โลหะ มีการค้นพบในรูปของสารประกอบและสินแร่ ซึ่งจะมีการนำสินแร่หรือสารประกอบเหล่านี้มาถลุงเพื่อให้ได้โลหะแยกออกมาอีกที แต่ในขณะเดียวกัน โลหะเนื้อค่อนข้างบริสุทธิ์ที่ได้จากการถลุงนั้นก็ไม่สามารถนำไปใช้งานได้ทันที เพราะมีเนื้ออ่อนไม่แข็งแรง และมีคุณสมบัติไม่เพียงพอกับการใช้งานจึงต้องมีการนำไปปรับปรุงคุณสมบัติก่อน เพื่อให้โลหะมีความแข็งแรงพอที่จะนำมาใช้งานได้ ซึ่งโลหะที่ปรับปรุงแล้วนั้นก็จะมีคุณสมบัติที่เหมาะกับการใช้งานมาก
คุณสมบัติของโลหะในงานอุตสาหกรรม
เมื่อต้องการนำโลหะมาใช้ประโยชน์ในด้านงานอุตสาหกรรม จะต้องมีคุณสมบัติอย่างครบถ้วนสมบูรณ์ ดังนี้
- สามารถนำความร้อนได้ดี เพราะงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะต้องใช้ความร้อนเป็นหลัก
- เป็นตัวนำไฟฟ้าได้อย่างดีเยี่ยม
- มีความคงทน สามารถทนทานต่อสภาพการใช้งานได้อย่างยาวนาน ไม่เสื่อมอายุได้ง่าย
- มีอุณหภูมิปกติ แต่ยกเว้นโลหะประเภทปรอท
- ต้องมีความเหนียวและความแข็งสูงมาก แต่ยกเว้นโลหะปรอทเช่นกัน
- มีผิวมันขาว ซึ่งก็เป็นสีของโลหะทั่วไป
- สามารถขยายตัวที่อุณหภูมิสูงๆ
ประเภทของวัสดุโลหะ
สำหรับประเภทของวัสดุโลหะนั้น สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้
1. วัสดุโลหะประเภทเหล็ก
เป็นโลหะที่มีเหล็กเป็นฐาน โดยจะนิยมใช้กันมากในวงการอุตสาหกรรม ตัวอย่างวัสดุโลหะประเภทนี้ ก็คือ เหล็กกล้า เหล็กเหนียวและเหล็กหล่อ เป็นต้น ที่สำคัญวัสดุประเภทนี้ ก็สามารถนำมาปรับปรุงคุณภาพ ให้มีความแข็งทนยิ่งขึ้นและสามารถเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้หลายวิธีอีกด้วย โดยวิธีที่นิยมใช้เพื่อการเปลี่ยนแปลงรูปทรงส่วนใหญ่นั้น ก็คือการกลึง การหล่อและการอัดรีดขึ้นรูป เป็นต้น
2. วัสดุโลหะประเภทไม่ใช่เหล็ก
เป็นวัสดุโลหะที่ไม่มีเหล็กเป็นส่วนผสมเลย แถมโลหะบางชนิดก็มีราคาสูงกว่าเหล็กอีกด้วย ซึ่งโลหะประเภทนี้ก็ได้แก่ ดีบุก สังกะสี ทองแดง ทองคำ เงิน แมกนีเซียม ตะกั่ว เป็นต้น โดยโลหะประเภทนี้ก็สามารถนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมบางประเภท อย่างเช่น ดีบุกกับงานที่ต้องการความทนต่อการกัดกร่อน ทองแดงกับงานไฟฟ้าและอลูมิเนียมกับงานที่ต้องใช้น้ำหนักเบาอีกด้วย
ความเหนียวและความเปราะของโลหะ
ความเหนียวและความเปราะของโลหะ จะมีความแตกต่างและตรงข้ามกันอย่างสิ้นเชิง ซึ่งก็สังเกตได้จากการที่วัตถุนั้นๆ สามารถยืดออกจากกันได้มากน้อยแค่ไหน ซึ่งก็คือ หากวัสดุสามารถยืดออกจากกันได้มาก ก็แสดงว่ามีความเหนียว แต่หากวัสดุยืดออกจากกันได้แค่นิดเดียวก็ขาดออก นั่นหมายความว่าวัตถุนั้นๆ มีความเปราะมากกว่า
สำหรับโลหะ ได้ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อให้มีความเหนียวแน่น เพื่อคุณสมบัติในการใช้งานที่คงทนและสามารถทนทานต่อการกระแทกได้ดี ทั้งยังสามารถซึมซับพลังงานก่อนจะเกิดความเสียหายได้มากกว่าวัสดุที่เปราะ จึงสรุปได้ว่าโลหะส่วนใหญ่จะมีความเหนียวมากกว่าความเปราะนั่นเอง
แร่โลหะ
แร่โลหะ ก็คือแร่ที่มีธาตุโลหะเป็นส่วนประกอบหลักอยู่ ซึ่งจะนิยมนำแร่โลหะเหล่านี้มาถลุงเพื่อแยกเอาโลหะบริสุทธิ์ออกมา โดยแร่โลหะก็ถูกแบ่งได้เป็นหลายชนิดดังนี้
- แร่เหล็ก เป็นแร่ที่มีความแข็งแกร่งที่สุด สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย โดยเฉพาะในด้านงานการผลิตที่ต้องการความแข็งแรงเป็นหลัก ซึ่งแร่โลหะก็ถือได้ว่าเป็นแร่ที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์มากที่สุด
- แร่เงิน จะมีลักษณะเป็นเส้นฝอย เหมาะกับการนำมาใช้ทำเป็นเครื่องประดับเงิน ส่วนใหญ่จะพบอยู่ในสายแร่ที่ปนอยู่กับแร่ทองแดง
- แร่กาลีนา เป็นแร่ที่มีสีน้ำเงิน เมื่อนำมาเผาจะได้กลิ่นกำมะถัน และเมื่อนำมาถลุงจะได้ตะกั่ว
- แร่ทองแดง นิยมนำมาผสมกับทองเพื่อให้ได้นาก และนิยมนำมาผสมกับสังกะสี เพื่อให้ได้ทองเหลือง ซึ่งส่วนใหญ่จะพบปนอยู่กับแร่เงิน
- แร่ทองคำ เป็นแร่ที่มักจะพบอยู่ในแร่ชนิดอื่นอีกที เมื่อนำมาถลุงจึงจะได้แร่ทองคำที่บริสุทธ์
- แร่ดีบุก ส่วนใหญ่แล้วจะมีความแข็งมาก และอยู่ในรูปของก้อนผลึกมากกว่า ซึ่งก็จะนำมาถลุงและเอามาตีแผ่เป็นแผ่นบางๆ มีคุณสมบัติกันความชื้น ใช้ในการห่ออาหารและห่อผลิตภัณฑ์บางอย่างที่ต้องป้องกันไม่ให้ถูกความชื้น
- แร่อลูมิเนียม เป็นแร่ที่สามารถนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี ซึ่งส่วนใหญ่จะได้จากการถลุงแร่บอกไซต์
- แร่แมงกานีส นิยมนำมาถลุงเหล็กเป็นโลหะผสม เพื่อให้ได้เหล็กกล้า ซึ่งส่วนใหญ่แร่แมงกานีสจะพบในสายแร่ที่อยู่ร่วมกับหินแกรนิตและหินอัคนี เป็นต้น
- แร่แมกนีเซียม มักจะนำมาใช้ในอุตสาหกรรมถลุงโลหะ ซึ่งส่วนใหญ่จะมีแร่แมงกานีสปนอยู่ด้วย โดยจะมีลักษณะเป็นโลหะเบาสีขาวอ่อนและมีความเหนียว
- แร่ทองคำขาว เป็นเม็ดสีเทาเงินวาว และมักจะไม่เกิดปฏิกิริยากับสาร
- แร่ตะกั่ว มักจะพบในรูปของสารตะกั่วและกำมะถัน สามารถนำมาทำเป็นแบตเตอรี่ กระสุนปืนและอื่นๆ ได้อีกมากมาย
โลหะ เป็นแร่ธาตุที่นิยมนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย ทั้งมีคุณสมบัติที่โดดเด่นในหลายๆ ด้าน จึงถูกนำมาใช้ในด้านอุตสาหกรรมมากที่สุด โดยเฉพาะคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าและความเหนียวแน่น ที่ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากโลหะนั้น จะมีความคงทนและสามารถใช้งานได้อย่างคุ้มค่า ทั้งแร่โลหะก็มีอยู่มากมายหลายชนิดซึ่งก็ต้องลองศึกษากันไป ถึงประเภทและคุณสมบัติที่เหมาะกับการนำมาใช้งาน
การระบุคุณสมบัติ และแบ่งชนิดของโลหะรวมไปถึงเมทัลลิคนั้น สามารถใช้ธาตุทางเคมีตามตารางธาตุเป็นตัวแบ่งได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วโลหะเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติและความสามารถมากมาย ได้แก่ ความสามารถในการทนความร้อนได้ดี มีความมันวาว มีคุณสมบัติในการคงรูปหรือเสียรูปที่อุณหภูมิห้อง และสามารถนำไฟฟ้าได้ จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติของโลหะนั้นค่อนข้างมีความแตกต่างและหลากหลาย ทำให้ในปัจจุบันโลหะได้ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายๆ ด้าน โดยที่คุณสมบัติของโลหะสามารถแบ่งออกได้ตามประเภทของโลหะ
คุณสมบัติของโลหะสามารถแยกได้ทั้งหมด 6 ประเภท ดังนี้
- คุณสมบัติทางกล (Mechanical properties) ได้แก่ ความแข็ง (Hardness) ความแกร่ง (Strength)
- คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด ได้แก่ โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)
- คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) ได้แก่ ความทนทานต่อการกัดกร่อน
- คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) ได้แก่ ความต้านทานทางไฟฟ้า
- คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) ได้แก่ อุณหภูมิจุดหลอมเหลว
- 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