تم إنشاء أكثر السبائك المعدنية مقاومة للتآكل في العالم. أقوى سبائك التطبيقات الصناعية من التيتانيوم
زجاج مصنوع من المعدن
حصل المتخصصون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا على مادة فريدة من نوعها في خصائصها - وهي أقوى سبيكة حتى الآن - "الزجاج المعدني". ما يميز السبيكة الجديدة هو أن الزجاج المعدني مصنوع من المعدن، ولكن له هيكل داخلي من الزجاج. واليوم، يحاول العلماء معرفة ما الذي يمنح السبيكة مثل هذه الخصائص غير العادية وكيف يمكن إدخالها في السبائك المصنوعة من مواد أقل تكلفة.
الهيكل غير المتبلور للزجاج، على عكس الهيكل البلوري للمعدن، غير محمي من انتشار الشقوق، وهو ما يفسر هشاشة الزجاج. وللنظارات المعدنية أيضًا نفس العيب، حيث تنكسر بسهولة تامة، وتشكل أشرطة قص تتطور إلى شقوق.
خصائص السبائك
لاحظ المتخصصون من معهد كاليفورنيا أن ظهور عدد كبير من أشرطة القص يوفر مقاومة عالية لتطور الشقوق، مما يؤدي إلى تحقيق التأثير المعاكس: تنحني المادة دون أن تنهار. هذه المادة بالتحديد، طاقة إنتاج أشرطة القص أقل بكثير من الطاقة اللازمة لتحويلها إلى شقوق، هي التي أنشأوها. وأوضح المشارك في الدراسة ر. ريتشي: "من خلال مزج خمسة عناصر، تأكدنا من أنه عند تبريد المادة، "لا تعرف" أي بنية يجب أن تعتمد وتختار بنية غير متبلورة".
زجاج معدني
تتكون السبائك الأكثر متانة - الزجاج المعدني - من البلاديوم النبيل والسيليكون والفوسفور والجرمانيوم مع إضافة صغيرة من الفضة (الصيغة: Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2).
أظهرت السبيكة الجديدة نفسها في الاختبارات كمزيج من الخصائص المتعارضة - القوة والتحمل عند مستوى لم يسبق له مثيل في أي مادة أخرى. ونتيجة لذلك، يجمع الزجاج المعدني الجديد بين صلابة الزجاج ومقاومة المعادن للتشقق. علاوة على ذلك، فإن مستوى الصلابة والقوة في متناول اليد.
استخدام المواد
بالنسبة للمعادن الإنشائية، فقد أدت الأبحاث التي تم إجراؤها إلى تجاوز حدود تحمل الأحمال بشكل كبير. ولكن وفقا لتوقعات العلماء، فإن السبائك الأكثر متانة قد لا تستخدم على نطاق واسع، بسبب ندرة وارتفاع تكلفة مكونها الرئيسي، البلاديوم. ومع ذلك، فقد أبلغ المطورون عن احتمال استخدام هذه المادة في الغرسات الطبية (على سبيل المثال، في الأطراف الاصطناعية داخل الفك)، وكذلك في أجزاء من صناعات السيارات أو الفضاء الجوي.
وقت القراءة: 1 دقيقة.
ترافق المعادن البشرية طوال حياتها الواعية تقريبًا. بدأ هذا بالطبع بالنحاس، لأنه المادة الأكثر قابلية للمعالجة والمتوفر في الطبيعة.
ساعد التطور الناس على التطور بشكل كبير من الناحية الفنية وبدأوا بمرور الوقت في اختراع سبائك أصبحت أقوى وأقوى. في عصرنا، تستمر التجارب، وتظهر سبائك متينة جديدة كل عام. دعونا نفكر في الأفضل منهم.
التيتانيوم
التيتانيوم مادة عالية القوة ويتزايد الطلب عليها في العديد من الصناعات. مجال التطبيق الأكثر شيوعا هو الطيران. ويرجع ذلك إلى الجمع الناجح بين الكتلة المنخفضة والقوة العالية. كما أن خصائص التيتانيوم هي قوة محددة عالية، ومقاومة للتأثيرات الفيزيائية ودرجات الحرارة والتآكل.
أورانوس
واحدة من العناصر الأكثر دواما. في الظروف الطبيعية، فهو معدن مشع ضعيف. يمكن العثور عليه في حالة حرة وثقيل جدًا وموزع على نطاق واسع في كل مكان نظرًا لخصائصه المغناطيسية. اليورانيوم مرن وله قابلية عالية للطرق والليونة النسبية.
التنغستن
المعدن الأكثر صهرًا المعروف حاليًا. له لون رمادي فضي وهو ما يسمى بالعنصر الانتقالي. خصائص التنغستن تسمح له بمقاومة الهجوم الكيميائي ويكون قابلاً للتشكيل. يتم استخدام مجال التطبيق الأكثر شهرة في المصابيح المتوهجة.
الرينيوم
معدن فضي-أبيض. يمكن العثور عليه في الطبيعة في شكله النقي، ولكن هناك أيضًا مادة خام الموليبدينوم التي يوجد فيها أيضًا. السمة المميزة للرينيوم هي حرانه. إنه ينتمي إلى معادن باهظة الثمن، لذا فإن تكلفته أيضًا خارج المخططات. المجال الرئيسي للتطبيق هو الالكترونيات.
الأوزميوم
الأوزميوم هو معدن أبيض فضي ذو لون أزرق طفيف. وهو ينتمي إلى مجموعة البلاتين وله تشابه قوي بشكل غير عادي مع الإيريديوم في خصائص مثل الحران والصلابة والهشاشة.
البريليوم
هذا المعدن هو عنصر ذو لون رمادي فاتح وشديد السمية. وبوجود مثل هذه الخصائص غير العادية، وجدت المادة تطبيقًا واسعًا في مجال الطاقة النووية وتكنولوجيا الليزر. تسمح القوة العالية للبريليوم باستخدامه في صناعة السبائك.
الكروم
اللون الأبيض المزرق يجعل الكروم متميزًا عن الآخرين. إنه مقاوم للقلويات والأحماض. في الطبيعة يمكن العثور عليها في شكلها النقي. غالبًا ما يستخدم الكروم لإنشاء سبائك مختلفة، والتي سيتم استخدامها لاحقًا في مجالات الطب والمعدات الكيميائية.
ومن الجدير بالذكر أن الفيروكروم عبارة عن سبيكة من الكروم والحديد. يتم استخدامه في صناعة أدوات القطع المعدنية.
التنتالوم
وهو معدن فضي ذو صلابة وكثافة عالية. تتشكل صبغة الرصاص على المعدن بسبب ظهور طبقة أكسيد على السطح. المعدن يفسح المجال جيدًا للمعالجة.
اليوم، يتم استخدام التنتالوم بنجاح في بناء المفاعلات النووية وإنتاج المعادن.
الروثينيوم
معدن فضي ينتمي إلى مجموعة البلاتين. لها تركيبة غير عادية: فهي تحتوي على أنسجة عضلية للكائنات الحية. والحقيقة المميزة الأخرى هي أن الروثينيوم يستخدم كمحفز للعديد من التفاعلات الكيميائية.
إيريديوم
يحتل هذا المعدن المرتبة الأولى في تصنيفنا. لها لون أبيض فضي. ينتمي الإيريديوم أيضًا إلى مجموعة البلاتين ويتمتع بأعلى صلابة بين المعادن المذكورة أعلاه. في العالم الحديث يتم استخدامه في كثير من الأحيان. يتم إضافته بشكل أساسي إلى المعادن الأخرى لتحسين مقاومتها للبيئات الحمضية. المعدن نفسه مكلف للغاية، لأنه يتم توزيعه بشكل سيء للغاية في الطبيعة.
إقرأ أيضاً:
لقد استخدم الإنسان المعادن منذ فجر الحضارة. وكان النحاس من أوائل العناصر المعروفة، وذلك بسبب سهولة معالجته واستخدامه على نطاق واسع. عثر علماء الآثار على آلاف العناصر النحاسية أثناء عمليات التنقيب. لم يتوقف التقدم، وسرعان ما تعلمت البشرية كيفية إنتاج سبائك متينة لصنع الأسلحة والأدوات الزراعية. وحتى يومنا هذا، لا تتوقف التجارب على المعادن، لذا أصبح من الممكن تحديد أقوى معدن في العالم.
إيريديوم
لذا فإن أقوى معدن هو الإيريديوم. يتم الحصول عليه عن طريق الترسيب من ذوبان البلاتين في حامض الكبريتيك. بعد التفاعل، تصبح المادة سوداء، وبعد ذلك في عملية المركبات المختلفة يمكن أن يتغير لونها: ومن هنا جاء الاسم المترجم بـ "قوس قزح". تم اكتشاف الإيريديوم في أوائل القرن التاسع عشر، ومنذ ذلك الحين تم العثور على طريقتين فقط لإذابته: الغسول المنصهر وبيروكسيد الصوديوم.
الإيريديوم مادة نادرة للغاية في الطبيعة؛ إذ لا تتجاوز كميته في الأرض 1 في مليون مليون. ونتيجة لهذا فإن أونصة واحدة من المادة تكلف ما لا يقل عن 1000 دولار.
يستخدم الإيريديوم على نطاق واسع في مختلف مجالات النشاط البشري، وخاصة في الطب. ويستخدم في إنتاج الأطراف الصناعية للعين، وأجهزة السمع، والأقطاب الكهربائية للدماغ، بالإضافة إلى كبسولات خاصة يتم زراعتها في الأورام السرطانية.
وفقا للعلماء، تشير هذه الكمية الصغيرة من المادة إلى أنها من أصل أجنبي، أي جلبت من قبل نوع من الكويكب.
أحد أقوى المعادن في العالم، واسمه يأتي من اسم بلدنا. تم اكتشافه لأول مرة في جبال الأورال. أو بالأحرى، وجدوا البلاتين هناك، حيث تعرف العلماء الروس فيما بعد على معدن جديد. كان هذا قبل 200 عام.
نظرًا لجماله، غالبًا ما يستخدم الروثينيوم في المجوهرات، ولكن ليس في شكله النقي، لأنه نادر جدًا
الروثينيوم معدن نبيل. ليس لديها صلابة فقط، ولكن أيضا الجمال. من حيث الصلابة، فهو أقل قليلاً من الكوارتز. لكنها في الوقت نفسه هشة للغاية ويمكن سحقها بسهولة إلى مسحوق أو كسرها بإسقاطها من ارتفاع. بالإضافة إلى أنه أخف المعادن وأقوىها، كثافته لا تكاد تصل إلى ثلاثة عشر جرامًا في السنتيمتر المكعب.
على الرغم من ضعف مقاومته للصدمات، إلا أن الروثينيوم ممتاز في مقاومة درجات الحرارة المرتفعة. لإذابته، يجب تسخينه إلى أكثر من 2300 درجة. إذا تم ذلك باستخدام قوس كهربائي، يمكن أن تنتقل المادة مباشرة إلى الحالة الغازية، متجاوزة المرحلة السائلة.
كجزء من السبائك، فإن استخدامه واسع للغاية، حتى في ميكانيكا الفضاء؛ على سبيل المثال، تم اختيار سبائك من معادن الروثينيوم والبلاتين لتصنيع عناصر الوقود للأقمار الصناعية الأرضية.
أول من اكتشف هذا المعدن على وجه الأرض كان العالم السويدي إيكيبيرج. لكن الكيميائي لم يتمكن أبدًا من عزله في شكله النقي، ونشأت صعوبات في هذا الأمر، ولهذا السبب سمي باسم بطل الأساطير اليونانية تانتالوس. بدأ استخدام التنتالوم بنشاط فقط خلال الحرب العالمية الثانية.
التنتالوم معدن صلب، متين، فضي اللون، له نشاط قليل في درجات الحرارة العادية، ويتأكسد فقط عند تسخينه فوق 280 درجة مئوية، ويذوب فقط عند 3300 كلفن تقريبًا.
على الرغم من قوته، فإن التنتالوم مرن تمامًا، مثل الذهب تقريبًا، والعمل به ليس بالأمر الصعب
يمكن استخدام التنتالوم كبديل للفولاذ المقاوم للصدأ، وقد يختلف عمر الخدمة بما يصل إلى عشرين عامًا.
يستخدم التنتالوم أيضا:
- في مجال الطيران لتصنيع الأجزاء المقاومة للحرارة؛
- في الكيمياء كجزء من السبائك المضادة للتآكل.
- في الطاقة النووية، لأنها شديدة المقاومة لبخار السيزيوم؛
- دواء لتصنيع الغرسات والأطراف الاصطناعية؛
- في تكنولوجيا الكمبيوتر لإنتاج الموصلات الفائقة.
- في الشؤون العسكرية لأنواع مختلفة من المقذوفات؛
- في المجوهرات، لأنه أثناء الأكسدة يمكن أن يكتسب ظلال مختلفة.
يعتبر هذا المعدن حيويا، مما يعني أنه يمكن أن يكون له تأثير إيجابي على الكائنات الحية. على سبيل المثال، كمية الكروم تنظم مستويات الكولسترول. إذا كان الكروم في الجسم أقل من ستة ملليغرام، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة حادة في نسبة الكولسترول في الدم. يمكنك الحصول على أيونات الكروم، على سبيل المثال، من الشعير أو البط أو الكبد أو البنجر.
الكروم مقاوم للحرارة، ولا يتفاعل مع الرطوبة ولا يتأكسد (فقط عند تسخينه فوق 600 درجة مئوية).
يستخدم المعدن بنشاط لإنشاء طلاءات الكروم وتيجان الأسنان.
كان هذا المعدن المتين يسمى سابقًا جلوسينيوم لأن الناس لاحظوا مذاقه الحلو. وبالإضافة إلى ذلك، هذه المادة لديها العديد من الخصائص المدهشة. فهو متردد في الدخول في التفاعلات الكيميائية. متين للغاية: لقد ثبت تجريبيًا أن سلك البريليوم الذي يبلغ سمكه ملليمترًا يمكنه تحمل وزن شخص بالغ. وعلى سبيل المقارنة، يمكن لسلك الألمنيوم أن يتحمل اثني عشر كيلوغرامًا فقط.
البريليوم سام للغاية. عند تناوله، يمكن أن يحل محل المغنيسيوم في العظام، وهي حالة تسمى داء البريليوز. ويصاحبه سعال جاف وتورم في الرئتين ويمكن أن يؤدي إلى الوفاة. ربما تكون السمية هي العيب الوحيد المهم للبريليوم بالنسبة للبشر. بخلاف ذلك، فإن لها الكثير من المزايا والعديد من الاستخدامات: الصناعة الثقيلة، والوقود النووي، والطيران والملاحة الفضائية، والمعادن، والطب.
البريليوم خفيف جدًا مقارنة ببعض المعادن القلوية
هذا المعدن المتين أغلى من الإيريديوم (ويأتي في المرتبة الثانية بعد كاليفورنيا). ومع ذلك، يتم استخدامه في المجالات التي تكون فيها النتيجة أكثر أهمية من التكلفة: لإنتاج المعدات الطبية لأفضل العيادات في العالم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لإجراء اتصالات كهربائية وأجزاء من معدات القياس والساعات باهظة الثمن مثل رولكس والمجاهر الإلكترونية والرؤوس الحربية العسكرية. وبفضل الأوسيميوم، فإنها تصبح أقوى ويمكنها تحمل درجات الحرارة الأعلى، حتى درجات الحرارة القصوى.
لا يتواجد الأوسيميوم في الطبيعة من تلقاء نفسه، بل فقط مع الروديوم، لذا فإن المهمة بعد الاستخراج هي فصل ذراته. الأقل شيوعًا هو الأوسيميوم في "مجموعة" مع البلاتين والنحاس وبعض الخامات الأخرى.
ويتم إنتاج بضع عشرات الكيلوجرامات فقط من المادة سنويًا على الكوكب.
هذا المعدن لديه هيكل قوي جدا. وهو في حد ذاته أبيض اللون، وعندما يتحول إلى مسحوق يتحول إلى اللون الأسود. المعدن نادر جدًا ويتم استخراجه مع الخامات والمعادن الأخرى. تركيز الرينيوم في الطبيعة لا يكاد يذكر.
ونظرًا لارتفاع تكلفتها بشكل لا يصدق، لا يتم استخدام المادة إلا في حالات الضرورة القصوى. في السابق، كانت سبائكها، بسبب مقاومتها للحرارة، تستخدم في الطيران والصواريخ، بما في ذلك تجهيز المقاتلات الأسرع من الصوت. كانت هذه المنطقة هي النقطة الرئيسية للاستهلاك العالمي للرينيوم، مما يجعلها مادة للاستخدام العسكري الاستراتيجي.
يستخدم الرينيوم في صناعة الخيوط والينابيع لأدوات القياس واتصالات التنظيف الذاتي والمحفزات الخاصة اللازمة لإنتاج البنزين. وهذا ما زاد الطلب على الرينيوم بشكل كبير في السنوات الأخيرة. السوق العالمية جاهزة فعليًا للقتال من أجل هذا المعدن النادر.
في العالم كله لا يوجد سوى وديعة واحدة كاملة منه، وتقع في روسيا، والثانية، أصغر بكثير، في فنلندا
اخترع العلماء مادة جديدة يمكن أن تصبح في خصائصها أقوى من المعادن المعروفة. كان يطلق عليه "المعدن السائل". بدأت التجارب معه مؤخرًا، لكنها أثبتت نفسها بالفعل. من المحتمل جدًا أن يحل المعدن السائل محل المعادن المعروفة لدينا قريبًا.
المعادن الصلبة والسبائك عبارة عن مواد مقاومة للتآكل يمكنها الحفاظ على خصائصها عند درجات حرارة مرتفعة (900-1100 درجة). لقد كانوا معروفين للإنسان منذ أكثر من مائة عام.
الخصائص العامة
تصنع السبائك الصلبة في المقام الأول على أساس الكروم والتنتالوم والتيتانيوم والتنغستن مع إضافة كميات متفاوتة من النيكل أو الكوبالت. يستخدم الإنتاج كربيدات متينة لا تخضع للتحلل والذوبان في درجات حرارة عالية. يمكن صب الكربيد أو تلبيده. الكربيدات هشة. وفي هذا الصدد، يتم ربط حبيباتها بمعادن مناسبة لتكوين مادة صلبة. والأخيرة هي الحديد والكوبالت والنيكل.
اتصالات الزهر
تتميز أدوات الكربيد التي يتم إنتاجها بهذه الطريقة بمقاومة عالية للتآكل بواسطة مادة الشغل والرقائق. لا تفقد خصائصها عند درجات حرارة التسخين من 750 إلى 1100 درجة. لقد ثبت أن المنتجات المصنوعة عن طريق الصهر أو الصب مع إضافة كيلوغرام من التنغستن يمكنها معالجة مواد أكثر بخمس مرات من الأجسام المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة بنفس محتوى W. ومن عيوب هذه المركبات هشاشتها. ومع انخفاض نسبة الكوبالت في التركيبة، فإنها تزداد. سرعة قواطع الكربيد أعلى 3-4 مرات من سرعة الفولاذ.
المواد الملبدة
أنها تنطوي على مركب يشبه المعدن مرتبطًا بسبيكة أو معدن. كقاعدة عامة، يتم استخدام كربيد (بما في ذلك المعقدة) من التيتانيوم أو التنغستن، وكذلك التنتالوم، كربونيد التيتانيوم كقاعدة. يتم استخدام البوريدات بشكل أقل تواترا في الإنتاج. المصفوفة التي تحمل حبيبات المادة عبارة عن مادة رابطة - سبيكة أو معدن. كقاعدة عامة، هو الكوبالت. وهو عنصر محايد للكربون. لا يشكل الكوبالت كربيدات خاصة به ولا يدمر الآخرين. الأقل شيوعًا في الاستخدام هو النيكل ومركبه مع الموليبدينوم.
الخصائص المقارنة
يتم إنتاج المواد الملبدة بطريقة المسحوق. تتم معالجة السبائك الصلبة من هذا النوع فقط عن طريق الطحن أو بالطرق الفيزيائية والكيميائية (الليزر، النقش الحمضي، الموجات فوق الصوتية، إلخ). تخضع المنتجات المصبوبة للتصلب، والتليين، والشيخوخة، وما إلى ذلك. وهي مصممة لتطفو على السطح على الأدوات. يتم ربط المواد المسحوقة باللحام أو ميكانيكيًا.
تصنيف
يعتمد ذلك على محتوى الكوبالت والتنتالوم والتنغستن وكربيدات التيتانيوم. وفي هذا الصدد، تنقسم المواد قيد النظر إلى ثلاث مجموعات. عند تعيين العلامات التجارية للاتصالات، يتم استخدام الحروف التالية:
- كربيد التنغستن - "ب".
- الكوبالت - "ك".
- كربيد التيتانيوم هو أول "T".
- كربيد التنتالوم هو الثاني "T".
تشير الأرقام المشار إليها بعد الحروف إلى النسبة التقريبية للمكونات. أما باقي المركب (حتى 100%) فهو عبارة عن كربيد التنجستن. تشير الحروف المشار إليها في النهاية إلى حجم حبيبات الهيكل: "B" - خشن، "M" - ناعم، "OM" - ناعم جدًا. تنتج الصناعة سبائك صلبة من العلامات التجارية VK (التنغستن)، TTK (تيتانو-تنتالوم-تنغستن) وTK (التيتانيوم-تنغستن).
سمات
الخصائص الرئيسية للسبائك الصلبة هي قوتها العالية ومقاومتها للتآكل. وفي الوقت نفسه، تتميز المواد قيد النظر بانخفاض اللزوجة والتوصيل الحراري مقارنة بالفولاذ. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند استخدام المنتجات. عند اختيار سبيكة صلبة، يجب عليك الالتزام بعدد من التوصيات:
- منتجات التنغستن، بالمقارنة مع منتجات التيتانيوم والتنغستن، لديها درجة حرارة لحام أقل مع الفولاذ. وفي هذا الصدد، يتم استخدامها للعمل مع الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية والمواد غير المعدنية.
- بالنسبة للصلب، فمن المستحسن استخدام مركبات مجموعة TK.
- لقد زادت السبائك الصلبة من فئة TTK من اللزوجة والدقة. يتم استخدامه للعمل مع المطروقات والمسبوكات الفولاذية في ظروف غير مواتية.
- يتم توفير التشطيب والتدوير الدقيق بمقطع عرضي صغير من خلال نتوءات كربيد ذات بنية دقيقة الحبيبات ومحتوى أقل من الكوبالت.
- في ظل الظروف غير المواتية والعمل الخشن مع المواد المحملة بالصدمات، يُنصح باستخدام مركبات تحتوي على نسبة عالية من الكوبالت. علاوة على ذلك، يجب أن يكون لديهم بنية خشنة الحبيبات.
- يتم تنفيذ التشطيب والتخشين في عملية القطع المستمر في الغالب باستخدام مركبات تحتوي على نسبة متوسطة من الكوبالت.
المواد المسحوقة
يتم تقديمها في مجموعتين: تحتوي على التنغستن ولا تحتوي عليه. في الحالة الأولى، يتم تقديم السبيكة الصلبة في شكل خليط من مسحوق W التقني والحديد التنغستن مع مكونات الكربنة. تم تصنيعه في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. هذه السبيكة الصلبة تسمى "ووكار". عملية تصنيع المواد هي كما يلي:
- يتم خلط نسبة عالية من الحديد التنغستن ومسحوق W التقني مع فحم الكوك المطحون والسخام ومكونات أخرى مماثلة.
- يتم خلط الكتلة الناتجة مع دبس السكر أو الراتنج في عجينة سميكة.
- يتم ضغط القوالب من الخليط وحرقها قليلاً. وهذا ضروري لإزالة المركبات المتطايرة.
- بعد إطلاق النار، يتم طحن القوالب وغربلتها.
وبالتالي فإن المادة النهائية لها مظهر الحبوب السوداء الهشة. حجمها 1-3 ملم. السمة المميزة لهذه المواد هي وزنها الكبير.
ستالينيت
لا تحتوي سبيكة الكربيد هذه على التنغستن، مما يجعلها منخفضة التكلفة. تم اختراعه أيضًا في السنوات السوفيتية ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة. كما أظهرت الممارسة، على الرغم من أن هذه السبيكة الصلبة لا تحتوي على التنغستن، إلا أنها تتمتع بخصائص ميكانيكية عالية تلبي المتطلبات الفنية في معظم الحالات. يتمتع الستالينيت بمزايا كبيرة مقارنة بمواد التنغستن. بادئ ذي بدء، إنها نقطة انصهار منخفضة (1300-1350 درجة). تخضع مواد التنغستن للتغييرات بدءًا من 2700 درجة فقط. درجة حرارة الانصهار التي تتراوح بين 1300-1350 درجة تسهل عملية التسطيح بشكل كبير وتزيد من إنتاجيتها. أساس الستالينيت هو خليط من السبائك الحديدية الرخيصة والمنغنيز والفيروكروم. يشبه إنتاج هذه المادة عملية إنتاج مركبات التنغستن. يحتوي الستالينيت على 16-20% كروم و13-17% منجنيز.
طلب
في الصناعة الحديثة، يتم استخدام السبائك الصلبة على نطاق واسع. وفي الوقت نفسه، يتم تحسين المواد باستمرار. يتم تطوير قطاع التصنيع هذا في اتجاهين. بادئ ذي بدء، تم تحسين تركيبات السبائك وتحسين تكنولوجيا تصنيعها. بالإضافة إلى ذلك، يتم إدخال طرق مبتكرة لتطبيق المركبات على المنتجات. تساهم أدوات الكربيد في زيادة كبيرة في إنتاجية العمل. يتم ضمان ذلك من خلال مقاومة التآكل العالية والمقاومة للحرارة للمنتجات. تسمح هذه الخصائص بالعمل بسرعات أعلى بمقدار 3-5 مرات من الفولاذ. على سبيل المثال، تتمتع النتوءات الحديثة بمثل هذه المزايا. تعد مواد الكربيد المصنعة باستخدام التقنيات المتقدمة (الطرق الكهروكيميائية والكهروفيزيائية)، بما في ذلك استخدام الفراغات الماسية، من بين أكثر المواد طلبًا في الصناعة اليوم.
التطورات
اليوم، يتم إجراء دراسات مختلفة في الصناعة المحلية، بما في ذلك تحليل متعمق لإمكانية زيادة خصائص السبائك الصلبة. وهي تتعلق بشكل أساسي بالتركيب الحبيبي والكيميائي للمواد.
وكمثال ناجح إلى حد ما خلال السنوات القليلة الماضية، يمكننا الاستشهاد بمركبات مجموعة TSN. تم تصميم هذه السبائك خصيصًا لوحدات الاحتكاك التي تعمل في بيئة حمضية شديدة. تواصل هذه المجموعة تطوير مركبات جديدة في مجموعة VN التي اقترحها معهد عموم روسيا للبحث العلمي في مجال الصدمات والتكنولوجيا.
خلال البحث، وجد أنه من خلال تقليل حجم حبيبات مرحلة الكربيد، تزداد خصائص مثل قوة وصلابة السبائك بشكل ملحوظ. إن استخدام تقنيات التنظيم واستعادة توزيع حجم الجسيمات بالبلازما اليوم يجعل من الممكن إنتاج مواد يكون حجم كسرها أقل من ميكرون. تُستخدم سبائك درجة TSN اليوم على نطاق واسع في إنتاج مكونات المضخات النفطية والغازية والكيميائية.
صناعة روسية
إحدى الشركات الرائدة العاملة في مجال الإنتاج والتطوير العلمي هي مصنع السبائك الصلبة في كيروفوغراد. تتمتع KZTS بخبرة داخلية واسعة في إدخال التقنيات المبتكرة في الإنتاج. وهذا يسمح لها باحتلال مكانة رائدة في السوق الصناعية الروسية. تتخصص الشركة في إنتاج أدوات ومنتجات الكربيد الملبدة والمساحيق المعدنية. بدأ الإنتاج في يناير 1942. في نهاية التسعينيات، تم تحديث المؤسسة. على مدى السنوات القليلة الماضية، ركز مصنع السبائك الصلبة في كيروفوغراد أنشطته على إنتاج إدخالات محسنة متعددة الأوجه وقابلة للاستبدال مع طبقات متعددة مقاومة للتآكل. وتقوم الشركة أيضًا بتطوير مركبات جديدة خالية من التنغستن.
خاتمة
تشير التجربة الإيجابية للعديد من المؤسسات الصناعية إلى أن السبائك الخالية من التنغستن لن تصبح أكثر شعبية في المستقبل القريب فحسب، بل ستتمكن أيضًا من استبدال المواد الأخرى المستخدمة في إنتاج منتجات الختم والقطع، وعناصر الآلات التي تعمل في ظروف قاسية الظروف والتجهيزات والمعدات. اليوم، تم بالفعل إنشاء مجموعة كاملة من المركبات القائمة على كربونيتريد التيتانيوم وكربيد. يتم استخدامها في العديد من المجالات الصناعية. على وجه الخصوص، السبائك الصلبة TV4، LTSK20، KTN16، TN50، TN20 تستخدم على نطاق واسع. تشمل التطورات الجديدة مواد مجموعات التنتالوم TaC، والنيوبيوم NbC، والهافنيوم HfC، والتيتانيوم TiC. إن إنتاج الأدوات باستخدام هذه السبائك يجعل من الممكن استبدال التنغستن بإضافات رخيصة نسبيًا، وبالتالي توسيع نطاق المواد الخام المستخدمة. وهذا بدوره يضمن إنتاج منتجات ذات خصائص محددة وخصائص أداء أعلى.
يدعي المهندسون الأمريكيون من مختبرات سانديا الوطنية أنهم تمكنوا من إنشاء أقوى سبيكة معدنية، وهي أكثر مقاومة للتآكل بمائة مرة من الفولاذ عالي القوة. أصبح المزيج المعروف من البلاتين والذهب، ولكن تم تصنيعه بطريقة جديدة، أول سبيكة لها خصائصها. بالإضافة إلى ذلك، تنتج المادة الجديدة بشكل طبيعي مواد التشحيم، والتي عادة ما تكون تكلفتها مرتفعة للغاية.
ومن المثير للاهتمام، أنه تم إجراء تجارب على البلاتين والذهب من قبل، ولكن حتى الآن لم يتم اختبار قوة هذه السبائك بعناية كافية. والحقيقة هي أنه من وجهة النظر التقليدية، فإن مقاومة المادة للتآكل تعتمد على صلابتها، ولا يمكن لهذا المزيج من المعادن أن يتباهى بهذا المؤشر.
ومع ذلك، في العمل الجديد، طور جون كاري وزملاؤه نهجًا جديدًا بشكل أساسي. لقد ابتكروا سبيكة تحتوي على 90% من البلاتين و10% من الذهب، والتي تتفاعل مع الحرارة بطريقة معينة، مما يسمح لها بعدم التشوه أثناء الاحتكاك لفترة طويلة. وقد تم تحقيق ذلك عن طريق تغيير طاقة الحدود الحبيبية للمادة من خلال الفصل (ترتبط هذه العملية بالتغيرات في خصائص وتكوين وبنية الطبقات السطحية للذرات).
استخدم الخبراء عمليات المحاكاة الحاسوبية لدراسة الهياكل المجهرية المحتملة على مستوى الذرات الفردية مع مجموعات مختلفة من المواد الأولية. وبناءً على هذا التحليل، اختاروا سبائك مقاومة للحرارة لاختبارها بشكل حقيقي.
يقول كاري: "في تطوير العديد من السبائك التقليدية، تم تحقيق زيادة قوة المادة عن طريق تقليل حجم الحبيبات. ومع ذلك، تحت الضغط الشديد ودرجة الحرارة، فإن الكثير منها سوف يتمدد أو يلين، خاصة عندما يتراكم التعب. لكن وفي حالة سبائكنا، نرى ثباتًا ميكانيكيًا وحراريًا ممتازًا دون حدوث تغيير كبير في البنية المجهرية على مدار فترات طويلة جدًا من إجهاد الاحتكاك الدوري."
وفقًا لمؤلفي الدراسة، إذا تم استخدام السبيكة الجديدة لصنع إطارات لمسابقات الدريفت، حيث ينزلق المتسابقون عبر المنعطفات وتتآكل الإطارات بسرعة كبيرة، فيمكن لسيارة على مثل هذه العجلات أن تدور حول الأرض 500 مرة على طول خط الاستواء.
وأثناء الاختبارات، تم الكشف عن ميزة أخرى مثيرة للدهشة للمادة الجديدة. أثناء الاحتكاك، يتكون تلقائيًا فيلم أسود على سطحه، والذي تبين أنه عبارة عن نسخة معدلة من الكربون تشبه الماس. هذا الطلاء الاصطناعي، الذي يتميز بأنه أملس مثل الجرافيت وصلب مثل الماس، عادة ما يعمل كمواد تشحيم فعالة للغاية، لكن إنتاجه يتطلب غرفًا مفرغة معقدة ذات درجة حرارة عالية.
"نحن نعتقد أن الاستقرار ومقاومة التآكل العالية تسمح للجزيئات المحتوية على الكربون من البيئة بالالتصاق بالسبائك، وتتحلل أثناء انزلاقها، وتشكل في النهاية كربونًا يشبه الماس"، يوضح كاري.
وبالتالي، فإن هذا التوليد التلقائي لمواد التشحيم لا يطيل عمر المادة فحسب، بل يمكنه أيضًا توفير طريقة بديلة لإنتاجها.
