โลหะ คืออะไร? มีอะไรบ้าง? พร้อมแนะนำคุณสมบัติในงานอุตสาหกรรม

2. คุณสมบัติของโลหะ

โลหะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันออกไป หากแบ่งกลุ่มประเภทคุณสมบัติโลหะทั่วไป จะสามารถแบ่งได้ดังนี้

1. คุณสมบัติทางกล (Mechanical properties) เช่น ความแข็งแกร่ง (Strength), ความแข็ง (Hardness)
2. คุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างความเค้น/ความเครียด เช่น โมดูลัสความยืดหยุ่น (Modulus of elasticity)
3. คุณสมบัติทางเคมี (Chemical properties) เช่น ความทนทานต่อการกัดกร่อน
4. คุณสมบัติทางไฟฟ้า (Electrical properties) เช่น ความต้านทานทางไฟฟ้า การนำไฟฟ้า
5. คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties) เช่น อุณหภูมิจุดหลอมเหลว
6. คุณสมบัติด้านอื่น ๆ เช่น ความหนาแน่น (Density) และความสึกหรอ (Wear)

นอกจากนี้ยังมีการนำโลหะไปใช้ในงานศิลปะ อุปกรณ์ทำเครื่องประดับ และงานฝีมือต่าง ๆ โลหะที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ เหล็ก อลูมิเนียม สแตนเลส ทองแดง ทองคำ สังกะสี เงิน และดีบุก

ในส่วนภาพรวมคุณสมบัติโดยทั่วไปของโลหะสามารถลิสต์ออกมาได้ตามนี้

• นำความร้อนและนำไฟฟ้าได้ดี
• ส่วนใหญ่ผิวมันวาว สะท้อนแสง
• อ่อนตัว สามารถรีดขึ้นรูปได้โดยไม่แตกหัก
• แข็งแรง ช่วยในเรื่องน้ำหนักและความมั่นคง
• มีความเหนียว ดึงยืดได้โดยไม่สูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้าง
• ทนทานต่อสภาพแวดล้อม ทนต่ออุณหภูมิสูงได้โดยไม่เสื่อมสภาพ
• ต้านทานต่อการกัดกร่อน การเสื่อมสภาพ และการเกิดสนิม เมื่อสัมผัสกับความชื้นหรือสารเคมีบางชนิด

คุณสมบัติของโลหะในงานอุตสาหกรรม

นอกจากนี้โลหะมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติเฉพาะตัว เราจึงลิสต์คุณสมบัติของโลหะในงานอุตสาหกรรมมาบางประการมาไว้ในหัวข้อนี้เพื่อให้เข้าใจถึงความเป็นโลหะและการนำมาใช้งานมากขึ้น

ความแข็งแรงและความทนทานสูง (High Strength and Durability) : โลหะมีความแข็งแรงและทนทานเป็นเลิศ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ความสามารถในการทนต่อการบรรทุกของที่มีน้ำหนักมาก รวมถึงความทนทานต่อสภาพอากาศหรือสภาพแวดล้อมที่มีการใช้งานหนัก ๆ

การนำไฟฟ้า (Conductivity) : โลหะมักเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี คุณสมบัตินี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเดินสายไฟฟ้า ระบบส่งกำลัง และการใช้งานด้านความร้อนต่าง ๆ เช่น ชิ้นส่วนไฟฟ้า การผลิตพลังงาน และเครื่องจักรอุตสาหกรรม

ความอ่อนตัว (Malleability) : โลหะสามารถขึ้นรูปและแปรรูปได้ง่ายโดยไม่แตกหัก เนื่องจากมีความยืดหยุ่น คุณสมบัตินี้ช่วยให้สามารถรีดโลหะเป็นแผ่นบาง ๆ หรือดึงเป็นเส้นลวด ทำให้สามารถใช้นำมาใช้ในการผลิตชิ้นงานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การก่อสร้าง ยานยนต์ และยานอวกาศ

ความเหนียว (Ductility) : คล้ายกับความอ่อนตัว ความเหนียวหมายถึงความสามารถของโลหะที่จะยืดออกเป็นเส้นลวดบาง ๆ โดยไม่แตกหัก คุณสมบัตินี้จำเป็นสำหรับการใช้งาน เช่น การเดินสายไฟฟ้า สายเคเบิล และท่อ ซึ่งจำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นและยืดขยายออก

ความต้านทานการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) : โลหะบางชนิด เช่น สแตนเลสและอลูมิเนียม มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม คุณสมบัตินี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเล การก่อสร้าง กระบวนการทางเคมี และโครงสร้างพื้นฐานที่สัมผัสกับความชื้นและสารเคมีที่มีความรุนแรง

การขยายตัวตามความร้อน (Thermal Expansion) : โดยทั่วไปแล้วโลหะจะขยายตัวและหดตัวตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คุณสมบัตินี้มักจะนำมาใช้ในกระบวนการต่าง ๆ เช่น การต่อโลหะ โดยใช้ประโยชน์จากอัตราการขยายตัวที่แตกต่างกันของโลหะเพื่อสร้างพันธะที่แข็งแรง เช่น ในการเชื่อมและการประสาน

การสะท้อนแสง (Reflectivity) : โลหะหลายชนิดมีการสะท้อนแสงและสะท้อนรังสีได้สูงมาก คุณลักษณะนี้ทำให้มีประโยชน์ด้านการใช้งานต่าง ๆ เช่น กระจกเงา การเคลือบสะท้อนแสง แผงโซลาร์เซลล์ และโคมไฟ

คุณสมบัติทางแม่เหล็ก (Magnetic Properties) : โลหะบางชนิด เช่น เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก จึงจะพบโลหะเหล่านี้ใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และอุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบแม่เหล็ก

ความสามารถในการรีไซเคิล (Recyclability) : โลหะเป็นวัสดุที่สามารถนำมารีไซเคิลได้ และคุณสมบัติของโลหะจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อผ่านกระบวนการรีไซเคิล คุณสมบัตินี้จึงมีส่วนช่วยในด้านความยั่งยืนของสิ่งแวดล้อม และยังลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องพึ่งพาโลหะเป็นหลักในการผลิตชิ้นงานต่าง ๆ อีกด้วย

3. โลหะมีกี่ประเภท อะไรบ้าง

โลหะแบ่งออกได้หลายประเภทตามคุณสมบัติและลักษณะทางเคมี สำหรับการแบ่งกลุ่มใหญ่ จะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มคือ 1. โลหะกลุ่มเหล็ก (Ferrous metals) และ 2. โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Non-ferrous metals) ซึ่งเป็นประเภทของโลหะหลักที่พบในธรรมชาติและมักถูกใช้ในอุตสาหกรรม

ประเภทของโลหะ

นอกจากนี้ยังมีการนำโลหะไปใช้ในงานศิลปะ อุปกรณ์ทำเครื่องประดับ และงานฝีมือต่าง ๆ โลหะที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ เหล็ก อลูมิเนียม สแตนเลส ทองแดง ทองคำ สังกะสี เงิน และดีบุก

1.โลหะกลุ่มเหล็ก (Ferrous metals) : เป็นโลหะที่มีส่วนผสมของเหล็ก (Fe) มากกว่า 50% ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นเหล็กเหนียว (Iron) เหล็กหล่อ (Cast Iron) เหล็กกล้า (Steel) และเหล็กกล้าไร้สนิมหรือสแตนเลส (Stainless Steel) โลหะชนิดเหล็กเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติแข็งแรง สามารถขึ้นรูปและแปรรูปได้หลายวิธี ทั้งการหล่อ การกลึง การรีด การปั๊ม จึงเหมาะกับการนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมการผลิต การก่อสร้าง ทำโครงสร้างอาคาร และเครื่องจักรอุตสาหกรรม

2.โลหะนอกกลุ่มเหล็ก (Non-ferrous metals) : เป็นโลหะที่ไม่มีส่วนผสมของเหล็กเป็นองค์ประกอบหลัก มีความแข็งแรงทางด้านโครงสร้างหรือคุณสมบัติทางเชิงกลน้อยกว่าเหล็ก โดยทั่วไปจะทนต่อการกัดกร่อนได้มากกว่าเหล็ก มักถูกใช้ในรูปแบบของการเพิ่มเติมคุณสมบัติพิเศษให้กับโลหะอื่น ๆ เช่น เพิ่มการนำไฟฟ้าหรือทำให้โลหะอื่นง่ายต่อการขึ้นรูป ตัวอย่างโลหะนอกกลุ่มเหล็ก ได้แก่ อลูมิเนียม (Aluminum) ทองแดง (Copper) ตะกั่ว (Lead) ดีบุก (Tin) สังกะสี (Zinc) ทองคำ (Gold) เงิน (Silver) ทองเหลือง (Brass) บรอนซ์หรือทองสัมฤทธิ์ (Bronze) นิกเกิล (Nickel) แมกนีเซียม (Magnesium) และทองคำขาว (Platinum)

โดยโลหะนอกกลุ่มเหล็กยังสามารถแบ่งออกไปได้อีก 2 ประเภท นั่นก็คือ 

• โลหะหนัก (Heavy Metals) คือ โลหะที่มีความหนาแน่นสูง (ส่วนใหญ่มากกว่า 5 g/cm³) ที่นิยมใช้งานกันมากและรู้จักโดยทั่วไป เช่น ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี ดีบุก เป็นต้น
• โลหะเบา (Light Metals) คือ โลหะที่มีความหนาแน่นต่ำ น้ำหนักเบา (ส่วนใหญ่น้อยกว่า 5 g/cm³) ที่ใช้งานและรู้จักกันทั่วไป เช่น อลูมิเนียม แมกนีเซียม ไทเทเนียม เป็นต้น

*Trick : นอกจากนี้ยังมีการจำแนกโลหะออกไปอีกหลายแบบ เช่น โลหะผสม (Alloys) ที่เกิดจากการนำโลหะหลายชนิดมาผสมกันเพื่อเกิดคุณสมบัติใหม่ขึ้นมา, โลหะมีค่า (Precious Metals), โลหะพื้นฐาน (Base Metals), โลหะทนไฟ (Refractory Metals), โลหะหายาก (Rare Earth Metals) และอื่น ๆ อีกมากมาย

โลหะ มีอะไรบ้าง

โลหะมีหลายชนิดด้วยกัน หากแยกตามธาตุโลหะที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติก็จะมีมากกว่า 80 ชนิดในตารางธาตุ แต่เราขอนำตัวอย่างโลหะมาแนะนำให้ได้รู้จักเพียงบางส่วน

โดยโลหะตัวอย่างเหล่านี้เป็นโลหะที่ได้รับความนิยมและมีคุณสมบัติที่สามารถนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ ซึ่งเราจะทำเป็นตารางสรุปข้อมูลไว้เพื่อไกด์ไลน์ให้ผู้ที่ต้องการผลิตชิ้นส่วนและแปรรูปโลหะ สามารถนำข้อมูลนี้ไปใช้ในอุตสากรรมของตนเองได้

เหล็กกล้า (Steel) : มีความหนาแน่นอยู่ที่ 7.8 g/cm³ มีส่วนประกอบหลักเป็นเหล็กเหนียว (Iron) ผสมกับคาร์บอน (Carbon) และธาตุอื่น ๆ อีกเล็กน้อย ทำให้เหล็กกล้าเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงทนทาน มีความเหนียวแน่น รับน้ำหนักได้ดี มีความยืดหยุ่น สามารถรีดขึ้นรูปได้ ต้านทานความร้อน และทนต่อสภาพแวดล้อม เหล็กกล้าจึงเป็นโลหะพื้นฐานที่สำคัญและใช้บ่อยที่สุดในการก่อสร้าง เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานโครงสร้าง อาคาร สะพาน และยานพาหนะ รวมถึงอุตสาหกรรมทั่วไป เช่น การผลิตเครื่องจักรกล เครื่องมือฮาร์ดแวร์ เครื่องมือช่าง ลวด น็อต และอุปกรณ์เครื่องใช้ต่าง ๆ

สแตนเลสหรือเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) : มีความหนาแน่นอยู่ที่ 7.9 g/cm³ เป็นเหล็กผสมคาร์บอนและโครเมียม ที่มีส่วนช่วยในการป้องกันการเกิดสนิม มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนความชื้น และสารเคมีได้ดีเยี่ยม ทนทานต่อความร้อนจัดถึงเย็นจัด จึงมักนำมาใช้ในอุตสาหกรรมขนส่ง งานที่มีความสำคัญด้านสุขอนามัย งานเกี่ยวกับปิโตรเคมี และพื้นที่ที่มีการกัดกร่อนสูง นอกจากนี้ยังนำไปใช้เป็นเครื่องมือแพทย์ เฟอร์นิเจอร์ เครื่องครัว อุปกรณ์แปรรูปอาหาร ส่วนประกอบรถยนต์ และเครื่องใช้ต่าง ๆ

อลูมิเนียม (Aluminum) : โลหะสีเงินขาวที่มีความหนาแน่นต่ำ อยู่ที่ 2.7 g/cm³ น้ำหนักเบา สะท้อนแสง ขึ้นรูปได้ง่าย มีอัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักค่อนข้างสูง มีความต้านทานต่อสารเคมีต่าง ๆ ทนต่อการกัดกร่อน มีความไวต่อการนำไฟฟ้าและความร้อน โดยทั่วไปจะใช้ในการผลิตวัสดุโครงสร้าง เช่น โครงเครื่องบิน ตัวถังรถยนต์ และวัสดุก่อสร้าง นอกจากนี้ยังใช้ในสายส่งไฟฟ้า วัสดุบรรจุภัณฑ์ อลูมิเนียมฟอยล์ อุปกรณ์ทำอาหาร และกระป๋องเครื่องดื่ม

ทองแดง (Copper) : เป็นโลหะสีน้ำตาลแดงอ่อน มีความหนาแน่นอยู่ที่ 8.9 g/cm³ มีความอ่อนตัว เหนียว สามารถตีเป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นได้ ทนต่อการกัดกร่อน มีความสามารถในการนำไฟฟ้าและความร้อน จึงมักนำมาใช้ทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น สายไฟ สายเคเบิ้ล ไดนาโม มอเตอร์

ทองเหลือง (Brass) – โลหะผสมที่มีส่วนประกอบระหว่างทองแดงและสังกะสี มีความหนาแน่นอยู่ที่ 8.7 g/cm³ มีความทนทานต่อสนิม ทนต่อสภาพอากาศ ทนต่อรอยขูดขีด นิยมนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนรถยนต์ เครื่องดนตรี ของใช้และตกแต่งภายในบ้าน เช่น ก๊อกน้ำ ที่จับประตู

ทองสัมฤทธิ์หรือทองบรอนซ์ (Bronze) : เป็นโลหะที่มีส่วนผสมของทองแดงกับดีบุก มีความหนาแน่นอยู่ที่ 8.8 g/cm³ มีความทนทาน แข็งแรง ต้านทานการกัดกร่อน และจุดหลอมเหลวต่ำ มักนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น วิศวกรรม การก่อสร้าง ไฟฟ้า และการเดินเรือ รวมถึงการผลิตเครื่องประดับ เครื่องดนตรี งานศิลปะ และของตกแต่งต่าง ๆ

ทองคำ (Gold) : มีความหนาแน่นสูงมากอยู่ที่ 19.3 g/cm³ เป็นโลหะที่มีความเหนียวและอ่อนตัว มีผิวแวววาว สามารถขึ้นรูปเป็นลวดลายที่ซับซ้อนได้ เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ทนทานต่อการหมองและการกัดกร่อน มีสีเหลืองทองสดใสสวยงามหรูหรา มีความหายาก เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับเครื่องประดับชั้นดี มีมูลค่าสูงเหมาะแก่การลงทุน

เงิน (Silver) : เป็นโลหะที่มีสีขาวแวววาว มีความหนาแน่นอยู่ที่ 10.5 g/cm³ นำไฟฟ้าและความร้อน สะท้อนแสงได้สูง เป็นโลหะที่มนุษย์ให้คุณค่า มักใช้ในเครื่องประดับ เครื่องมือทางการแพทย์ และเหรียญสกุลต่าง ๆ

สังกะสี (Zinc) : มีความหนาแน่นอยู่ที่ 7.1 g/cm³ เป็นโลหะที่มีสีขาวเงินมันวาว แข็งแต่เปราะ สามารถหล่อขึ้นรูปได้ง่าย ต้านทานต่อการกัดกร่อนในสภาพอากาศ ใช้ในการเคลือบ (galvanizing) เพื่อป้องกันการกัดกร่อนในเหล็ก ใช้ในแบตเตอรี่ และงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ

ตะกั่ว (Lead) : โลหะอ่อนที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ มีความหนาแน่นอยู่ที่ 11.3 g/cm³ มีความอ่อนนุ่ม ยืดได้ และเป็นสีเทาเงิน สามารถรีดและตีขึ้นรูปได้ง่าย มักนำมาใช้ทำแบตเตอรี่ ชิ้นส่วนเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ดีบุก (Tin) : เป็นโลหะสีขาวเงินที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ อ่อนตัว มีความหนาแน่นอยู่ที่ 7.28 g/cm³ ทนต่อการกัดกร่อน กรด และสารละลายต่าง ๆ เกาะติดกับโลหะอื่นได้ดี จึงมักใช้ในการเคลือบหรือผสมกับโลหะอื่น เพื่อป้องกันความชื้นและสนิม ตัวอย่างการนำไปใช้ เช่น ท่อ ลวด กระป๋องบรรจุอาหาร

ไทเทเนียม (Titanium) : เป็นโลหะที่มีความแข็งแรงสูง มีน้ำหนักเบา มีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็ก โดยจะมีความหนาแน่นอยู่ที่ 4.5 g/cm³ ถ่ายเทความร้อนได้ดี ต้านทานการกัดกร่อน มักนำไปผสมกับโลหะอื่น ๆ และใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต

นิกเกิล (Nickel) – มีความหนาแน่นอยู่ที่ 8.9 g/cm³ มีความความแข็งแรง เหนียวและอ่อนตัว มีสีขาวเงินมันวาว ขึ้นรูปในอุณหภูมิต่ำได้ดี ต้านทานการกัดกร่อน นำความร้อนและไฟฟ้า มักใช้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้า เคลือบผิวอุปกรณ์ต่าง ๆ

Note : g/cm³ คือ กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

นี่เป็นเพียงโลหะบางส่วนเท่านั้น ยังมีโลหะอีกมากมายหลายชนิด เช่น แพลตินัม (Platinum) โครเมียม (Chromium) โคบอลต์ (Cobalt) ปรอท (Mercury) และอื่น ๆ อีกมากมาย

โลหะแต่ละชนิดมีคุณสมบัติและเกรดที่แตกต่างกันออกไปตามส่วนผสมภายในของโลหะนั้น ๆ ซึ่งเกรดของโลหะแต่ละชนิดจะมีผลกับการทำไปผลิตและแปรรูป รวมถึงมีผลต่อการนำไปใช้งานในด้านต่าง ๆ ที่แตกต่างกันออกไปตามคุณสมบัติ