کند. در این بخش شرایطی که می‌تواند بر هدایت الکتریکی استنلس استیل تاثیرگذار باشد را بررسی می‌کنیم.

• ترکیب آلیاژی: ترکیب شیمایی یکی از عواملی است که به صورت مستقیم در رسانایی فولاد ضد زنگ تاثیر می‌گذارد. استفاده از فلزات رسانا در ترکیب شیمیایی می‌تواند سبب افزایش قدرت رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ شود. برای مثال افزودن کروم سبب کاهش هدایت الکتریکی و افزودن مس و آلومینیوم به ترکیب سبب بهبود این ویژگی می‌شود.
• ساختار بلوری: ساختار بلوری شامل چینش اتم‌ها در فلز است که می‌تواند هدایت الکتریکی را تحت تاثیر قرار دهد. گریدهای آستنیتی رسانایی الکتریکی بیشتری نسبت به گریدهای فریتی و مارتنزیتی دارند. علت آن نیز ساختار بلوری مکعبی وجود پر (FCC) آن‌هاست. گریدهای فریتی دارای شبکه بلوری مکعبی مرکز پر (BCC) هستند که نسبت به FCC فضای خالی بیشتری دارد.
  هرچند باید توجه داشت رسانایی فولاد ضد زنگ فارغ از هر نوع ساختار بلوری نسبت به اغلب فلزات، ضعیف‌تر است.
• شرایط آلیاژ: روش‌های عملیات حرارتی و یا کارسرد می‌توانند بر رسانایی فولاد ضد زنگ تاثیرگذار باشند. کارسرد می‌تواند تاثیر منفی بر خواص الکتریکی استنلس استیل داشته باشد و سبب کاهش میزان رسانایی استیل شود. از طرفی عملیات حرارتی به دلیل از بین بردن تنش‌های داخلی ماده، تاثیر مثبتی بر رسانایی استنلس استیل دارد. اما باید در نظر داشت این امر برای گریدهای فریتی صدق نمی‌کند و عملیات حرارتی سبب افت میزان رسانایی آن‌ها می‌شود.
• عملیات سطحی: انجام عملیات سطحی مانند پرداخت کردن و یا تمیز کردن سطح، رسانایی فولاد ضد زنگ را بهبود می‌بخشد. انجام فرآیند آندایزینگ نیز، می‌تواند سبب بهبود خواص الکتریکی استنلس استیل شود. برای برخی از کاربری‌های خاص نیز می‌توان سطح استیل را با یک ماده رسانا پوشش داد تا رسانایی آن بهبود یابد.

سخن آخر

به طور کلی رسانایی فولاد نسبت به اغلب فلزات مانند نقره و مس بسیار کمتر است. اما به طور کلی می‌توان گفت استیل رسانای جریان الکتریسیته است و می‌تواند جریان برق را از خود عبور دهد. با کنترل برخی موارد شامل ترکیب شیمیایی، عملیات سطحی و یا عملیات حرارتی تا حدود اندکی می‌توان قدرت رسانایی الکتریکی فولاد ضدزنگ را بهبود بخشید. به غیر از رسانایی الکتریکی، ویژگی‌های دیگر مانند مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا، مقاومت در دمای بالا و … می‌تواند سبب شود تا برای برخی از کاربری‌ها، استیل به عنوان جایگزینی خوب برای سایر فلزات رسانا انتخاب شود.