تتميز سبائك المغنيسيوم بخفة وزنها، وصلابتها النوعية العالية، وقدرتها العالية على التخميد، وقدرتها العالية على تقليل الاهتزاز والضوضاء، ومقاومتها للإشعاع الكهرومغناطيسي، وعدم تلوثها أثناء المعالجة وإعادة التدوير، وغيرها. كما أن موارد المغنيسيوم وفيرة، مما يُمكّن من استخدامها في التنمية المستدامة. لذلك، تُعرف سبائك المغنيسيوم بأنها "مادة هيكلية خفيفة وصديقة للبيئة في القرن الحادي والعشرين". ويكشف ذلك أنه في ظلّ موجة خفة الوزن، وتوفير الطاقة، وخفض الانبعاثات في قطاع التصنيع في القرن الحادي والعشرين، فإنّ التوجه نحو لعب سبائك المغنيسيوم دورًا أكثر أهمية يُشير أيضًا إلى تغيّر الهيكل الصناعي للمواد المعدنية العالمية، بما في ذلك الصين. ومع ذلك، فإنّ سبائك المغنيسيوم التقليدية تعاني من بعض نقاط الضعف، مثل سهولة الأكسدة والاحتراق، وضعف مقاومة التآكل، وضعف مقاومة الزحف في درجات الحرارة العالية، وانخفاض متانتها في درجات الحرارة العالية.
تُظهر النظرية والتطبيق أن العناصر المعدنية النادرة هي أكثر عناصر السبائك فعاليةً وعمليةً وواعدةً للتغلب على هذه العيوب. لذلك، من الأهمية بمكان الاستفادة من موارد المغنيسيوم والعناصر المعدنية النادرة الوفيرة في الصين، وتطويرها واستغلالها علميًا، وتطوير سلسلة من سبائك المغنيسيوم والعناصر المعدنية النادرة ذات الخصائص الصينية، وتحويل مزايا الموارد إلى مزايا تكنولوجية واقتصادية.
إن ممارسة مفهوم التنمية العلمية، واتباع مسار التنمية المستدامة، وممارسة طريق التصنيع الجديد الموفر للموارد والصديق للبيئة، وتوفير مواد دعم سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة الخفيفة والمتقدمة ومنخفضة التكلفة للطيران والفضاء والنقل، وصناعات "الثلاثة سي" وجميع الصناعات التحويلية أصبحت نقاطًا ساخنة ومهامًا رئيسية للبلاد والصناعة والعديد من الباحثين. ومن المتوقع أن تصبح سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة ذات الأداء المتقدم والسعر المنخفض نقطة الاختراق وقوة التطوير لتوسيع نطاق تطبيق سبائك المغنيسيوم.
في عام ١٨٠٨، قام همفري ديفي بتجزئة الزئبق والمغنيسيوم من الملغم لأول مرة، وفي عام ١٨٥٢، قام بنزن بتحليل المغنيسيوم كهربائيًا من كلوريد المغنيسيوم لأول مرة. ومنذ ذلك الحين، أصبح المغنيسيوم وسبائكه مادةً جديدةً على الساحة التاريخية. شهد المغنيسيوم وسبائكه تطورًا هائلًا خلال الحرب العالمية الثانية. ومع ذلك، نظرًا لضعف قوة المغنيسيوم النقي، يصعب استخدامه كمادة هيكلية للتطبيقات الصناعية. تُعد السبائك إحدى الطرق الرئيسية لتحسين قوة معدن المغنيسيوم، أي إضافة عناصر سبائك أخرى لتحسين قوته من خلال المحاليل الصلبة والترسيب وتنقية الحبيبات وتقوية التشتت، بحيث يلبي متطلبات بيئة العمل.
إنه العنصر الرئيسي المستخدم في سبائك المغنيسيوم للعناصر الأرضية النادرة، وتحتوي معظم سبائك المغنيسيوم المقاومة للحرارة المُطوّرة على عناصر أرضية نادرة. تتميز سبائك المغنيسيوم للعناصر الأرضية النادرة بمقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية وقوة تحمل عالية. ومع ذلك، في الأبحاث الأولية لسبائك المغنيسيوم، اقتصر استخدام العناصر الأرضية النادرة على مواد محددة نظرًا لارتفاع سعرها. تُستخدم سبائك المغنيسيوم للعناصر الأرضية النادرة بشكل رئيسي في المجالات العسكرية والفضائية. ومع تطور الاقتصاد الاجتماعي، ازدادت متطلبات أداء سبائك المغنيسيوم، ومع انخفاض تكلفة العناصر الأرضية النادرة، توسع استخدام سبائك المغنيسيوم للعناصر الأرضية النادرة بشكل كبير في المجالات العسكرية والمدنية مثل الفضاء والصواريخ والسيارات والاتصالات الإلكترونية والأجهزة وغيرها. بشكل عام، يمكن تقسيم تطوير سبائك المغنيسيوم للعناصر الأرضية النادرة إلى أربع مراحل:
المرحلة الأولى: في ثلاثينيات القرن العشرين، وجد أن إضافة العناصر الأرضية النادرة إلى سبيكة Mg-Al يمكن أن يحسن أداء السبيكة في درجات الحرارة العالية.
المرحلة الثانية: في عام ١٩٤٧، اكتشف ساوروارد أن إضافة الزركونيوم إلى سبيكة المغنيسيوم-RE تُحسّن حبيبات السبائك بفعالية. حلّ هذا الاكتشاف المشكلة التقنية المتعلقة بسبائك المغنيسيوم من العناصر الأرضية النادرة، ووضع حجر الأساس لأبحاث وتطبيقات سبائك المغنيسيوم المقاومة للحرارة من العناصر الأرضية النادرة.
المرحلة الثالثة: في عام ١٩٧٩، وجد دريتس وآخرون أن إضافة عنصر Y كان لها تأثير إيجابي للغاية على سبائك المغنيسيوم، وهو اكتشاف مهم آخر في تطوير سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة المقاومة للحرارة. بناءً على ذلك، طُوّرت سلسلة من سبائك WE المقاومة للحرارة والمتانة العالية. من بينها، تُضاهي قوة الشد ومقاومة التعب ومقاومة الزحف لسبائك WE54 قوة سبائك الألومنيوم المصبوب في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة العالية.
المرحلة الرابعة: تُركز بشكل رئيسي على استكشاف سبائك Mg-HRE (العناصر الأرضية النادرة الثقيلة) منذ تسعينيات القرن الماضي، بهدف الحصول على سبائك مغنيسيوم عالية الأداء تلبي احتياجات مجالات التكنولوجيا المتقدمة. بالنسبة للعناصر الأرضية النادرة الثقيلة، باستثناء Eu وYb، تتراوح أقصى ذوبانية صلبة في المغنيسيوم بين 10% و28%، ويمكن أن تصل إلى 41%. بالمقارنة مع العناصر الأرضية النادرة الخفيفة، تتميز العناصر الأرضية النادرة الثقيلة بذائبية صلبة أعلى. علاوة على ذلك، تنخفض ذائبية المواد الصلبة بسرعة مع انخفاض درجة الحرارة، مما يُعزز من قوة المحلول الصلب ويزيد من الترسيب.
يشهد سوق سبائك المغنيسيوم طلبًا هائلًا، لا سيما في ظل النقص المتزايد في الموارد المعدنية كالحديد والألمنيوم والنحاس عالميًا، مما سيؤدي إلى استغلال كامل لمزايا المغنيسيوم من حيث الموارد والمنتجات، لتصبح سبائك المغنيسيوم مادة هندسية صاعدة بسرعة. وفي ظل التطور السريع لمواد معدن المغنيسيوم عالميًا، تُولي الصين، بصفتها منتجًا ومصدرًا رئيسيًا لموارد المغنيسيوم، أهمية خاصة لإجراء أبحاث نظرية معمقة وتطوير تطبيقات سبائك المغنيسيوم. ومع ذلك، لا يزال انخفاض إنتاج منتجات سبائك المغنيسيوم الشائعة، وضعف مقاومتها للزحف والحرارة والتآكل، يُعيق استخدامها على نطاق واسع.
تتميز العناصر الأرضية النادرة بتركيب إلكتروني خارج نووي فريد. ولذلك، وبصفتها عنصرًا سبائكيًا هامًا، تلعب هذه العناصر دورًا فريدًا في مجالات علم المعادن والمواد، مثل تنقية مصهور السبائك، وتكرير هيكل السبائك، وتحسين خواصها الميكانيكية ومقاومتها للتآكل، وغيرها. وتُستخدم هذه العناصر، سواءً كعناصر سبائكية أو عناصر سبائكية دقيقة، على نطاق واسع في سبائك الفولاذ والمعادن غير الحديدية. وفي مجال سبائك المغنيسيوم، وخاصةً في مجال سبائك المغنيسيوم المقاومة للحرارة، بدأ الناس يدركون تدريجيًا خصائص التنقية والتقوية المتميزة لهذه العناصر. وتُعتبر هذه العناصر من أكثر عناصر السبائك استخدامًا وإمكانيات تطوير في سبائك المغنيسيوم المقاومة للحرارة، ولا يمكن استبدال دورها الفريد بعناصر سبائكية أخرى.
في السنوات الأخيرة، تعاون الباحثون المحليون والأجانب على نطاق واسع، مستخدمين المغنيسيوم وموارد الأتربة النادرة لدراسة سبائك المغنيسيوم المحتوية على الأتربة النادرة بشكل منهجي. وفي الوقت نفسه، يلتزم معهد تشانغتشون للكيمياء التطبيقية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم باستكشاف وتطوير سبائك مغنيسيوم جديدة للأتربة النادرة منخفضة التكلفة وعالية الأداء، وقد حقق نتائج ملموسة. ويساهم هذا في تعزيز تطوير واستخدام مواد سبائك المغنيسيوم للأتربة النادرة.
وقت النشر: 4 يوليو 2022