5 سبائك المغنيسيوم - تصميم جمالي رفيع للغاية
المغنيسيوم هو معدن غير حديدي مهم للغاية، وهو أخف من الألومنيوم ويمكن أن يشكل سبائك عالية القوة مع معادن أخرى. تتميز سبائك المغنيسيوم بمزايا مثل الجاذبية النوعية الخفيفة، والقوة النوعية العالية والصلابة، والتوصيل الحراري الجيد، والتخميد الجيد وأداء التدريع الكهرومغناطيسي، وسهولة المعالجة والقولبة، وسهولة إعادة التدوير. ومع ذلك، لفترة طويلة، وبسبب الأسعار الباهظة والقيود التكنولوجية، لم يتم استخدام المغنيسيوم وسبائكه إلا بكمية صغيرة في الطيران والفضاء والصناعات العسكرية، وبالتالي يشار إليها باسم "المعادن النبيلة". في الوقت الحاضر، يعد المغنيسيوم ثالث أكبر مادة هندسية معدنية بعد الفولاذ والألمنيوم، ويستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران والسيارات والإلكترونيات والاتصالات المتنقلة والمعادن وما إلى ذلك. ومن المتوقع أنه بسبب الزيادة في تكاليف إنتاج المواد الأخرى المعادن الهيكلية، فإن أهمية معدن المغنيسيوم سوف تصبح أكبر في المستقبل.
تمثل سبائك المغنيسيوم 68% من سبائك الألومنيوم، و27% من سبائك الزنك، و23% من الفولاذ. يتم استخدامه بشكل شائع في قطع غيار السيارات وأغلفة منتجات 3C ومواد البناء وما إلى ذلك. معظم أغلفة أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة فائقة الرقة مصنوعة من سبائك المغنيسيوم. منذ القرن الماضي، لا يزال لدى البشر حب لا يمحى لملمس المعادن وبريقها. على الرغم من أن المنتجات البلاستيكية يمكن أن تشكل مظهرًا يشبه المعدن، إلا أن بريقها وصلابتها ودرجة حرارتها وملمسها لا يزال يختلف عن تلك الخاصة بالمعادن. سبائك المغنيسيوم، كنوع جديد من المواد الخام المعدنية، تمنح الناس شعورًا بالمنتجات عالية التقنية.
مقاومة التآكل لسبائك المغنيسيوم تبلغ 8 أضعاف مقاومة الفولاذ الكربوني، و4 أضعاف مقاومة سبائك الألومنيوم، وأكثر من 10 أضعاف مقاومة البلاستيك. مقاومتها للتآكل هي الأفضل بين السبائك. إن سبائك المغنيسيوم شائعة الاستخدام لديها عدم قابلية للاشتعال، خاصة عند استخدامها في أجزاء التوربينات البخارية ومواد البناء، والتي يمكن أن تتجنب الاحتراق الفوري. يحتل المغنسيوم المرتبة الثامنة من حيث الاحتياطيات في القشرة الأرضية، ويتم استخراج معظم خاماته من مياه البحر، لذا فإن موارده مستقرة وكافية.
خصائص المواد: هيكل خفيف الوزن، صلابة عالية ومقاومة للصدمات، مقاومة ممتازة للتآكل، توصيل حراري جيد ودرع كهرومغناطيسي، عدم قابلية جيدة للاشتعال، مقاومة ضعيفة للحرارة، وسهولة إعادة التدوير.
الاستخدام النموذجي: يستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران والسيارات والإلكترونيات والاتصالات المتنقلة والمعادن وما إلى ذلك.
6 النحاس - رفيق الإنسان
النحاس هو ببساطة معدن متعدد الاستخدامات ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بحياتنا. العديد من الأدوات والأسلحة المبكرة للإنسانية كانت مصنوعة من النحاس. اسمها اللاتيني "كوبروم" نشأ من مكان يسمى قبرص، وهي جزيرة ذات موارد نحاسية وفيرة. أطلق الناس على هذه المادة المعدنية اسم الاختصار Cu، الذي أعطى النحاس اسمه الرمزي الحالي.
يلعب النحاس دورًا مهمًا للغاية في المجتمع الحديث: فهو يستخدم على نطاق واسع في بناء الهياكل كحامل لنقل الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، منذ آلاف السنين، تم استخدامه كمادة خام لصنع زخارف الجسم من قبل أشخاص من خلفيات ثقافية مختلفة. بدءًا من فك التشفير والنقل البسيط الأولي إلى الدور الحاسم الذي لعبه في تطبيقات الاتصالات الحديثة المعقدة، رافق هذا المعدن المرن ذو اللون البرتقالي تطورنا وتقدمنا على طول الطريق. يعتبر النحاس موصلًا ممتازًا، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة. من منظور التاريخ الزمني للأشخاص الذين يستخدمون المواد المعدنية، يعد النحاس أقدم معدن استخدمه الإنسان، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الذهب. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى سهولة استخراج مناجم النحاس وسهولة فصل صناعة النحاس عن مناجم النحاس.
خصائص المواد: مقاومة ممتازة للتآكل، توصيل حراري ممتاز، موصلية، صلابة، مرونة، ليونة، تأثير فريد بعد التلميع.
الاستخدامات النموذجية: الأسلاك، ملفات المحرك، الدوائر المطبوعة، مواد التسقيف، مواد خطوط الأنابيب، مواد التدفئة، المجوهرات، أواني الطبخ. وهو أيضًا أحد مكونات السبائك الرئيسية لصنع البرونز.
7 الكروم - معالجة لاحقة شديدة اللمعان
يتم استخدام الشكل الأكثر شيوعًا للكروم كعنصر صناعة السبائك في الفولاذ المقاوم للصدأ لتعزيز صلابته. تنقسم عملية الطلاء بالكروم عادةً إلى ثلاثة أنواع: الطلاء الزخرفي، وطلاء الكروم الصلب، وطلاء الكروم الأسود. يستخدم طلاء الكروم على نطاق واسع في المجال الهندسي، وعادة ما يستخدم طلاء الكروم الزخرفي كطبقة خارجية خارج طبقة النيكل. الطلاء له تأثير تلميع دقيق ومرآة. كعملية تزيينية بعد المعالجة، يبلغ سمك طبقة الكروم 0.006 ملليمتر فقط. عند التخطيط لاستخدام عملية الطلاء بالكروم، من المهم مراعاة مخاطر هذه العملية بشكل كامل. في العقد الماضي، أصبح اتجاه استبدال ماء الكروم المزخرف سداسي التكافؤ بمياه الكروم ثلاثي التكافؤ واضحًا بشكل متزايد، حيث أن الأول له قدرة قوية على التسبب في السرطان، في حين يعتبر الأخير أقل سمية نسبيًا.
خصائص المواد: نعومة عالية جدًا، أداء ممتاز ضد التآكل، صلب ومتين، سهل التنظيف، ومعامل احتكاك منخفض.
الاستخدام النموذجي: طلاء الكروم الزخرفي هو مادة طلاء للعديد من مكونات السيارات، بما في ذلك مقابض الأبواب والمصدات. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الكروم أيضًا في أجزاء الدراجات، وصنابير الحمام، والأثاث، وأدوات المطبخ، وأدوات المائدة، والمزيد. يُستخدم الطلاء بالكروم الصلب بشكل أكثر شيوعًا في المجالات الصناعية، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي في كتل التحكم في العمل، ومكونات المحرك النفاث، والقوالب البلاستيكية، وامتصاص الصدمات. يستخدم طلاء الكروم الأسود بشكل رئيسي لتزيين الأجهزة واستخدام الطاقة الشمسية.
8 تيتانيوم - خفيف الوزن وقوي
التيتانيوم معدن خاص جدًا، ذو نسيج خفيف الوزن جدًا، ولكنه أيضًا قوي جدًا ومقاوم للتآكل، ويحافظ على لونه الخاص مدى الحياة في درجة حرارة الغرفة. لا تختلف درجة انصهار التيتانيوم كثيرًا عن درجة انصهار البلاتين، لذلك يستخدم بشكل شائع في مكونات الدقة الفضائية والعسكرية. بعد إضافة المعالجة الحالية والكيميائية، سيتم إنتاج ألوان مختلفة. يتمتع التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل الحمضي والقلوي. بعد نقعها في "أكوا ريجيا" لعدة سنوات، فإنها لا تزال تتألق وتتألق بشكل مشرق. إذا تمت إضافة التيتانيوم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن إضافة حوالي 1٪ فقط سيؤدي إلى تحسين مقاومته للصدأ بشكل كبير.
يتمتع التيتانيوم بخصائص ممتازة مثل الكثافة المنخفضة ومقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل. تتمتع سبائك التيتانيوم بكثافة نصف كثافة الفولاذ وقوة مماثلة لقوة الفولاذ. التيتانيوم مقاوم لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة. يمكنه الحفاظ على قوة عالية ضمن نطاق درجة حرارة واسع يتراوح من -253 درجة إلى 500 درجة. هذه المزايا ضرورية للمعادن الفضائية. تعتبر سبائك التيتانيوم مادة جيدة لصنع قذائف محركات الصواريخ والأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، وتعرف باسم "المعدن الفضائي". وبسبب هذه المزايا، أصبح التيتانيوم معدنًا نادرًا بارزًا منذ الخمسينيات.
التيتانيوم معدن نقي، وبسبب نقائه فإن المواد لا تخضع لتفاعلات كيميائية عند ملامستها له. وهذا يعني أنه بسبب مقاومته العالية للتآكل وثباته، فإن التيتانيوم لا يؤثر على جوهره حتى بعد الاتصال طويل الأمد بالبشر، لذلك لا يسبب الحساسية لدى البشر. وهو المعدن الوحيد الذي ليس له أي تأثير على أعصاب وذوق الإنسان النباتي، ويُعرف باسم "المعدن الحيوي".
أكبر عيب للتيتانيوم هو صعوبة استخراجه. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن التيتانيوم يمكن أن يتحد مع الأكسجين والكربون والنيتروجين والعديد من العناصر الأخرى عند درجات حرارة عالية. لذلك اعتاد الناس على اعتبار التيتانيوم "معدنًا نادرًا"، ولكن في الواقع، يمثل محتواه حوالي 6 ‰ من وزن القشرة الأرضية، أي أكثر من 10 أضعاف مجموع النحاس والقصدير والمنغنيز والزنك.
خصائص المواد: قوة عالية جدًا، مقاومة ممتازة للتآكل بالنسبة لنسبة الوزن، صعوبة العمل على البارد، قابلية اللحام الجيدة، حوالي 40% أخف من الفولاذ، 60% أثقل من الألومنيوم، موصلية منخفضة، معدل تمدد حراري منخفض، ونقطة انصهار عالية.
الاستخدامات النموذجية: مضارب الجولف، ومضارب التنس، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والكاميرات، والأمتعة، والمزروعات الجراحية، وهياكل الطائرات، والمعدات الكيميائية، والمعدات البحرية. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم التيتانيوم أيضًا كصبغة بيضاء للورق والطلاء والبلاستيك.