Flokkun málma

Uppistaða járnmálma er járn (Fe). Þó að járn sé eitt algengasta frumefni jarðar er það aðallega bundið í ýmsum efnasamböndum. Óbundið járn hefur helst fundist í loftsteinum sem fallið hafa til jarðar og líklega hafa menn fyrst nýtt járnið úr þeim. Hér á landi var járn unnið úr mýrarrauða sem finnst víða um land.

Ekki þóttu vopn eða áhöld sem unnin voru úr mýri góð bitjárn þar sem þetta járn er fremur deigt.

Frumefnið járn (Fe - lotunr. 26) er sjaldgæft eitt og sér eins og áður sagði og það járn sem við vinnum með er blandað öðrum efnum. Járn er unnið úr járngrýti í járnbræðsluofnum þar sem það er blandað með koksi og kalksteini og hitað þar til málmurinn bráðnar og skilur sig frá. Járnið er grófur málmur og seigur (þ.e. kornin eru stór), og oftast er gott að móta það. Það er notað í ókjörin öll af hlutum og notkunarmöguleikar þess eru margvíslegir. Járn er afglóðað við 700–800 C°, hitað hægt og kælt hægt. Járn hefur þann stóra ókost að það ryðgar mjög hratt, sérstaklega þegar það kemst í snertingu við vatn. Við það tærist málmurinn og brotnar niður.

Þegar járn er blandað kolefni (C) (og öðrum efnum eins og vanadium, nikkel og krómi í litlu magni) fæst málmur sem kallast stál. Magn kolefnis hefur mikil áhrif á eiginleika þess. Stál er sá málmur sem járnsmiðir nota mest til smíða og fer eftir magni íblöndunarefnanna hverjir eiginleikar stálsins verða. Stál með lítið kolefnisinnihald er mjúkt en harkan eykst með auknu magni kolefnis. Til dæmis er ekki hægt að herða stál með kolefnisinnihaldi sem er undir 0,3%. Verkfærastál inniheldur um 1% kolefni. Það er notað í smíði alls konar verkfæra þar sem hægt er að herða það þannig að það þoli mikið hnjask.

Smíðastál er algengasta form stáls og einnig sú mýksta og inniheldur lítið eitt af kolefni (0,3%). Það er notað í skip og bíla og einnig í skrúfur og bolta þar sem það er meðfærilegt og fremur teygjanlegt miðað við aðrar tegundir stáls.

Steypustál inniheldur hærra hlutfall kolefnis heldur en smíðastálið og er þungt og hart. Það er notað í alls konar hluti sem þarf að steypa, s.s. steðja, skrúfstykki, hamarshausa og kamínur.

Blikk er smíðastál sem hefur verið húðað með öðrum málmi til varnar gegn tæringu. Algengt er að nota sink til að húða járnið og er það þá kallað galvanhúðað. Blikk er notað í dósir og alls kyns hluti til húsbygginga, s.s. þakrennur og klæðningar, einnig í alls kyns ílát eins og vatnsfötur o.fl.

Með því að blanda að minnsta kosti 11% krómi við stál hefur fengist stálblanda sem hefur mikið viðnám gegn tæringu og ryði. Það er ryðfrítt stál sem við þekkjum sem efnið í eldhúsvöskum, hnífapörum, og ýmsum vélahlutum í matvælaiðnaði.

Kopar ( Cu - lotunr. 29) er málmur sem er einna best fallinn til notkunar í skólanum. Hann hefur fallega áferð, liturinn er rauðbrúnn og málmurinn er fáanlegur í plötum, stöngum, rörum og vírum. Kopar er seigur málmur með mikla hita- og rafleiðni.

Hann hefur einnig mikið veðrunar- og tæringarþol og það er auðvelt að lóða hann. Þar sem koparinn hefur mikla seigju er auðvelt að beygja hann og móta. Einnig er létt að stimpla í hann mynstur. Við slíka meðhöndlun verður hann þó harður og stökkur en einfalt er að mýkja hann aftur með afglóðun. Kopar er afglóðaður við 600–650°C, hann er hitaður hratt og snöggkældur í vatni. Eldhúðina sem myndast við hitunina er auðvelt að fjarlægja með sýrublöndu. Koparinn er eini málmurinn sem notaður er í skólanum sem hentar til að bræða á hann glerung (smelti). Efni í kopar eru eitruð og því er ekki hægt að nota hann í matarílát nema hann sé húðaður með tini.

Messing er blanda af kopar og sinki og er hlutfall sinks á bilinu 15–40%. Algengasta blandan er með 37% sink. Með minna sinkinnihaldi verður málmurinn seigari og auðveldari í meðförum en þolir hins vegar minna hnjask. Messing er til margra hluta nytsamlegt og hægt er að fá mismunandi seigar eða harðar blöndur sem henta í ólíka hluti. Málminn r hægt að fá í plötum, stöngum og rörum. Messingstöng er tilvalið efni að fást við í rennibekk. Efnið er mikið notað í alls kyns vélahluti, til pípulagna og í ýmiss konar skrautmuni.

Það er tiltölulega auðvelt að nota málminn í málmsteypu enda er hann mikið notaður á þann hátt. Liturinn er gulleitur og efnið er ákjósanlegt til smíða í skólanum þar sem það er auðvelt í meðförum, bæði í mótun og samsetningum, en það er ekki hægt að bræða á það glerung. Líkt og koparinn verður messing hart og stökkt við hömrun og beygingar en mýkist á ný við afglóðun. Aðferðin við afglóðunina er þó frábrugðin meðferð kopars, messing er afglóðað við 600°C hita og látið kólna hægt við lofthita (umhverfishita) vegna þess að sinkið sem er í blöndunni mýkist ekki við snöggkælingu heldur verður stökkt á ný.

Brons er blanda af kopar og tini eða áli. Tin og kopar voru þekktir málmar fyrir þúsundum ára en með aukinni tækni gátu menn blandað þessum tveimur málmum saman og í réttum hlutföllum varð til brons sem hafði aðra eiginleika en hinir mjúku málmar. Efnið hafði mikla þýðingu fyrir menningu fyrri alda og er meðal merkustu uppfinninga mannsins. Með tilkomu þess var hægt að gera betri vopn og tæki en áður þekktust. Elstu hlutir úr tinbronsi eru frá 4. öld fyrir Krist og eru frá svæðinu þar sem nú eru Íran og Írak.

Álbrons er seinni tíma fyrirbrigði og er blanda af kopar og áli. Blandan er mjög sterk og seig en erfitt er að lóða málminn vegna áhrifa álsins. Efnið er ekki gott til málmsteypu í skólanum.

Blýbrons er svo enn ein tegund brons og er efnið mjög mjúkt. Blý- og tinbrons eru ákjósanleg efni til að steypa úr.

Venjulegt nýsilfur er blanda af kopar, 8–10% nikkel og allt að 45% af sinki. Þessi blanda er gjarnan notuð í myntsláttu og eru íslensku krónupeningarnir einmitt úr þessu efni.

Liturinn er ljósgrár, hefur svipaða áferð og silfur en er heldur gulleitara. Þessi litur stafar af nikkelinnihaldi blöndunnar. Nýsilfur heldur gljáa sínum vel og hefur gott mótstöðuafl gegn tæringu. Það verður til dæmis ekki svart eins og ekta silfur og gulnar ekki nema á löngum tíma. Nýsilfrið hefur hins vegar ekki þann fagra gljáa og djúpu áferð sem silfrið hefur en það slitnar ekki eins mikið og silfrið (er harðari málmur). Efnið er nokkuð notað í skólanum þar sem það er tiltölulega auðvelt í meðförum, þó heldur erfiðara við að eiga en bæði kopar og messing.

Málmurinn getur samt verið varasamur þar sem hann getur valdið nikkelofnæmi. Nýsilfur er afglóðað við 650°C og þarf að hitast hægt og kælast hægt (við umhverfishita).

Ál (Al - lotunúmer 13) er léttur málmur og mjög mjúkur sem hreint efni. Til eru margar álblöndur með mismikla hörku og seigju og eru sumar mjög harðar. Ál er silfurgrár málmur sem hægt er að móta bæði kaldan og heitan. Hreint ál verður hart við vinnslu og þarf að afglóða það með jöfnu millibili við 200°C og kæla hratt, t.d. í vatni. Það er einnig gott að nota álið í málmbræðslu þar sem það hefur fremur lágt bræðslumark eða 658°C. Einnig er hægt að valsa það niður í þynnur, t.d. álpappír sem algengur er á öllum heimilum.

Álið er góður hitaleiðari og yfirborðið er mjög vatns- og veðrunarþolið. Það stafar af því að þegar ál kemst í snertingu við súrefni myndar efnið örþunna filmu af áloxíði sem lokar málminum og ver hann fyrir skaðlegum efnum. Þar af leiðandi er erfitt að lóða eða sjóða ál og er því algengt að líma það saman eða sjóða með hlífðargasi (argon). Hægt er að pólera ál þannig að það verði spegilgljáandi og helst það þannig vegna oxíðhúðarinnar.

Sink (Zn - lotunr. 30) er mikið notað í málmblöndur og til að verja aðra málma, t.d. járn, gegn tæringu. Liturinn er gráhvítur. Málminn má ekki nota í mataráhöld þar sem hann inniheldur nokkuð af blýi sem er hættulegur þungmálmur. Líkt og ál myndar sinkið húð sem ver það fyrir skaðlegum efnum andrúmsloftsins og gerir það mjög veðrunarþolið. Sink er fremur mjúkur málmur en þó harðara en ál.

Nikkel (Ni - lotunr. 28) er mjög sterkur og seigur málmur með mikið veðrunar- og tæringarþol. Það er einkum notað til húðunar á aðra málma og sem íblöndunarefni í málmblöndur.

Tin (Sn - lotunr. 50) er hvítur málmur sem heldur vel gljáa sínum og hefur mikla mótstöðu gegn ytri áhrifum. Það er þó viðkvæmt fyrir kulda. Tinið er skaðlaus málmur og er því notaður til að húða mataráhöld úr kopar. Málmurinn er mjúkur en þó harðari en blý. Hann er því mjög vel fallinn til smíða, bæði til mótunar og bræðslu. Vegna lágs bræðslumarks er málmurinn mikið notaður sem lóðmálmur og sem íblöndunarefni í málmblöndur.

Hreinn silfurmálmur (Ag - lotunr. 47) er mjúkur en smíðasilfur er oftast blandað kopar eða kadmium (Cd) til að auka hörku þess. Efnið er afar teygjanlegt og meðfærilegt til smíða og hefur verið notað sem slíkt í þúsundir ára. Það hefur mestu rafleiðni, einna mesta endurspeglun, hvítasta lit og mestu hitaleiðni allra málma. Silfrið þolir vatn og ljós afar vel en myndar dökka húð þegar það kemst í snertingu við ýmis efni andrúmsloftsins. Silfur hefur gjarnan verið kallað góðmálmur, líkt og gullið, þar sem það er dýrt og eftirsótt. Silfur hefur í aldanna rás verið notað í myntsláttu, til skartgripagerðar og í alls kyns borðbúnað og áhöld.