این عنصر در گروه نیتروژن جدول تناوبی قرار دارد و یکی از عناصر حیاتی برای تمام موجودات زنده محسوب می شود. فسفر به دلیل واکنش پذیری بالا، هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود و معمولاً در ترکیب با عناصر دیگر مانند اکسیژن، کلسیم و هیدروژن وجود دارد.
ویژگی و خواص عنصر فسفر
فسفر برنز استحکام کششی و تسلیم بالایی دارد که باعث می شود در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر تنش های مکانیکی است، بسیار مناسب باشد. از دیگر خواص این محصول می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سختی و مقاومت به سایش: وجود فسفر در این آلیاژ، باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش آن می شود.
- مقاومت به خوردگی: فسفر برنز مقاومت خوبی در برابر خوردگی در محیط های مختلف از جمله آب دریا، اسیدها و بازها دارد.
- خاصیت فنری: برخی از آلیاژهای فسفر برنز دارای خاصیت فنری بالایی هستند و در ساخت فنرها و قطعات ارتجاعی کاربرد دارند.
- قابلیت ماشین کاری خوب: فسفر برنز به راحتی ماشین کاری می شود و می توان قطعات پیچیده و دقیق را از آن تولید کرد.
انواع فسفر
- فسفر سفید: این شکل فسفر بسیار واکنش پذیر و سمی است. در معرض هوا خود به خود مشتعل می شود.
- فسفر قرمز: این شکل فسفر نسبت به فسفر سفید پایدارتر است و در تولید کبریت و مواد آتش زا استفاده می شود.
- فسفر سیاه: این شکل فسفر پایدارترین شکل فسفر است و خواص فلزی دارد.
اشکال مختلف فسفر
هر یک از این اشکال، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی دارند و در صنایع مختلف کاربردهای خاصی پیدا می کنند. در ادامه به بررسی مهم ترین اشکال فسفر می پردازیم:
فسفر سفید
- ظاهر: مومی شکل، سفید مایل به زرد، درخشندگی در تاریکی
- خواص: سمی، بسیار واکنش پذیر، در هوا خود به خود مشتعل می‌شود، در آب نامحلول اما در کربن دی سولفید حل می شود.
- کاربردها: تولید مواد شیمیایی دیگر (مانند اسید فسفریک)، کبریت سازی، تولید بمب های دودزا
- مخاطرات: بسیار سمی، تماس با پوست باعث سوختگی شدید می شود، استنشاق بخارات آن خطرناک است.
فسفر قرمز
- ظاهر: جامد قرمز تیره، بدون بو و مزه
- خواص: کمتر واکنش پذیر از فسفر سفید، در هوا به آسانی مشتعل نمی شود، سمیّت کمتری نسبت به فسفر سفید دارد.
- کاربردها: تولید کبریت ایمنی، مواد آتش زا، مواد منفجره، تولید آفت کش ها
- مخاطرات: گرد و غبار آن می تواند باعث تحریک پوست و چشم شود.
فسفر سیاه
- ظاهر: جامد سیاه، براق، شبیه به گرافیت
- خواص: پایدارترین شکل فسفر، رسانای الکتریسیته، در آب و حلال های آلی نامحلول است.
- کاربردها: ساخت نیمه رساناها، روان کننده ها، باتری ها
- مخاطرات: اطلاعات محدودی در مورد خطرات آن وجود دارد.
روش تولید فسفر
مراحل کلی تولید فسفر در کوره های الکتریکی:
- آماده سازی مواد اولیه: سنگ فسفات، کربن (معمولاً کک نفتی) و سیلیس به نسبت های مشخصی مخلوط می شوند.
- بارگذاری مواد اولیه: مخلوط آماده شده به داخل کوره الکتریکی بارگذاری می شود.
- تامین انرژی: با عبور جریان الکتریکی از الکترودهای کربنی داخل کوره، دمای مواد به شدت افزایش می یابد.
- تولید بخار فسفر: در اثر حرارت بالا، واکنش شیمیایی رخ داده و بخار فسفر تولید می شود.
- تقطیر و کندانس شدن: بخار فسفر از بالای کوره خارج شده و پس از عبور از یک سیستم خنک‌کننده، به شکل مایع جمع آوری می شود.
- تصفیه: فسفر مایع ممکن است حاوی ناخالصی هایی باشد که با روش های مختلفی مانند تبلور مجدد یا تقطیر تصفیه می شود.
نقش فسفر در فولاد
- افزایش استحکام تسلیم: فسفر با ایجاد محلول جامد در آهن، استحکام تسلیم فولاد را افزایش می دهد. این ویژگی باعث می شود که فولاد در برابر تغییر شکل پلاستیکی مقاومت بیشتری نشان دهد.
- کاهش دمای تبلور مجدد: فسفر با کاهش دمای تبلور مجدد، باعث افزایش کارپذیری فولاد در حالت گرم می شود.
- افزایش سختی پذیری: فسفر می تواند سختی پذیری فولاد را افزایش دهد که این امر به ویژه در فولادهای ابزار اهمیت دارد.
- تأثیر بر خواص جوشکاری: فسفر می تواند بر خواص جوشکاری فولاد تأثیر بگذارد و در برخی موارد باعث ایجاد تردی در ناحیه جوش شود.
- کاهش چقرمگی: با وجود افزایش استحکام، فسفر به طور کلی چقرمگی فولاد را کاهش می دهد.
تأثیرات فسفر بر ورق فولاد MO40 عبارتند از:
- کاهش دمای ذوب: فسفر دمای ذوب فولاد را کاهش می دهد که می تواند در فرآیندهای ریخته گری مفید باشد.
- افزایش قابلیت ماشین کاری: فسفر باعث بهبود قابلیت ماشین کاری فولاد می شود، زیرا باعث کاهش اصطکاک بین ابزار برش و قطعه کار می شود.
- ترد شدن فولاد: یکی از مهم ترین تأثیرات منفی فسفر، ترد شدن فولاد است. به ویژه در دماهای پایین، فسفر باعث کاهش چقرمگی فولاد می شود و احتمال شکست ترد را افزایش می دهد.
- کاهش استحکام کششی: فسفر می تواند استحکام کششی فولاد را کاهش دهد.
فسفر، عنصری استراتژیک در صنعت، که با ارتقای خواص مکانیکی فلزات، به ما امکان می‌دهد تا محصولات سبک‌تر، قوی‌تر و مقاوم‌تر تولید کنیم.
سایت دمیرآل، طیف گسترده‌ای از محصولات فولادی را در اختیار شما قرار می‌دهد تا بتوانید بهترین گزینه را برای پروژه خود انتخاب کنید.