سنگ چخماق سبک از چه ساخته شده است؟ فروسریوم توضیح داد

سنگ چخماق سبکتر یک سنگ طبیعی نیست بلکه یک آلیاژ مصنوعی ساخته شده به نام فروسریوم . میله‌های استوانه‌ای کوچک درون فندک‌ها که دوش‌های جرقه ایجاد می‌کنند از ترکیبی دقیق از فلزات خاکی کمیاب، عمدتاً سریم و لانتانیم، ترکیب شده با آهن، منیزیم و مقادیر کمی از عناصر دیگر مانند نئودیمیم و پراسئودیمیم تشکیل شده‌اند. وقتی میپرسی سنگ چخماق سبکتر از چه ساخته شده است پاسخ، آلیاژی پیروفوریک است که وقتی خراشیده یا ساییده شود، ذرات ریزی را آزاد می کند که فوراً در هوا اکسید می شوند و گرمای بیش از 3000 درجه فارنهایت (1650 درجه سانتیگراد) تولید می کنند. این احتراق کنترل شده و سریع ذرات فلزی تراشیده شده چیزی است که جرقه های روشن مشخصی را ایجاد می کند که سوخت بوتان را مشتعل می کند.

ترکیب دقیق سنگ چخماق سبکتر: آلیاژ فروسریم

سنگ چخماق معمولی از فروسریم، آلیاژی حاوی تقریباً 50 درصد سریم، 25 درصد لانتانیم، 18 درصد آهن، و نسبت‌های کمتری از نئودیمیم، پراسئودیمیم و منیزیم، با افزودن کمی کلسیم و سیلیکون برای پالایش دانه ساخته شده است. این فرمول تصادفی نیست. متالوژیست ها این نسبت را در طول دهه ها برای بهینه سازی عملکرد جرقه، دوام و هزینه اصلاح کرده اند. با توجه به برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد که توسط سازندگان بزرگ فندک‌ها ارسال شده است، درصدهای دقیق می‌تواند کمی متفاوت باشد، اما وجود سریم به عنوان عنصر غالب جهانی است زیرا سریم در بین فلزات خاکی کمیاب، گرم‌کننده‌ترین فلزات است. یک مطالعه در سال 2019 منتشر شده در مجله آلیاژها و ترکیبات بررسی آلیاژهای جرقه زا فروسریوم تأیید کرد که محتوای سریم زیر 45 درصد به طور قابل توجهی اندازه و دمای دوش جرقه را کاهش می دهد، در حالی که افزایش محتوای سریم به بالای 55 درصد باعث می شود آلیاژ خیلی نرم شود و سنگ چخماق خیلی سریع فرسوده شود.

محتوای آهن سختی مکانیکی و یکپارچگی ساختاری را فراهم می کند، در حالی که منیزیم، اگرچه در مقادیر کم وجود دارد، دمای اشتعال آلیاژ را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و به جرقه ها کمک می کند طولانی تر و درخشان تر بسوزند. معمولی سبک تر سنگ چخماق فرمولاسیون به سختی بین 45 تا 55 در مقیاس Rockwell B می رسد، که با دقت انتخاب شده است تا تولید جرقه و سرعت سایش را متعادل کند. اگر سنگ چخماق سخت‌تر بود، چرخ ضربه‌گیر برای از بین بردن ذرات تلاش می‌کرد. اگر نرم تر باشد، سنگ چخماق تنها در چند ضربه مصرف می شود.

مکانیسم پیروفوریک: چگونه سنگ چخماق سبکتر جرقه ایجاد می کند

جرقه‌های یک سنگ چخماق سبک‌تر تنها توسط گرمای تولید شده توسط اصطکاک ایجاد نمی‌شوند، بلکه توسط یک واکنش شیمیایی پیروفوریک ایجاد می‌شوند که در آن ذرات ریز فروسریوم که به تازگی در معرض خراشیدن قرار می‌گیرند، بلافاصله در تماس با هوا اکسید می‌شوند. هنگامی که چرخ ضربه‌ای فولادی دندانه‌دار در برابر سنگ چخماق تحت فشار فنر می‌چرخد، قطعات آلیاژ میکروسکوپی در اندازه‌های 10 تا 100 میکرون را به صورت مکانیکی از بین می‌برد. زیرا سریم دمای خود اشتعال بسیار پایین تقریباً دارد 150 تا 180 درجه سانتیگراد (302 تا 356 درجه فارنهایت) و عمل شکستن آلیاژ شکننده انرژی کافی برای گرم کردن آن قطعات فراتر از آن آستانه آزاد می کند، ذرات به طور خود به خود در عرض میلی ثانیه مشتعل می شوند. واکنش اکسیداسیون بسیار گرمازا است، انرژی آزاد می کند که دمای ذرات را بین 1400 و 1700 درجه سانتیگراد (2550 تا 3090 درجه فارنهایت) که برای احتراق گاز بوتان که دمای خود اشتعال آن حدود 405 درجه سانتیگراد است بیش از حد کافی است.

این مکانیسم اساساً با شروع آتش واقعی سنگ چخماق و فولاد متفاوت است. سنگ چخماق طبیعی یک سنگ سیلیسی سخت است که وقتی با فولاد پر کربن برخورد می کند، ذرات آهن را که اکسید می شوند از بین می برد. خود سنگ چخماق نمی سوزد. در یک مدرن سنگ چخماق سبکتر با این حال، این خود سنگ چخماق - میله فروسریوم - است که به عنوان سوخت جرقه ها مصرف می شود. هر عمل خراش دادن یک لایه نازک از آلیاژ را حذف می کند، به همین دلیل است که سنگ های سبک تر به تدریج کوتاه می شوند و نیاز به تعویض دارند. یک میله سنگ چخماق معمولی با قطر 5 میلی متر و طول 12 میلی متر می تواند تقریباً 500 تا 1000 ضربه قابل اعتماد را قبل از مصرف کامل ایجاد کند.

سنگ چخماق فندکی فروسریوم در مقابل سنگ چخماق واقعی و سایر مواد جرقه زن

اگرچه معمولاً سنگ چخماق نامیده می شود، سنگ چخماق سبک تر مدرن ساخته شده از فروسریم از نظر شیمیایی و مکانیکی از سنگ های سنگ چخماق طبیعی، بلوک های منیزیم و ترکیب قدیمی سنگ چخماق و فولاد متمایز است. جدول زیر نحوه قرارگیری این مواد جرقه زا از نظر دمای جرقه، طول عمر و سناریوهای استفاده معمولی را روشن می کند.

چخماق فندکی فروسریوم چگونه تولید می شود

تولید سنگ چخماق سبک تر شامل ذوب فلزات خاکی کمیاب و آهن در یک کوره القایی در یک جو بی اثر، ریخته گری آلیاژ به شمش، و سپس اکسترود کردن یا فشار دادن آن به میله های استوانه ای کوچک است که به طول بریده می شوند. از آنجایی که فلزات خاکی کمیاب در دماهای بالا با اکسیژن بسیار واکنش نشان می دهند، کل فرآیند ذوب و ریخته گری تحت خلاء یا محافظ گاز آرگون انجام می شود تا از اکسید شدن سریم و لانتانیم قبل از تبدیل شدن به سنگ چخماق جلوگیری شود. هنگامی که آلیاژ سرد و جامد می شود، خرد شده و دوباره ذوب می شود یا مستقیماً به صورت گرم اکسترود می شود و به میله هایی با قطر مورد نیاز، معمولاً 2.5 تا 5 میلی متر برای فندک های جیبی، تبدیل می شود. سپس میله پیوسته با استفاده از اره الماسی پرسرعت یا چرخ برش ساینده که تا تلورانس های 0.1 میلی متری کاهش می یابد، به سیلندرهای سنگ چخماق جداگانه بریده می شود.

پس از برش، سنگ چخماق ممکن است تحت یک چرخه عملیات حرارتی در اطراف قرار گیرد 300 تا 400 درجه سانتیگراد (572 تا 752 درجه فارنهایت) برای چند ساعت در یک جو کنترل شده برای کاهش تنش های داخلی و بهینه سازی اندازه دانه. این مرحله بازپخت قوام دوش جرقه ای را افزایش می دهد و تمایل به خرد شدن سنگ چخماق را به جای ساییدگی یکنواخت کاهش می دهد. در نهایت، سنگ‌های چخماق را می‌چرخانیم تا سوراخ‌ها را از بین ببرند، از نظر ترک بررسی می‌شوند و بسته‌بندی می‌شوند. کل فرآیند تولید بر اساس نیاز به دستیابی به سختی دقیق راکول و نرخ ثابت تولید جرقه هدایت می شود و تضمین می کند که هر سنگ چخماق سبکتر از اولین ضربه تا آخرین ضربه به طور قابل اعتماد عمل می کند.

چرا چخماق های سبک تر فرسوده می شوند و چه زمانی باید آنها را جایگزین کرد؟

سنگ چخماق سبک تر فرسوده می شود زیرا هر عمل خراش دادن به طور فیزیکی یک لایه نازک از آلیاژ فروسریوم را از بین می برد که سپس به عنوان جرقه های قابل مشاهده می سوزد. این یک فرآیند عمدی و قابل مصرف است. میزان سایش به سختی آلیاژ، تیزی و فشار چرخ ضربه‌گیر و تعداد ضربات در روز بستگی دارد. یک فرد سیگاری مکرر ممکن است در کمتر از یک ماه سنگ چخماق را بپوشد، در حالی که سنگ چخماق فندکی باربیکیو که گاهی استفاده می شود می تواند سال ها دوام بیاورد. میانگین تعداد ضربات قابل دستیابی از سنگ چخماق استاندارد 5 میلی متر در 12 میلی متر است 700 تا 1000 با فرض چرخی که تمیز باشد و بیش از حد فرسوده نشده باشد. هنگامی که سنگ چخماق تا حدود 2 میلی متر فرسوده شود، دیگر تماس قابل اعتمادی با چرخ ضربه ای برقرار نمی کند و باید تعویض شود. یک نشانه آشکار که سنگ چخماق نیاز به تغییر دارد، زمانی است که فندک برای ایجاد یک جرقه ضعیف یا متناوب به چندین تکان سخت نیاز دارد.

سوالات متداول در مورد سنگ چخماق سبک

آیا سنگ چخماق سبکتر از سنگ چخماق واقعی ساخته شده است؟

با وجود نام، مدرن سنگ چخماق سبکتر فاقد سنگ چخماق طبیعی یا کوارتز است. اصطلاح "سنگ چخماق" به دلایل تاریخی حفظ شده است زیرا دستگاه های آتش سوزی اولیه از یک قطعه سنگ سنگ چخماق که به فولاد برخورد می کرد استفاده می کردند. امروزه این ماده منحصراً آلیاژ فروسریم است.

آیا سنگ چخماق فندک در صورت مصرف سمی یا مضر است؟

سنگ چخماق فروسریوم عموماً به شکل جامد غیر سمی است، اما بلعیدن قطعات سنگ چخماق کوچک می تواند خطر خفگی ایجاد کند یا باعث تحریک مکانیکی شود. برگه های اطلاعات ایمنی مواد برای فروسریوم آن را به عنوان یک ماده با سمیت حاد خوراکی کم طبقه بندی می کند. با این حال، گرد و غبار ریز تولید شده در طول تولید سنگ چخماق در صورت استنشاق طولانی مدت می تواند مضر باشد، به همین دلیل است که کارگران کارخانه از محافظ تنفسی استفاده می کنند.

چرا برخی از سنگ چخماق جرقه قرمز روشن تولید می کنند در حالی که برخی دیگر سفید هستند؟

رنگ جرقه بستگی به عناصر خاکی کمیاب خاص اضافه شده به آلیاژ دارد. محتوای بالای سریم باعث ایجاد جرقه های زرد-نارنجی می شود، در حالی که نسبت لانتانیم و منیزیم بالاتر رنگ را به سمت سفید روشن سوق می دهد. برخی از تولیدکنندگان عمدا رنگ هایی مانند ترکیبات استرانسیوم را برای ایجاد جرقه های رنگی قابل مشاهده اضافه می کنند، اما استاندارد سنگ چخماق سبکتر جرقه ها به طور طبیعی به صورت جرقه های سفید کوتاه و درخشان ظاهر می شوند.

چگونه می توانم سنگ چخماق فندکی فرسوده را جایگزین کنم؟

اکثر فندک های قابل شارژ مجدد دارای یک پیچ کوچک در پایین لوله سنگ چخماق هستند. پس از برداشتن چخماق قدیمی و فنر، یک سنگ چخماق جدید در آن ریخته می شود و فنر و پیچ دوباره وارد می شوند. استفاده از چخماق با قطر صحیح برای مدل سبک تر خاص مهم است - معمولاً 2.5 میلی متر یا 5 میلی متر. پس از تعویض، فندک باید چندین بار بدون سوخت تکان داده شود تا سطح سنگ چخماق زبر شود و جرقه ثابت شود.

آیا رطوبت یا رطوبت به سنگ چخماق فندک آسیب می رساند؟

فروسریوم در محیط های مرطوب به خوردگی حساس است، به خصوص اگر تراکم به طور مکرر روی سطح سنگ چخماق ایجاد شود. با گذشت زمان، یک لایه اکسید سفید می تواند ایجاد شود، که کارایی جرقه را کاهش می دهد. با این حال، چند ضربه سخت معمولاً خوردگی را خراشیده و آلیاژ تازه زیر آن را آشکار می کند. نگهداری فندک در جای خشک به میزان قابل توجهی عمر سنگ چخماق را افزایش می دهد.

دقیقا فهمیدن سنگ چخماق سبکتر از چه ساخته شده است آلیاژ پیروفوریک مهندسی شده قابل توجهی را نشان می دهد که قرن ها پیش جایگزین سنگ طبیعی شده است. میله سنگ چخماق فروسریوم خراشیدن مکانیکی ساده را به سیلاب قابل اعتمادی از جرقه های داغ سفید تبدیل می کند، همه اینها به لطف ترکیب دقیقی از سریم، لانتانیم و آهن است که فوراً در هوا مشتعل می شود. چه در حال جایگزین کردن یک سنگ چخماق فرسوده در فندک جیبی باشید یا صرفاً در مورد علم آتش کنجکاو باشید، پاسخ در فرمول بندی دقیق شیمی فلزات خاکی کمیاب است که همچنان میلیاردها شعله را هر روز روشن می کند.