חומר נדיר של אדמה נדירה סגסוגת מגנזיום

לסגסוגת מגנזיום יש מאפיינים של משקל קל, קשיחות ספציפית גבוהה, שיכוך גבוה, הפחתת רעידות והפחתת רעש, עמידות לקרינה אלקטרומגנטית, ללא זיהום במהלך עיבוד ומחזור וכו', ומשאבי מגנזיום בשפע, שניתן להשתמש בהם לפיתוח בר קיימא. לכן, סגסוגת מגנזיום ידועה כ"חומר מבני קל וירוק במאה ה-21". הוא מגלה שבגל של משקל קל, חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות בתעשיית הייצור במאה ה-21, המגמה שסגסוגת המגנזיום תמלא תפקיד חשוב יותר מעידה גם על כך שהמבנה התעשייתי של חומרי מתכת עולמיים כולל סין ישתנה. עם זאת, לסגסוגות מגנזיום מסורתיות יש כמה נקודות תורפה, כגון חמצון ובערה קלים, ללא עמידות בפני קורוזיה, עמידות ירודה לזחילה בטמפרטורות גבוהות וחוזק נמוך בטמפרטורה גבוהה.

התיאוריה והפרקטיקה מראים כי אדמה נדירה היא האלמנט היעיל, המעשי והמבטיח ביותר להתגבר על החולשות הללו. לכן, ישנה משמעות רבה לעשות שימוש במשאבי המגנזיום והאדמה הנדירים השופעים של סין, לפתח ולנצל אותם באופן מדעי, ולפתח סדרה של סגסוגות מגנזיום של אדמה נדירה בעלות מאפיינים סיניים, ולהפוך יתרונות משאבים ליתרונות טכנולוגיים ויתרונות כלכליים.

תרגול תפיסת הפיתוח המדעי, נטילת הנתיב של פיתוח בר קיימא, תרגול כביש התיעוש החדש החוסך במשאבים וידידותי לסביבה, ואספקת חומרים תומכים מסגסוגת מגנזיום אדמה נדירה קלה, מתקדמת ובעלות נמוכה לתעופה, תעופה וחלל, תחבורה, "שלושה תעשיות C" וכל תעשיות הייצור הפכו לנקודות החמות ומשימות המפתח של המדינה, התעשייה וחוקרים רבים. סגסוגת מגנזיום של אדמה נדירה עם ביצועים מתקדמים ומחיר נמוך צפויים להפוך לנקודת הפריצה ולכוח הפיתוח להרחבת היישום של סגסוגת מגנזיום.

בשנת 1808, האמפרי דייווי חלק כספית ומגנזיום מאמלגם בפעם הראשונה, ובשנת 1852 ביסס בונסן מגנזיום ממגנזיום כלוריד בפעם הראשונה. מאז, מגנזיום וסגסוגתו נמצאים על הבמה ההיסטורית כחומר חדש. מגנזיום וסגסוגותיו פותחו בצעדי ענק במהלך מלחמת העולם השנייה. עם זאת, בשל החוזק הנמוך של מגנזיום טהור, קשה להשתמש בו כחומר מבני ליישום תעשייתי. אחת השיטות העיקריות לשיפור החוזק של מתכת מגנזיום היא סגסוגת, כלומר הוספת סוגים אחרים של יסודות סגסוגת כדי לשפר את חוזק מתכת המגנזיום באמצעות תמיסה מוצקה, משקעים, עידון גרגרים וחיזוק פיזור, כך שתוכל לעמוד בדרישות של סביבת עבודה נתונה.

זהו יסוד הסגסוג העיקרי של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה, ורוב סגסוגות המגנזיום עמידות החום שפותחו מכילות יסודות אדמה נדירים. לסגסוגת מגנזיום של אדמה נדירה יש את המאפיינים של עמידות בטמפרטורה גבוהה וחוזק גבוה. עם זאת, במחקר הראשוני של סגסוגת מגנזיום, אדמה נדירה משמשת רק בחומרים ספציפיים בגלל מחירה הגבוה. סגסוגת מגנזיום של אדמה נדירה משמשת בעיקר בתחומי צבא וחלל. עם זאת, עם התפתחות הכלכלה החברתית, מוצעות דרישות גבוהות יותר לביצועים של סגסוגת מגנזיום, ועם הפחתת עלות האדמה הנדירה, סגסוגת המגנזיום של אדמה נדירה הועלתה מאוד התרחב בתחומים צבאיים ואזרחיים כגון תעופה וחלל, טילים, מכוניות, תקשורת אלקטרונית, מכשור וכן הלאה. באופן כללי ניתן לחלק את הפיתוח של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה לארבעה שלבים:

השלב הראשון: בשנות ה-30 של המאה ה-20, נמצא שהוספת יסודות אדמה נדירים לסגסוגת Mg-Al יכולה לשפר את ביצועי הסגסוגת בטמפרטורה גבוהה.

השלב השני: בשנת 1947, Sauerwarld גילה שהוספת Zr לסגסוגת Mg-RE יכולה למעשה לעדן את גרגר הסגסוגת. גילוי זה פתר את הבעיה הטכנולוגית של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה, ובאמת הניח בסיס למחקר ויישום של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה עמידה בחום.

השלב השלישי: בשנת 1979, Drits ואחרים גילו שלהוספת Y הייתה השפעה מועילה מאוד על סגסוגת המגנזיום, שהייתה תגלית חשובה נוספת בפיתוח סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה עמידה בחום. על בסיס זה פותחה סדרה של סגסוגות מסוג WE עם עמידות בחום וחוזק גבוה. ביניהם, חוזק המתיחה, חוזק העייפות והתנגדות הזחילה של סגסוגת WE54 דומים לאלה של סגסוגת אלומיניום יצוק בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה גבוהה.

השלב הרביעי: הוא מתייחס בעיקר לחקירה של סגסוגת Mg-HRE (אדמה נדירה כבדה) מאז שנות ה-90 על מנת להשיג סגסוגת מגנזיום עם ביצועים מעולים ולענות על הצרכים של תחומי ההייטק. עבור יסודות אדמה נדירים כבדים, מלבד Eu ו-Yb, המסיסות המוצקה המקסימלית במגנזיום היא כ-10%~28%, והמקסימום יכול להגיע ל-41%. בהשוואה ליסודות אדמה נדירים קלים, ליסודות אדמה נדירים כבדים יש מסיסות מוצקה גבוהה יותר. יתר על כן, המסיסות המוצקה יורדת במהירות עם ירידת הטמפרטורה, שיש לה השפעות טובות של חיזוק תמיסה מוצקה וחיזוק משקעים.

קיים שוק יישומים עצום לסגסוגת מגנזיום, במיוחד ברקע המחסור הגובר במשאבי מתכת כמו ברזל, אלומיניום ונחושת בעולם, יתרונות המשאבים ויתרונות המוצר של מגנזיום ימומשו במלואם, וסגסוגת המגנזיום תהפוך ל- חומר הנדסי עולה במהירות. מול הפיתוח המהיר של חומרי מתכת מגנזיום בעולם, סין, כיצרנית ויצואנית גדולה של משאבי מגנזיום, חשוב במיוחד לבצע מחקר תיאורטי מעמיק ופיתוח יישומים של סגסוגת מגנזיום. עם זאת, נכון לעכשיו, התשואה הנמוכה של מוצרי סגסוגת מגנזיום נפוצים, עמידות ירודה לזחילה, עמידות ירודה בחום ועמידות בפני קורוזיה הם עדיין צווארי הבקבוק המגבילים את היישום בקנה מידה גדול של סגסוגת מגנזיום.

ליסודות אדמה נדירים יש מבנה אלקטרוני חוץ-גרעיני ייחודי. לכן, כיסוד סגסוגת חשוב, יסודות אדמה נדירים ממלאים תפקיד ייחודי בתחומי מתכות וחומרים, כגון טיהור נמס סגסוגת, זיקוק מבנה סגסוגת, שיפור תכונות מכאניות של סגסוגת ועמידות בפני קורוזיה וכו'. כאלמנטים מתגזרים או כאלמנטים מתגסוגים, כדורי אדמה נדירים נעשה שימוש נרחב בפלדה ובסגסוגות מתכת לא ברזליות. בתחום סגסוגת המגנזיום, במיוחד בתחום סגסוגת המגנזיום עמידה בחום, תכונות הטיהור והחיזוק הבולטים של אדמה נדירה מזוהים בהדרגה על ידי אנשים. אדמה נדירה נחשבת ליסוד הסגסוג בעל ערך השימוש הרב ביותר ופוטנציאל הפיתוח הרב ביותר בסגסוגת מגנזיום עמידה בחום, ותפקידה הייחודי לא ניתן להחלפה באלמנטים סגסוגים אחרים.

בשנים האחרונות ביצעו חוקרים מבית ומחוץ לשיתוף פעולה נרחב, תוך שימוש במשאבי מגנזיום ואדמה נדירה כדי לחקור באופן שיטתי סגסוגות מגנזיום המכילות אדמה נדירה. במקביל, מכון צ'אנגצ'ון לכימיה יישומית, האקדמיה הסינית למדעים מחויב לחקור ולפתח סגסוגות מגנזיום חדשות של אדמה נדירה בעלות נמוכה וביצועים גבוהים, והשיג תוצאות מסוימות. קדם את הפיתוח והניצול של חומרי סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה .