سبائك المغنيسيوم من العملية إلى التطبيق

في الوقت الحاضر ، أصبح الوزن الخفيف للمنتجات المعدنية في الفضاء والنقل بالسيارات وغيرها من الصناعات نقطة ساخنة للبحوث. سبائك المغنيسيوم هي سبيكة تتكون من المغنيسيوم كمصفوفة وعناصر أخرى. إنه الأخف وزنا في المعادن العملية ولديه احتياطيات غنية. سبائك المغنيسيوم لها مزايا كبيرة في الوزن الخفيف وقد جذبت الكثير من الاهتمام. سبائك المغنيسيوم لديها العديد من المزايا، مثل قوة محددة عالية، والتشكيل الحراري الجيد، وقابلية جيدة للتصنيع والتوافق الحيوي، والتخميد الممتاز والتدريع الكهرومغناطيسي، والتحلل . لديهم إمكانات كبيرة في خفض وزن المنتجات المعدنية ، كما أنها ذات قيمة عالية في الطب الحيوي. المشاكل الرئيسية في تطوير سبائك المغنيسيوم في الوقت الحاضر: (1) بسبب البنية السداسية القريبة المتأصلة من المغنيسيوم ، فإن قدرة التشكيل البلاستيكي لسبائك المغنيسيوم ضعيفة ، ومن الصعب تشكيل أجزاء معقدة ؛ (2) سبائك المغنيسيوم لديها مقاومة ضعيفة للتآكل ، مما يحد بشكل كبير من تطبيقها في مختلف المجالات. كيفية تحسين مقاومة التآكل لسبائك المغنيسيوم تستحق المزيد من الدراسة.

Magnesium Alloys from Process to Application

1 تصنيف سبائك المغنيسيوم

في الوقت الحاضر ، تحتوي سبائك المغنيسيوم بشكل رئيسي على الألومنيوم (AL) والزنك (Zn) والمنغنيز (MN) والزركونيوم (Zr) وعناصر السبائك الأخرى ، بالإضافة إلى العناصر المعدنية الأرضية النادرة مثل الرينيوم (RE). أنواع ومحتويات مختلفة من عناصر السبائك المضافة إلى سبائك المغنيسيوم سيكون لها تأثير كبير على خصائص سبائك المغنيسيوم. بشكل عام ، عندما لا يتجاوز محتوى zzn 22٪ ، يمكن تحسين مقاومة زحف مسبوكات سبائك المغنيسيوم ؛ يمكن لكمية مناسبة من عناصر MMN تحسين مقاومة الحرارة ومقاومة التآكل لسبائك المغنيسيوم ، وإزالة العنصر الضار FFE إلى حد ما في عملية الصهر ؛ كمية مناسبة من عناصر AAL يمكن أن تحسن بشكل فعال خصائص الصب من سبائك المغنيسيوم. يمكن أن تؤدي إضافة المعادن الأرضية النادرة المناسبة بشكل عام إلى تحسين سيولة السبائك ، وتقليل مسامية الانكماش ، وتحسين حجم حبيبات السبائك ، وتحسين القوة واللدونة. وفقا لأنواع السبائك المضافة ، يمكن تقسيم سبائك المغنيسيوم تقريبا إلى السلسلة التالية:

(1) سلسلة ملغ الزن. هذه السلسلة من السبائك هي أول سبائك المغنيسيوم التي يستكشفها ويطبقها الناس. يمكن استخدامها ليس فقط للصب ، ولكن أيضا لمعالجة التشوه. عندما يتم صب السبائك وتشكيلها ، يكون محتوى Al element 77٪ ~ 9٪. عند استخدامه لمعالجة التشوه ، يجب الاحتفاظ بمحتوى عنصر AAL عند 33٪ ~ 5٪.
(2) سلسلة Mg Al Mn. لن يكون لإضافة كمية معينة من MMN إلى سبائك الألومنيوم المغنيسيوم تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للسبيكة ، ولكنه سيقلل قليلا من لدونة السبيكة. إضافة 11 ٪ - 25 ٪ MMN سيحسن بشكل كبير مقاومة تآكل الإجهاد للسبيكة ، ويحسن بشكل كبير من مقاومة التآكل وأداء اللحام للسبيكة.
(3) سلسلة Mg Al RE. هذه السلسلة من السبائك لديها قابلية ممتازة لمعالجة التشوه. يمكن تحسين قوة ومرونة السبائك المصبوبة بشكل كبير عن طريق البثق. يمكن أن تؤدي إضافة العنصر الأرضي النادر RRE إلى تقليل حجم الحبوب ، ويمكن تحسين الخصائص الميكانيكية الشاملة للسبائك بشكل كبير عن طريق زيادة محتوى AAL بشكل مناسب.
(4) سلسلة Mg Zn Zr. يتم التحكم في محتوى عناصر zzn في هذه السلسلة من السبائك بشكل عام عند حوالي 66٪ ، والذي يلعب دور تعزيز محلول السبائك وتقوية المعالجة الحرارية. يمكن ل Zzr في السبائك تحسين حبيبات السبائك بشكل كبير وتحسين القوة واللدونة ومقاومة الحرارة للسبيكة. محتوى Zr هو عموما 00.5 ٪ - 0.9 ٪. وغالبا ما يستخدم لتصنيع المكونات الهيكلية مع ضغط كبير في الطائرات والمركبات الفضائية.
(5) ملغ Zn RE سلسلة. وفقا للمحتوى المختلف للمعدن الأرضي النادر RRE ، ستتطور السبائك من تعزيز المحلول الصلب إلى المرحلة الثانية لتعزيز المصفوفة. إضافة الذرات الجديدة سوف تسبب تشويها شبكيا ، أو تعيق حركة الخلع في الهيكل أو تقوي حدود الحبوب.

على الرغم من أن السبائك لها العديد من المزايا ، مثل القوة المحددة العالية ، والقطع عالي السرعة ، والتوافق الحيوي وما إلى ذلك ، إلا أن سبائك المغنيسيوم التي يمكن الحصول عليها في الوقت الحاضر لا تزال تواجه مشاكل مثل احتراق القطع ، وأكسدة درجات الحرارة العالية وما إلى ذلك. كيفية تحضير سبائك المغنيسيوم عالية الجودة التي تلبي معايير الصناعة المختلفة لا تزال بحاجة إلى بحث متعمق. تعتمد جودة سبائك المغنيسيوم بشكل عام على نوع العناصر ومحتواها وتكنولوجيا معالجتها. تلخص هذه الورقة تطور سبائك المغنيسيوم من جوانب تكنولوجيا التصنيع وآلية التقوية السطحية والداخلية وتكنولوجيا القطع.

2 عملية التشكيل

وفقا للخصائص الفيزيائية للعناصر المكونة لسبائك المغنيسيوم وشكل وحجم وتطبيق المكون المستهدف ، يتم اعتماد عمليات التشكيل المختلفة ال 33 التالية بشكل عام:

(1) صب الجاذبية: استخدم سبائك المغنيسيوم المنصهرة لصب المكونات بواسطة جاذبيتها الخاصة. وتشمل طرق التشغيل: صب القالب المعدني ، صب القالب شبه المعدني ، صب قالب قذيفة ، صب قالب الاستثمار وصب قالب الرمال. من بينها ، تكلفة صب الرمل منخفضة ، ولكن العملية مرهقة نسبيا ، وهي مناسبة لإنتاج دفعات صغيرة من المسبوكات الكبيرة
(2) صب الضغط: استخدم ضغطا معينا لمساعدة السبائك على إذابة تملأ تجويف القالب وإكمال عملية الصب. وفقا للضغط ، يمكن تقسيمه إلى صب عالي الضغط وصب منخفض الضغط. صب الضغط العالي هو الضغط على سبائك المغنيسيوم السائلة أو شبه الصلبة تذوب في تجويف القالب بسرعة عالية وتصلبه. حجم السبائك التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة أكثر دقة والمخطط واضح ؛ صب الضغط المنخفض هو استخدام ضغط أقل لرفع سائل السبائك الذائبة وملء القالب بسلاسة ، بحيث يمكن أن تصلب وتتقشر في تسلسل ، ثم تتبلور تحت الضغط ، وأخيرا تحرير الضغط للحصول على المسبوكات. يمكن لهذه الطريقة أيضا الحصول على مسبوكات سبائك عالية الجودة. في رابط التصلب لعملية صب القالب ، إذا تم زيادة معدل التبريد ، تحسين الحبوب بشكل كبير وسيتم تحسين قوة الشد واستطالة الصب [9-11]. سبائك المغنيسيوم مناسبة لصب الضغط بسبب نقطة انصهارها المنخفضة (المغنيسيوم النقي حوالي 6650 درجة مئوية) ، والتصلب السريع ، وانخفاض لزوجة سائل السبائك وسيولة جيدة. في الوقت الحاضر ، غالبا ما يستخدم صب القالب الفراغي ، وصب القوالب شبه الصلبة ، وصب القوالب المملوءة بالأكسجين لصب ضغط سبائك المغنيسيوم.
(3) تشكيل شبه صلب: يتم تسخين سبائك المغنيسيوم للتعايش بين الصلبة والسائلة عن طريق التسخين الحثي الدوري ، ثم يتم تشكيل المادة مباشرة. بالمقارنة مع تشكيل السائل ، فإنه يتمتع بمزايا درجة حرارة التشكيل المنخفضة ، وعمر الموت الطويل ، والعيوب المنخفضة والاكتناز العالي. تتمتع هذه التقنية بمزايا كل من الصب وتشكيل البلاستيك في الحالة الصلبة. درجة حرارة التشكيل أقل من الحالة السائلة ، ومقاومة التشوه أقل من الحالة الصلبة. مكونات السبائك الناتجة لديها دقة عالية. في الوقت الحاضر ، تم استخدامه في بعض قطع غيار السيارات المصنوعة من سبائك المغنيسيوم والأدوات الصناعية في مجال الطيران.

من أجل تحسين حجم الحبوب وتحسين الخصائص الميكانيكية الشاملة ، حيث يتم عادة لف سبائك المغنيسيوم المصبوبة وقذفها وتزويرها وغيرها من المعالجة البلاستيكية. نظرا لأن النوع الشبكي من مصفوفة المغنيسيوم ينتمي إلى بنية سداسية قريبة ، والسبائك المكونة له هي عموما نتيجة تشويه للبنية السداسية القريبة ، مع نظام انزلاق أقل وقدرة تشوه بلاستيكية ضعيفة ، غالبا ما تستخدم سبائك المغنيسيوم عملية التدحرج. بالنظر إلى ضعف قدرة التشوه البارد لسبائك المغنيسيوم ، يتم استخدام المتداول الساخن أو المتداول الدافئ بشكل عام.. تعتمد درجة حرارة المتداول على نوع ومحتوى عناصر السبائك ، والتي تبلغ عموما حوالي 555 درجة مئوية تحت سبيكة الصلبة. يمكن لدرجة الحرارة المناسبة ومعدل الإجهاد تحسين الحبوب وتقليل مقاومة التشوه وتحسين كفاءة المعالجة.

3 تطبيق سبائك المغنيسيوم

(1) مجال الفضاء الجوي

مع التطور السريع لصناعة الطيران والدفاع الوطني ، زاد الطلب على المواد الهيكلية خفيفة الوزن عالية الأداء في الصين بشكل حاد ، وأصبح الوزن الخفيف للمواد الفضائية الجوية أكثر أهمية. على أساس تلبية مختلف العروض ، فإن استخدام سبائك المغنيسيوم لصنع مكونات الفضاء الجوي لا يوفر الموارد فحسب ، بل يفضي أيضا إلى الاستخدام اللاحق للمركبات الفضائية ويطيل عمر خدمتها. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يفضي أيضا إلى ضمان سلامة المركبات الفضائية في عملية العودة. في الوقت الحاضر ، وضعت الصين أهدافا خفيفة الوزن مقابلة في مجال الفضاء.

(2) مجال النقل بالسكك الحديدية

المواد خفيفة الوزن لها أهمية كبيرة لتطوير صناعة النقل بالسكك الحديدية. تستخدم سبائك المغنيسيوم المثبطة للهب في تقليل وزن الإطار الاتجاهي للعبور بالسكك الحديدية ، ولكن في الوقت الحاضر ، لم يتم الترويج لتطبيق سبائك المغنيسيوم في هذا المجال ، ويرجع ذلك أساسا إلى أن بعض التقنيات الرئيسية لم يتم اختراقها ، ولا تزال بحاجة إلى فترة من الوقت لاختبارها بشكل متكرر للتأكد من أنها تلبي متطلبات جميع الجوانب.

(3) صناعة السيارات

يمكن لسبائك المغنيسيوم أن تجعل السيارة تحقق هدف الوزن الخفيف وتحسين تأثير امتصاص الصدمات ، والذي يتم تفضيله في مجال تقليل وزن السيارة. يمكن استخدامه لصنع محاور عجلات السيارات وصناديق التروس وأغطية رأس الأسطوانة وعجلات القيادة وأقواس التوجيه وما إلى ذلك لتقليل الوزن الذاتي وتقليل استهلاك الوقود وحماية البيئة. ومع ذلك ، لا تستخدم سبائك المغنيسيوم على نطاق واسع بسبب ضعف مقاومتها للتآكل وقابليتها للاشتعال.

(4) المجال الطبي

سبائك المغنيسيوم لديها توافق حيوي جيد ، والتحلل وقريبة من كثافة العظام البشرية ، ويمكن استخدامها في العلاج الطبي. ومع ذلك ، فإن بعض سبائك المغنيسيوم فقط مناسبة للمجال الطبي ، وستتغير الخصائص بعد تشكيل السبيكة. المغنيسيوم يمكن أن تعزز امتصاص أيونات الكالسيوم من قبل جسم الإنسان، وذلك لتسريع نمو الأنسجة العظمية والتئام الجروح، وتقصير دورة العلاج للمرضى.

(5) المجال العسكري

يمكن أن يؤدي تطبيق سبائك المغنيسيوم في المعدات العسكرية إلى تقليل جودة المعدات العسكرية وتعزيز التنقل والفعالية القتالية للقوات. يمكن استخدامه في علبة التروس وجسم المؤخرة وجهاز التصويب وأجزاء أخرى من الأسلحة النارية العسكرية. ويمكن أيضا استخدامه في المحور وإطار المقعد وصندوق التروس وأجزاء أخرى من المركبات المدرعة ، وكذلك جهاز الجر وصندوق إمداد الذخيرة ومرآة المدفعية والذخيرة للمدفعية والذخيرة.

(6) المنتجات الإلكترونية

سبائك المغنيسيوم لديها مزايا خفيفة الوزن ، غير مغناطيسية ، امتصاص الصدمات الجيدة وهلم جرا. لديها مستقبل مشرق في مجال المنتجات الإلكترونية. لأن 33c (الكمبيوتر) ، ممثلة بأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية ،

الاتصالات والاستهلاك) تم تطوير المنتجات في اتجاه الضوء والرقيقة والصغيرة ، وسبائك المغنيسيوم هي أكثر وأكثر تميزا. المنتجات الإلكترونية من سبائك المغنيسيوم ليس لها مظهر ممتاز ولمس فحسب ، بل تتمتع أيضا بالموصلية الحرارية الجيدة والصلابة. سمك أنحف قذيفة منتج 33c هو 0.4 مم فقط.

(7) مجالات أخرى

سبائك المغنيسيوم مستقرة نسبيا في البنزين وزيت التشحيم ، ويمكن استخدامها لصنع أنابيب الزيت وصناديق التروس وأجزاء أخرى.

سبائك المغنيسيوم لديها العديد من المزايا ، مثل الكثافة المنخفضة ، والقوة النوعية العالية ، والتوافق الحيوي الجيد وهلم جرا. يمكن أن يحقق نتائج أفضل من المواد المعدنية أو البلاستيكية الأخرى ، ولديه احتمال تطبيق واسع. في الوقت نفسه ، يجب علينا أيضا الانتباه إلى المشاكل الموجودة في تصنيع واستخدام سبائك المغنيسيوم. على سبيل المثال ، بعض المعادن الأرضية النادرة التي تشكل سبائك مع المغنيسيوم باهظة الثمن ويصعب تسويقها. من السهل تآكل سبائك المغنيسيوم أثناء الاستخدام ؛ من السهل حرقه عند القطع. تحد المشاكل المذكورة أعلاه من تطوير سبائك المغنيسيوم وتحتاج إلى مزيد من الاستكشاف والحل من قبل الباحثين العلميين ذوي الصلة.