منیزیم و کاربردهای آن در صنعت ساختمان سازی

در این مقاله در خصوص آلیاژهای منیزیم و کاربرد آنها در ساختمان سازی به عنوان سبک ترین آلیاژهای ساختاری صحبت می کنیم.

این آلیاژها از منیزیم، سبک ترین فلز ساختاری، ساخته شده‌اند. در ترکیبات آلیاژ منیزیم، منیزیم با سایر عناصر فلزی برای بهبود خواص فیزیکی ترکیب می شوند. مهمترین این عناصر ممکن است شامل منگنز، آلومینیوم، روی، سیلیکون، مس، زیرکونیوم و فلزات خاکی کمیاب باشند. منیزیم وزن بسیار سبک و در عین حال استحکام بسیار بالایی دارد.. در نتیجه، این ماده در طیف وسیعی و متنوعی از صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، صنعتی، الکترونیکی، زیست پزشکی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. برای همین ما سعی کرده ایم در این مقاله از hbboard انواع مختلف آلیاژهای منیزیم و نامگذاری آنها، خواص فیزیکی آلیاژهای منیزیم و کاربردهایی که در آنها از آلیاژهای منیزیم استفاده می‌شود، را مورد بررسی قرار دهیم.

انواع آلیاژهای منیزیم

به طور کلی آلیاژهای منیزیم را می‌توان به دو گروه آلیاژهای ریخته گری و آلیاژهای فرفورژه طبقه بندی کرد:

• آلیاژهای ریخته گری اساساً با ریختن فلز مایع مذاب در قالبی ساخته می‌شوند. سپس فلز مذاب در داخل قالب تولید، به شکل مورد نیاز جامد و سخت می‌شود. آلیاژهای فرفورژه آلیاژهایی هستند که برای رسیدن به شکل مورد نظر تحت عملیات مکانیکی مانند آهنگری، اکستروژن و نورد قرار می‌گیرند. آلومینیوم، منگنز و روی نیز عناصر اصلی این آلیاژ هستند.
• آلیاژهای ریخته‌گری از مقادیر مختلف آلومینیوم، منگنز و روی به عنوان عناصر آلیاژی اصلی تشکیل شده‌اند. عناصر آلیاژی دیگر مانند زیرکونیوم و فلزات کمیاب نیز اخیراً برای افزایش مقاومت در برابر عوامل مخرب به این آلیاژها اضافه می‌شوند. خواص مکانیکی آلیاژهای ریخته گری به شرایط عملیات حرارتی بستگی دارد.

از طرف دیگر آلیاژهای فرفورژه منیزیم به آلیاژهای قابل عملیات حرارتی و غیر قابل عملیات حرارتی طبقه بندی می‌شوند. به منظور درک ترکیبات آلیاژها، سیستم‌های نامگذاری ایجاد شده است که عناصر آلیاژی و اطلاعات نسبی آنها را نشان می‌دهد. یکی از پرکاربردترین سیستم های نامگذاری، سیستم تعیین آلیاژ استاندارد ASTM است.

نام آلیاژهای منیزیم اغلب با دو حرف و به دنبال آن دو عدد تعیین می شود. حروف انگلیسی عناصر آلیاژی اصلی را نشان می دهد (A = آلومینیوم، Z = روی، M = منگنز، S = سیلیکون). اعداد نشان دهنده ترکیبات اسمی مربوطه عناصر آلیاژی اصلی است. به عنوان مثال، آلیاژ AZ81 آلیاژ منیزیم با تقریباً 8٪ آلومینیوم و 1٪ روی را نشان می دهد.

مشخصات فیزیکی و ویژگی های آلیاژهای منیزیم

آلیاژهای منیزیم عمدتاً به علت نسبت استحکام به وزن بالا، شرایط تولید استثنایی و هزینه کم، جزو مواد پرکابرد در صنایع مختلف محسوب می شوند. آلیاژهای منیزیم دارای وزن مخصوص پایین 1.74 گرم بر سانتی متر مکعب و مدول یانگ نسبتاً پایین (42 گیگا پاسکال) در مقایسه با سایر آلیاژهای رایج مانند آلیاژهای آلومینیوم یا فولاد هستند.

با این حال، این آلیاژها از شکنندگی و شکل پذیری ضعیف در دمای اتاق برخوردارند. شکل پذیری آنها با افزایش دما بیشتر می شود، اما این کار نیاز به استفاده از میزان انرژی بالایی دارد. علاوه بر این، بررسی ها نشان می دهد که شکل‌پذیری منیزیم را می‌توان راهکارهای خاصی افزایش داد. آلیاژها معمولاً به عنوان آلیاژهای ریخته گری استفاده می شوند. فلز منیزیم و آلیاژهای آن مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند. برای همین می توان از انواع آلیاژ های منیزیمی در صنایع مختلف استفاده کرد. این در حالی است که منیزیم خالص بسیار قابل اشتعال است، مخصوصاً زمانی که پودر شود یا به صورت نوارهای نازک تراشیده شود. اما انواع آلیاژ، ویژگی ها و مشخصات فیزیکی خاص خودشان را دارند.

راهکارهای بهبود خواص فیزیکی آلیاژهای منیزیمی

آلیاژهای منیزیم سومین ماده ریخته گری غیر آهنی محبوب در سراسر جهان به حساب می‌آیند. به طور کلی، خواص فیزیکی آلیاژها بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در ساختار آنها تغییر پیدا می‌کند. افزودن عناصر آلیاژی مختلف می تواند خواص و ویژگی های فیزیکی آلیاژهای منیزیم را تا حدودی زیادی بهبود ببخشد. به طور مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

• استفاده از آلومینیوم در ترکیب آلیاژ، استحکام، سختی و شکل پذیری آن را بهبود می‌بخشد و فرآیند ریخته گری آلیاژ را تسهیل می‌کند.
• فلز منگنز نیز با تشکیل ترکیبات بین فلزی با فلزات آهن مانند، مقاومت آلیاژهای AM و AZ را در برابر خوردگی ناشی از آب شور افزایش می‌دهد.
• فلزات خاکی کمیاب به افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا و کاهش تخلخل و ترک خوردگی جوش کمک می‌کنند.
• عنصر زیرکونیوم وقتی به آلیاژهای حاوی روی و فلزات خاکی کمیاب اضافه شود، می‌تواند به عنوان یک تصفیه کننده قوی عمل کند. بریلیم به کاهش اکسیداسیون سطحی در هنگام ریخته‌گری و جوشکاری کمک می‌کند. علاوه براین کلسیم پالایش دانه‌ها را افزایش می‌دهد که به کنترل متالورژی آلیاژ کمک می‌کند.

کاربردهای آلیاژهای منیزیم

آلیاژهای منیزیم در طیف وسیعی از صنایع، از کاربردهای خودروسازی و هوافضا گرفته تا کاربردهای الکترونیکی و زیست پزشکی، به طور روز افزون مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله کاربردهای آلیاژهای منیزیم، عبارت‌اند از:

کاربردهای ساختاری:

کاربردهای آلیاژهای منیزیم در ساخت خودرو، هوافضا، مصارف صنعتی و تجاری نمونه‌هایی از کاربردهای ساختاری این آلیاژها هستند. مزیت آلیاژهای منیزیم برای استفاده در چنین کاربردهایی شامل داشتن وزن سبک، نسبت استحکام به وزن بالا، نسبت سختی به وزن بالا، قابلیت ریخته‌گری، ماشین‌کاری و میرایی زیاد است.

کاربرد در صنعت خودروسازی

از جمله کاربردهای آلیاژها در صنعت خودروسازی، شامل ساخت براکت‌های پشتیبانی برای ترمز و کلاچ، و نیز تولید محفظه برای انتقال نیرو است.

کاربرد در هوافضا:

ساخت چرخ های فرود، اتصالات روتور هلیکوپتر، محفظه جعبه دنده و … از جمله کاربردهای آلیاژهای منیزیم در صنعت هوافضا است.

مصارف صنعتی:

تولید ماشین آلات کار با سرعت بالا، مانند ماشین آلات نساجی، از جمله کاربردهای آلیاژهای منیزیم در صنایع مختلف است.

کاربردهای تجاری:

ساخت چمدان، ابزار دستی، محفظه کامپیوتر، نردبان و … از جمله کاربردهای آلیاژهای منیزیم در صنایع تولیدی و تجاری هستند.

قطعات کاربردی الکترونیکی:

کاربردهای الکترونیکی آلیاژهای منیزیم شامل بسته بندی الکترونیکی، بازوهای هارد دیسک، تلفن همراه و محفظه دستگاه‌های رسانه‌ای قابل حمل است. آلیاژهای منیزیم به علت وزن سبک، استحکام و دوام به جای پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها همچنین برای اتلاف گرما و محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی نسبتاً بهتر هستند.

کاربردهای پزشکی:

در ساخت تجهیزات پزشکی قابل حمل و صندلی‌های چرخدار که به مواد سبک نیاز دارند، از آلیاژهای منیزیم به میزان زیادی استفاده می‌کنند. همچنین، استنت‌های قلبی – عروقی و دستگاه‌های ارتوپدی به علت زیست سازگاری و جذب زیستی منیزیم، کاربردهای بالقوه برخی از آلیاژها هستند.

سخن آخر

آلیاژهای منیزیم در طیف گسترده ای از کاربردهای ساختاری و غیرساختاری استفاده می شوند. کاربردهای ساختاری شامل استفاده در صنعتی خودرو سازی، جابجایی مواد، تجاری و تجهیزات هوافضا است. آلیاژهای منیزیم برای قطعاتی استفاده می شود نیاز به سرعت بالا دارند و بنابراین باید سبک وزن باشند تا نیروهای اصطکاک و فشاری را به حداقل برسد.

کاربردهای تجاری آلیاژ ها شامل ابزارهای دستی، لپ‌تاپ، چمدان و نردبان، خودروها (به عنوان مثال، چرخ‌ها و ستون‌ها، قاب صندلی‌ها، جعبه‌های گیربکس) است. Magnox (آلیاژ)، مخفف “غیر اکسید کننده منیزیم”، 99٪ منیزیم و 1٪ آلومینیوم است و در روکش میله های سوخت در راکتورهای انرژی هسته ای magnox استفاده می شود.

به طور کلی، انواع آلیاژهای منیزیم دارای نسبت استحکام به وزن بالا، ماشین کاری استثنایی و هزینه کم هستند. آنها وزن مخصوص پایین 1.74 گرم بر سانتی متر مکعب و مدول یانگ نسبتاً پایین (42 گیگا پاسکال) در مقایسه با سایر آلیاژهای رایج مانند آلیاژهای آلومینیوم یا فولاد دارند. این موارد باعث افزایش کاربرد آلیاژهای منیزیم در زمینه‌های مختلف شده است.

منبع:

https://matmatch.com/learn/material/magnesium-alloys