سبائك الألمنيوم المقاومة للحرارة: اختراق في هندسة الطيران

• نجح علماء جامعة تيانجين في تطوير تقنية لتعزيز مقاومة الحرارة لسبائك الألمنيوم بشكل كبير.
• يمكن للسبائك الجديدة تحمل درجات حرارة تصل إلى 662 درجة فهرنهايت، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في تطبيقات صناعة الطيران ووسائل النقل.
• تسرع الصين أيضًا في تطوير الألمنيوم ذو الطاقة الخضراء للحد من انبعاثات الكربون في صناعة الألمنيوم.

عبر ميتال ماينر

أعلن علماء صينيون مؤخرًا عن تطوير تقنية لتعزيز مقاومة الحرارة لسبائك الألومنيوم بشكل كبير. وسيواجه هذا الاختراق تحديًا رئيسيًا كان يقيّد استخدام هذا المعدن الخفيف في مجالات حرجة مثل الفضاء والنقل لفترة طويلة.

ووفقًا لتقرير في جنوب شباد جورنال، فإن فريقًا من علماء جامعة تيانجين الصينية قد وضعوا التقنية الجديدة من خلال حقن الجسيمات النانوية في سبائك الألومنيوم العادية. وبذلك، خلقوا سبيكة ألومنيوم مقواة تثبت قدرتها على الأداء بشكل جيد حتى في درجات حرارة عالية جدًا.

سبيكة ألومنيوم جديدة تتحمل الحرارة العالية وتسهل الإنتاج

يصف هذا التقرير من وكالة الأنباء شينخوا كيف أنّ الشركات المصنعة تقدّر سبائك الألومنيوم لكثافتها المنخفضة وقوتها النوعية العالية ومقاومتها للتآكل. ولكن حتى الآن، كانت سبائك الألمونيوم تظهر قدرةً محدودة على تحمل الحرارة، حيث كانت عادة تعمل عند حوالي 350 درجة مئوية، أو 662 درجة فهرنهايت. وفوق 400 درجة مئوية، تتدهور خصائصها الميكانيكية بسرعة، مما يحدّ بشكل كبير من استخدام الألومنيوم في تصميمات الفضاء.

ينقل التقرير عن عالم علم المواد قوله إنّ السبيكة الجديدة لن تكون فقط سهلة الإنتاج على نطاق واسع، بل تعد تطويرًا ذو أهمية كبيرة لصناعة الفضاء. وكما يعلم معظم الناس، تتعرض الطائرات والصواريخ ووسائل النقل الفضائيّة إلى الكثير من الاحتكاك الجوي. علاوةً على ذلك، يجب أن يعملوا في حقول ذات درجات حرارة عالية غالبًا. ستمكن هذه التقنية الجديدة من استخدام مكونات من الألومنيوم في الحالات التي لم تكن مناسبة لها من قبل.

البحث عن سبيكة ألومنيوم أفضل

نشر الفريق من الجامعة نتائجه في المجلة المحكمة "طبيعة المواد" في أبريل من هذا العام. وفقًا لتقرير جنوب شباد جورنال، تمكنت نتائج مزج الجزيئات السيراميكية مع السبائك لإنشاء سبائك مقوية بالتشتت بالأكسيد من تجاوز التوقعات. في الواقع، قبل حوالي عامين، كشفت وكالة ناسا عن تقنية مماثلة لإنتاج سبيكة GRX-810 المعتمدة على النيكل والقادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1,093 درجة مئوية. كما نقل التقرير عن موقع ناسا قوله إن هذا الأسلوب قد عزز بشكل كبير قوة وطول عمر الأجزاء المستخدمة في قطاعات الطيران والفضاء.

تم إنشاء سبائك ODS بنجاح للمعادن مثل الحديد والموليبدينوم والنيكل والتنجستن باستخدام تقنيات معالجة كيميائية. ومع ذلك، فقد ظلت سبائك ODS المتوفرة تجاريًا للمعادن مثل الألومنيوم والمغنيسيوم والتيتانيوم والزركونيوم غائبة تقريبًا بسبب تفاعلها العالي مع الأكسجين. على عكس المعادن التي يمكن تقليصها من أكاسيدها، تثير هذه المعادن غير القابلة للتقليل تحديات في استخراجها.

للتغلب على هذه المشكلة، قام الباحثون في الجامعة بتحضير جسيمات أكسيد المغنيسيوم بحجم 5 نانومترات واستخدموا تقنية معالجة المساحيق لتوزيع هذه الجسيمات داخل المصفوفة الألومنيوم، مما أدى إلى حصول على 8% حجمًا. هذا التطوير يمهد الطريق لاستخدام سبائك الألومنيوم في بيئات ذات درجات حرارة عالية، مما يسمح لها بالتنافس مع بعض سبائك التيتانيوم مع تقديم وزن أخف بشكل كبير.

محاولة الصين للوصول إلى الألومنيوم الأخضر

تعد الصين واحدة من أكبر مستهلكي الألومنيوم، وقامت صناعتها مؤخرًا بتسريع تطوير الألمونيوم المدعوم بالطاقة الخضراء. من خلال استخدام مزيد من الطاقة الخضراء في إنتاج الألومنيوم الكهربائي، تأمل الصناعة في تحقيق تقدم كبير في تقليل انبعاثات الكربون. وتأمل أيضًا في تعزيز ترويج الألومنيوم المدعوم بالطاقة الخضراء بنشاط عن نظيره الغير خضراء.

على مدى العقد الماضي، قامت الصين بتحويل هادئ من الطاقة الحرارية إلى الهيدروباور لإنتاج الألومنيوم منخفض الكربون. وفقًا لهذا التقرير، كانت الطاقة الحرارية تمثل حوالي 89% من الطاقة المستخدمة من قبل مصهري الألومنيوم في الصين في عام 2015، بينما تمثل الهيدروباور فقط 10%. اليوم، تقف استخدام الطاقة الحرارية عند حوالي 74%، بينما تمثل الهيدروباور الآن حوالي 20%. وفي المستقبل، سيشهد استخدام الطاقة الشمسية والرياح اعتمادًا أوسع، مما يسمح بوجود صناعة صينية للألومنيوم أكثر خضرة بكثير.

بواسطة سهراب دروبشاه

المزيد من قراءات موقع Oilprice.com:

• تكتمل بسرعة بيع أسهم سعودي أرامكو بقيمة 12 مليار دولار، ولكن من يقوم بالشراء؟
• ماذا يعني تغيير استراتيجية أوبك لسوق النفط؟
• توقف الشركة الأوروبية المصنعة للبطاريات عن التطوير بسبب تراجع الطلب على المركبات الكهربائية