كل ما يجب أن تعرفه عن المعادن والسبائك

الوصف

تُستخدم المعادن والسبائك في مختلف الصناعات. وتشمل تطبيقاتها البناء والنقل والإلكترونيات والطب. تجعلها قوتها وتوصيلها ومتانتها مهمة في الحياة العصرية. تتناول هذه المقالة ميزات واستخدامات المعادن والسبائك.

--ما هي المعادن

تمتاز المعادن بتوصيلية كهربائية وحرارية عالية، وقابلية للطرق والليونة والمظهر اللامع. وتوجد في الطبيعة كخامات. يمكنك الحصول عليها من خلال عمليات التعدين والتكرير.

تُصنَّف المعادن بشكل عام إلى معادن حديدية ( يوجد الحديد، مثل الفولاذ) ومعادن غير حديدية (مثل النحاس والألومنيوم والتيتانيوم).

--ما هي السبائك

السبيكة هي خليط من معدنين أو أكثر. ويمكن أن تكون أيضاً مزيج من عنصر فلزي وعناصر غير فلزية. يتم خلط هذه العناصر لتحسين القوة أو المتانة أو مقاومة التآكل أو غيرها من الخصائص. يتم تكوين السبائك من خلال صهر وخلط المعدن الأساسي مع عناصر أخرى.

--خواص المعادن والسبائك

1. فيزيائية - الكثافة العالية ودرجة الانصهار والتوصيل (الحراري والكهربائي).
2. الميكانيكية - القوة والصلابة والليونة وقابلية الطرقة والمتانة.
3. كيميائي - مقاومة التآكل، والتفاعلية، ومقاومة الأكسدة.
4. المغناطيسية - بعض المعادن مغناطيسية حديدية (الحديد والنيكل والكوبالت)؛ والبعض الآخر غير مغناطيسية.
5. قابلية التشغيل - تختلف قابلية التشكيل واللحام والتشغيل الآلي حسب المعدن والسبائك.

--تطبيقات المعادن والسبائك

تُستخدم المعادن والسبائك في العديد من الأماكن. في البناء، يساعد الصلب والألومنيوم في بناء المباني والجسور والطرق. وفي السيارات، تجعل سبائك الألومنيوم أجزاء المحرك والعجلات وألواح الهيكل أخف وزناً. وفي الطب، تُستخدم سبائك التيتانيوم في زراعة العظام والأدوات الجراحية لأنها قوية وآمنة للجسم.

أنواع المعادن والسبائك

--المعادن الثمينة

تشتهر المعادن الثمينة بجمالها ومتانتها وندرتها. وتشمل هذه المعادن الذهب والفضة والبلاتين، والتي كانت تُستخدم تاريخياً في صناعة العملات المعدنية والمجوهرات وكمخزن للقيمة. كما أنها تتميز بمقاومة التآكل والتوصيل. لذا، فإن لها العديد من الاستخدامات الصناعية.

الذهب هو أحد أشهر المعادن الثمينة. فهو يُستخدم في الإلكترونيات وطب الأسنان وكسلعة استثمارية.

وعلى الرغم من أن الفضة غالبًا ما تُستخدم في المجوهرات والعملات المعدنية، إلا أنها ذات قيمة خاصة في المكونات الكهربائية والألواح الشمسية والتطبيقات الطبية.

أماالبلاتين فهو أندر وأغلى ثمناً. ومع ذلك، فإنه يستخدم في المحولات الحفازة للسيارات والمعالجة الكيميائية ومعدات المختبرات.

-- المعادن الحرارية

تشتهر المعادن الحرارية بنقاط انصهارها العالية وصلابتها ومقاومتها للحرارة والتآكل. وهناك التنجستن والموليبدينوم والتنتالوم والنيوبيوم. هذه الفلزات قادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى والبيئات القاسية، كما هو الحال في الفضاء والمفاعلات النووية والمحركات عالية الأداء.

وتصل درجة انصهار التنجستن إلى أكثر من 3400 درجة مئوية، لذلك فهو مثالي للاستخدام في خيوط المصابيح الكهربائية وتطبيقات الفضاء.

يشيع استخدام الموليبدينوم في سبائك الصلب.

ويستخدم التنتالوم في الإلكترونيات والزراعات الطبية لمقاومته الممتازة للتآكل.

غالبًا ما يستخدم النيوبيوم في المواد فائقة التوصيل.

--السبائك الفائقة

تعمل السبائك الفائقة في ظروف قاسية، مثل درجات الحرارة الساخنة جداً والضغوط العالية والإعدادات الكيميائية القاسية. تحتوي هذه السبائك على معدن رئيسي مثل النيكل أو الكوبالت أو الحديد. وغالباً ما يتم خلطها مع عناصر أخرى مثل الكروم والألومنيوم والتيتانيوم لتعزيز خصائصها.

وتكتسب السبائك الفائقة القائمة على النيكل أهمية خاصة في صناعة الطيران. وتستخدم هذه السبائك في شفرات التوربينات ومكونات المحركات والمحركات النفاثة.

وغالبًا ما تستخدم السبائك الفائقة القائمة على الكوبالت في توربينات الغاز والمصانع الكيميائية.

يمكن العثور على السبائك الفائقة القائمة على الحديد في معدات توليد الطاقة.

الأسئلة المتداولة

1. لماذا تعتبر السبائك أقوى من المعادن النقية؟
لأن مزيج الذرات يجعل من الصعب على الطبقات في المعدن الانزلاق فوق بعضها البعض - وهو ما يسبب الانحناء أو الكسر.

2. هل يمكن أن تصدأ السبائك؟
يمكن لبعضها، مثل الفولاذ الكربوني العادي. لكن العديد منها، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو البرونز، مصنوعة لمقاومة الصدأ والتآكل.

3. هل جميع المعادن مغناطيسية؟
لا. فقط القليل منها، مثل الحديد والنيكل والكوبالت، مغناطيسية بشكل طبيعي. ومعظم المعادن الأخرى، مثل الألومنيوم أو النحاس، ليست كذلك.