العديد من الجوانب المهمة للسبائك عالية الاستقطاب التي يجب أن تعرفها

مقدمة

السبائك المعدنية عالية الاستوائية (HEAs) هي فئة جديدة من المواد التي ظهرت كبدائل واعدة للسبائك التقليدية. فيما يلي بعض الحقائق المهمة التي يجب أخذها في الاعتبار حول مواد HEAs. نأمل أن يكون لديك فهم أفضل لهذه المواد المستقبلية.

[1]

الشكل 1. أمثلة على السبائك عالية الاستقطاب

ما هي السبائك عالية الاستقطاب؟

--التعريف

السبيكة عالية الإنتروبي، أو HEA، هي مادة متطورة تحتوي على 5 عناصر معدنية أو أكثر تضم عناصر معدنية وبنى غير منتظمة وإنتروبيّة عالية. تختلف HEAs تمامًا عن السبائك التقليدية. فهي لا تعتمد على مكون أغلبية واحد ولكنها تتكون من عدة عناصر رئيسية. وبالتحديد، تحتوي HEA على 5 عناصر على الأقل، وتكون نسبة كل عنصر متساوية أو متساوية تقريبًا. وتتميز هذه السبائك أيضًا بالانتروبيا العالية، مما يؤدي إلى خصائصها وتطبيقاتها الفريدة.

--الخواص

تتمتع سبائك HEAs بمجموعة فائقة من الخصائص التي لا توجد في السبائك التقليدية. وتشمل هذه الخصائص القوة العالية والليونة والاستقرار الحراري. كما تُظهر هذه السبائك أيضًا مقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة التآكل وخصائص درجات الحرارة العالية، مما يجعلها مرشحة مثالية للاستخدام في البيئات القاسية.

على سبيل المثال، تمتلك سبائك VNbMoTaW قوة إنتاجية عالية تزيد عن 600 ميجا باسكال (87 كيلو باسكال) حتى عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية. ويتميز CoCrCrFeFeMniNi بخصائص ميكانيكية استثنائية في درجات الحرارة المنخفضة وصلابة عالية للكسر. بينما يتميز Al0.5CoCrCuCrCuFeNi بعمر إجهاد عالٍ وحدّ تحمّل مرتفع مقارنةً بالصلب التقليدي وسبائك التيتانيوم.

--الإنتاج

يتطلب إنتاج السبائك عالية الكثافة تقنيات متخصصة، مثل تعدين المساحيق، والترسيب الكهربائي، والسبائك الميكانيكية، بسبب تركيبها المعقد وبنيتها المجهرية. يُصنع معظمها باستخدام الصهر القوسي والصهر بالحث. كما يمكن أيضًا استخدام تقنية الرش أو الحزمة الجزيئية الفوقية الجزيئية (MBE) أو الصهر الميكانيكي. وتسمح هذه التقنيات بصنع ذرات عالية الكثافة بخصائص وبنى مجهرية مصممة خصيصًا ومناسبة لتطبيقات محددة.

الشكل 2. طرق إنتاج HEA

-التطبيق

أظهرت الهيدرات عالية الكثافة نتائج واعدة في تطبيقات مختلفة، بما في ذلك التطبيقات الكهروحرارية عالية الحرارة، والطلاءات المقاومة للتآكل، والمواد الهيكلية. كما تم استكشافها للاستخدام في تطبيقات الفضاء والسيارات والتطبيقات الطبية الحيوية. إن المزيج الفريد من الخصائص التي تتميز بها مواد HEAs يجعلها مرشحة مثالية للاستخدام في البيئات القاسية، حيث قد تفشل السبائك التقليدية.

يمكنك أيضًا العثور على سبائك HEAs المطبقة في صناعة السيارات لصنع أجزاء المحرك ومكونات مجموعة الدفع والمعدات الهيكلية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تعد هذه السبائك مواد واعدة للتطبيقات النووية بفضل مقاومتها للإشعاع والتآكل.

أربعة مبادئ تأسيسية للسبائك عالية الاستوائية

دعونا نواصل المقال بالتعرف على المبادئ التأسيسية للسبائك عالية الاستروبيّة.

1- الاستقرار الإنتروبي للمحاليل الصلبة

التأثير الأساسي الأول هو التثبيت الإنتروبي. ويشير إلى الظاهرة التي تؤدي فيها الإنتروبيا التكوينية العالية إلى استقرار طور المحلول الصلب. وهذا يعني أن المحلول الصلب أكثر استقرارًا من الطور بين الفلزات بسبب انخفاض طاقة جيبس. [2]

2- التشوه الشديد لشبكاتها

ثانيًا، تتشوه شبكة HEA بشكل كبير بسبب الاختلافات في الحجم بين عناصر السبائك، وهو ما له تأثيرات متعددة على الخواص الفيزيائية والميكانيكية للـ HEA.

3- حركية الانتشار البطيء

تُظهر HEA أيضًا حركية انتشار بطيئة. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الذرات تنتشر بصعوبة أكبر عبر المحاليل الصلبة ذات التركيزات العالية للعديد من العناصر.

4- تأثير الكوكتيل

أخيرًا، تكون تركيبات HEA معقدة نظرًا لتفاعل العديد من العناصر مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى سلوكيات غير عادية لا يمكن التنبؤ بها استنادًا إلى خصائص العناصر الفردية. وتسمى هذه الظاهرة بتأثير الكوكتيل. يمكن أن تؤدي هذه التفاعلات بين العناصر إلى خصائص خاصة يصعب التنبؤ بها.

الخاتمة

باختصار، توفر السبائك عالية الاستقطاب مزيجًا استثنائيًا من الخواص وطرق الإنتاج المتخصصة والملاءمة لمختلف التطبيقات. كما أنها معروفة أيضًا بـ (1) الاستقرار الانتروبي (2) والتشويه الشديد لشبكاتها (3) وحركية الانتشار البطيء (4) وتأثير الكوكتيل. مع استمرار البحث في المواد عالية الكثافة (HEAs)، من المحتمل أن تتحقق إمكاناتها الكاملة، مما يؤدي إلى تطوير مواد أكثر تقدمًا لاستخدامها في تطبيقات مختلفة. تُعد Stanford Advanced Materials (SAM) موردًا موثوقًا للسبائك عالية الاستقطاب. أرسل لنا استفسارًا، إذا كنت مهتمًا.

المرجع:

[1] سارو سان، ويانغ تونغ، وهونغبين باي، وبوباثي كومباياه، ويانوين زانغ، وواي-يم تشينغ، حساب المبادئ الأولى لتشوهات الشبكة في أربع سبائك أحادية الطور عالية الانتروبيا مع التحقق التجريبي، المواد والتصميم، المجلد 209، 2021، 2021، 110071، ISSN 0264-1275 ، https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110071.

[2] Pickering, E., & Jones, N. (2016). السبائك عالية الاستقطاب: تقييم نقدي لمبادئها التأسيسية وآفاقها المستقبلية. International Materials Review. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1180020