سبائك النيوبيوم-التيتانيوم: Nb50Ti، Nb53Ti47، Nb45Ti55

الوصف

في هذه المقالة، أقدم لمحة عامة عن سبائك النيوبيوم-التيتانيوم. هذه السبائك عبارة عن مخاليط معدنية من النيوبيوم والتيتانيوم. وهي توفر القوة والمرونة والمقاومة الجيدة للتآكل.

ما هي سبائك النيوبيوم-التيتانيوم سبائك النيوبيوم-التيتانيوم

سبائكالنيوبيوم والتيتانيوم عبارة عن خليط من معدنين. ويُعرف النيوبيوم بنقطة انصهاره العالية وطبيعته القابلة للسحب. ويمنح التيتانيوم قوة إضافية ووزنًا خفيفًا. عند مزج هذين المعدنين، فإنهما يشكلان سبائك ذات أداء جيد تحت الضغط. وقد وجدت هذه السبائك مكانًا لها في المغناطيسات فائقة التوصيل وغيرها من الأجهزة عالية التقنية. كما أنها تعمل بشكل جيد في التطبيقات التي تكون فيها مقاومة المواد الكيميائية والتآكل مهمة. إن المعالجة البسيطة والخصائص الفيزيائية القوية تجعلها شائعة في العديد من المجالات الهندسية.

خواص سبائك النيوبيوم-التيتانيوم وصحيفة البيانات

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهذه السبائك تجعلها متعددة الاستخدامات.

Nb50Ti، على سبيل المثال، تحظى بتقدير كبير لخصائصها المتوازنة. وتُظهر ورقة بيانات نموذجية قوة خضوع تتراوح بين 400 و500 ميجا باسكال. ولديها ليونة جيدة للغاية. وموصلية كهربائية ممتازة للعمليات الحرجة. وفي تطبيقات التوصيل الفائق، تعمل هذه السبائك بشكل موثوق في درجات حرارة تبلغ حوالي 4.2 كلفن. وفي العديد من الاختبارات المعملية، تُظهر كثافة تيار حرجة عالية، وغالبًا ما تُقاس بآلاف الأمبيرات لكل ملليمتر مربع.

بالنسبة لسبائك Nb53Ti47، تشير البيانات إلى تحسن الاستقرار الكيميائي. ويضيف محتوى النيوبيوم الأعلى قليلاً مقاومة للتآكل. يستخدم المهندسون هذه الدرجة عندما تحتوي البيئة على مواد كيميائية عدوانية.

ومن ناحية أخرى، يوفر Nb45Ti55 المزيد من التيتانيوم. وهذا يؤدي إلى تعزيز القوة وسهولة في عمليات التشكيل. تقيس الاختبارات القياسية هذه السبائك من حيث قوة الشد والاستطالة ومقاومة التعب.

فيما يلي جدول واضح ومنظم يعتمد على درجات سبائك النيوبيوم-التيتانيوم (Nb-Ti) الرئيسية :

تطبيقات سبائك النيوبيوم-التيتانيوم

تُستخدم سبائك النيوبيوم-التيتانيوم (Nb-Ti) في المقام الأول لخصائصها فائقة التوصيل في درجات الحرارة المبردة. ويتمثل تطبيقها الأكثر انتشارًا في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، حيث تشكل أسلاك Nb-Ti مغناطيسات فائقة التوصيل قوية ومستقرة ضرورية للتصوير.

وفي فيزياء الطاقة العالية، تُستخدم سبائك Nb-Ti في مغناطيسات مسرعات الجسيمات، مثل تلك الموجودة في CERN، لتوجيه وتركيز حزم الجسيمات. وتؤدي هذه السبيكة أيضًا دورًا رئيسيًا في أبحاث الاندماج، لا سيما في أجهزة مثل توكاماك، حيث تُستخدم في الملفات فائقة التوصيل التي تولد المجالات المغناطيسية اللازمة لاحتواء البلازما.

وتوجد الموصلات الفائقة من سبيكة Nb-Ti في قطارات ماجليف، حيث تتيح الرفع المغناطيسي والدفع المغناطيسي، وفي أنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES)، التي تخزن وتطلق الطاقة الكهربائية بأقل قدر من الفقد.

وتشمل الاستخدامات الأخرى أدوات الرنين المغناطيسي النووي (NMR) وأجهزة الاستشعار المغناطيسية الحساسة (SQUIDs)، حيث تكون قدرة السبيكة على حمل التيار دون مقاومة في ظل البرودة الشديدة أمرًا بالغ الأهمية.

وبفضل قوتها الميكانيكية الجيدة وسهولة تصنيعها النسبية وقدرتها على تحمل التكاليف، تظل Nb-Ti واحدة من أكثر الموصلات الفائقة العملية استخدامًا، وتعمل عادةً في درجات حرارة الهيليوم السائل حوالي 4.2 كلفن.

الخاتمة

تُعد سبائك النيوبيوم-التيتانيوم جزءًا حيويًا من العديد من التقنيات الحديثة. ويؤدي مزيجها الفريد من المعادن إلى مادة قوية ومتعددة الاستخدامات. ويتم تصميم كل درجة، سواء كانت Nb50Ti أو Nb53Ti47 أو Nb45Ti55، لتلبية احتياجات محددة. إن التركيبة المتوازنة لـ Nb50Ti تجعلها تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الهيكلية والتوصيلية.

الأسئلة المتداولة

س: فيمَ تُستخدم سبائك النيوبيوم-التيتانيوم؟
س: تُستخدم في المغناطيسات فائقة التوصيل وفي الصناعات التي تتطلب مواد قوية ومقاومة للتآكل.

س: ما هي الدرجة التي توفر أفضل مقاومة للتآكل؟
س: يُوفِّر Nb53Ti47 مقاومة مُحسَّنة للتآكل بسبب محتواه العالي من النيوبيوم.

و: لماذا تُفضّل درجة Nb45Ti55 في تطبيقات التشكيل؟
س: يحتوي Nb45Ti55 على نسبة أعلى من التيتانيوم، مما يوفر قوة أعلى وقابلية تشكيل أفضل.