سبائك المغنيسيوم مقابل سبائك الألومنيوم في التطبيقات الإنشائية

I. مقدمة

المعادن خفيفة الوزن مهمة جداً في الهندسة الحديثة. فهي تساعد على خفض استهلاك الوقود وتحسين الأداء في الآلات اليومية. واليوم، تستخدم العديد من المنتجات معادن أخف وزناً لاكتساب الكفاءة والقوة. هناك خياران شائعان هما المغنيسيوم والألومنيوم.

ثانياً. الخواص الفيزيائية والميكانيكية

أحد العوامل المهمة هو الكثافة. تبلغ كثافة المغنيسيوم حوالي 1.74 جرام لكل سنتيمتر مكعب. وبالمقارنة، تبلغ كثافة الألومنيوم حوالي 2.70 جرام لكل سنتيمتر مكعب.

بعد ذلك، ننظر إلى القوة والصلابة. تتمتع سبائك الألومنيوم عمومًا بقوة خضوع وقوة شد أعلى. على سبيل المثال، العديد من سبائك الألومنيوم لها قوة خضوع أعلى من 270 ميجا باسكال. وعلى النقيض من ذلك، غالبًا ما يكون لسبائك المغنيسيوم قوة خضوع تتراوح بين 150 و200 ميجا باسكال. تُقاس الصلابة بمعامل المرونة. يبلغ معامل المرونة في الألومنيوم حوالي 70 جيجا باسكال بينما يكون معامل مرونة المغنيسيوم أقل. وهذا يعني أن الألومنيوم يمكنه تحمل أحمال أعلى قبل الانحناء.

كما أن التوصيل الحراري والكهربائي مهم أيضاً. فالألومنيوم يوصل الحرارة والكهرباء بشكل جيد. وتستخدم العديد من سبائك الألومنيوم في المبادلات الحرارية والموصلات الكهربائية. أما المغنيسيوم فلديه موصلية أقل. وهذا ما يجعل الألومنيوم أكثر ملاءمة للتطبيقات التي يكون فيها نقل الحرارة أو المسارات الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية.

ثالثًا. سلوك التآكل

يمثل التآكل تحديًا مشتركًا لجميع المعادن. لكل من سبائك المغنيسيوم والألومنيوم آليات تآكل خاصة بها. المغنيسيوم أكثر تفاعلية. فهو يميل إلى التآكل بشكل أسرع، خاصةً في البيئات الرطبة أو المالحة. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى معالجات وطلاءات خاصة للأسطح لحماية مكونات المغنيسيوم.

يشكل الألومنيوم طبقة أكسيد صلبة بشكل طبيعي. وتحميه هذه الطبقة من التآكل في العديد من الحالات. ومع ذلك، تحتاج بعض سبائك الألومنيوم إلى حماية إضافية في البيئات القاسية. الطلاء والأكسدة من الطرق الشائعة المستخدمة لتحسين مقاومة التآكل لكلا المعدنين.

رابعًا. التصنيع والمعالجة

طرق معالجة سبائك المغنيسيوم والألومنيوم مختلفة تمامًا. يمكن صب كلا المعدنين أو بثقهما أو تشكيلهما. الصب شائع لكليهما لأنه يسمح بأشكال معقدة. ومع ذلك، تتطلب سبائك المغنيسيوم تحكمًا دقيقًا في معايير الصب. الألومنيوم أكثر تسامحًا أثناء الصب.

يبرزالبثق والت شكيل الفوائد الميكانيكية لكلا المعدنين. ينتج عن التشكيل عمومًا أجزاء أقوى. وفي كثير من الحالات، تُظهر سبائك الألومنيوم مكاسب قوة أعلى من هذه العمليات.

قابلية التصنيع هي مجال آخر تظهر فيه الاختلافات. فالمغنيسيوم أسهل في التشغيل الآلي. فهو يوفر سرعات قطع أسرع. ومع ذلك، هناك حاجة إلى عناية خاصة بسبب قابليته للاشتعال وإنتاج رقائق دقيقة. كما أن الألومنيوم يعمل بشكل جيد ويستخدم في العديد من القطع الدقيقة.

تختلف تقنيات الربط باختلاف كل معدن. اللحام شائع في الألومنيوم. كما تُستخدم المواد اللاصقة والبراغي بشكل متكرر. يمكن ربط المغنيسيوم باللحام، ولكن قد تكون العملية صعبة. قد يفضل المهندسون استخدام اللحام بالمسامير أو المواد اللاصقة للوصلات الهيكلية في تجميعات المغنيسيوم.

V. التطبيقات الإنشائية للمغنيسيوم وسبائك الألومنيوم

يستخدم كلا المعدنين في العديد من الهياكل اليومية.

في تطبيقات السيارات ، غالبًا ما تتطلب أجزاء الشاسيه ومكونات المحرك وألواح الهيكل تقليل الوزن. تُستخدم مكونات المغنيسيوم في المجالات التي يكون فيها كل غرام مهم. أما الألومنيوم فيستخدم على نطاق واسع في ألواح الهيكل والأجزاء الهيكلية حيث تكون القوة هي الأساس.

في مجال الطيران، الوزن مهم للغاية. يُستخدم المغنيسيوم للعناصر الداخلية غير الحرجة بسبب وزنه الضئيل. وغالباً ما يتم اختيار الألومنيوم للهياكل الأساسية والثانوية. وتظهر العديد من الأجزاء في الطائرات هذا المزيج من التكنولوجيا، حيث يوفر الألومنيوم القوة اللازمة والحماية من التآكل.

وتستفيد الإلكترونيات الاستهلاكية من كلا المعدنين. فالألومنيوم شائع في إطارات الحواسيب المحمولة وأغطية الهواتف الذكية. كما أن خصائصه في تبديد الحرارة وقوته تجعله مثاليًا للأجهزة المعبأة بإحكام. بينما يُستخدم المغنيسيوم، رغم أنه أقل شيوعًا، في بعض الأجهزة المتطورة التي تسعى إلى تصميم خفيف الوزن للغاية.

سادساً. كيفية الاختيار بين سبائك المغنيسيوم والألومنيوم

توفر سبائك المغنيسيوم أفضل توفير في الوزن. ومع ذلك، فهي لا تقاوم التآكل أيضاً. كما أنها عادةً ما تكون أكثر تكلفة بسبب احتياجات المعالجة الخاصة.

أما سبائك الألومنيوم، من ناحية أخرى، فهي أقوى. وهي توفر مقاومة أفضل للتآكل في البيئات المختلفة. ويتوفر الألومنيوم بسهولة أكبر ويسهل التعامل معه من خلال عمليات التصنيع القياسية. الجانب السلبي الوحيد هو أن الألومنيوم أثقل قليلاً من المغنيسيوم. بالنسبة للعديد من التصميمات، فإن الوزن الإضافي مقبول.

الأسئلة المتداولة

س: لماذا يتم اختيار المعادن خفيفة الوزن في الهندسة؟
س: تقلل المعادن الخفيفة من استهلاك الطاقة وتحسّن الأداء وتزيد من الكفاءة الكلية في التصميمات.

س: ما هو المعدن الذي يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل؟
س: يحتوي الألومنيوم على طبقة أكسيد طبيعية تجعله أكثر مقاومة للتآكل من المغنيسيوم.

ف: هل كلا المعدنين يعملان في تصميم السيارات؟
س: نعم، لكن المغنيسيوم يقلل من الوزن بينما يوفر الألومنيوم قوة ومتانة أعلى.