לסגסוגת מגנזיום יש מאפיינים של משקל קל, קשיחות ספציפית גבוהה, שיכוך גבוה, הפחתת רעידות ורעש, עמידות בפני קרינה אלקטרומגנטית, חוסר זיהום במהלך עיבוד ומיחזור וכו', ומשאבי מגנזיום רבים, בהם ניתן להשתמש לפיתוח בר-קיימא. לכן, סגסוגת מגנזיום ידועה כ"חומר מבני קל וירוק במאה ה-21". ממצא זה מגלה כי בגל של משקל קל, חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות בתעשיית הייצור במאה ה-21, המגמה שסגסוגת מגנזיום תמלא תפקיד חשוב יותר מצביעה גם על כך שהמבנה התעשייתי של חומרי מתכת עולמיים, כולל סין, ישתנה. עם זאת, לסגסוגות מגנזיום מסורתיות יש כמה חולשות, כגון חמצון ובעירה קלים, חוסר עמידות בפני קורוזיה, עמידות נמוכה לזחילה בטמפרטורה גבוהה וחוזק נמוך בטמפרטורה גבוהה.
תיאוריה ופרקטיקה מראים כי אדמה נדירה היא יסוד הסגסוגת היעיל, המעשי והמבטיח ביותר להתגברות על חולשות אלו. לכן, יש חשיבות רבה לנצל את משאבי המגנזיום והאדמה הנדירה השופעים של סין, לפתח אותם ולנצלם באופן מדעי, ולפתח סדרה של סגסוגות מגנזיום אדמה נדירה בעלות מאפיינים סיניים, ולהפוך את יתרונות המשאבים ליתרונות טכנולוגיים ויתרונות כלכליים.
תרגול תפיסת הפיתוח המדעי, נקיטת נתיב הפיתוח בר-קיימא, תרגול דרך התיעוש החדשה החוסכת במשאבים וידידותית לסביבה, ואספקת חומרי תמיכה בסגסוגת מגנזיום נדירה קלים, מתקדמים ובעלות נמוכה עבור תעופה, חלל, תחבורה, תעשיות "שלושת ה-C" וכל תעשיות הייצור הפכו לנקודות חמות ולמשימות מפתח של המדינה, התעשייה וחוקרים רבים. סגסוגת מגנזיום נדירה בעלת ביצועים מתקדמים ומחיר נמוך צפויה להפוך לנקודת פריצת דרך וכוח פיתוח להרחבת היישום של סגסוגת מגנזיום.
בשנת 1808, האמפרי דייווי פירק לראשונה כספית ומגנזיום מאמלגם, ובשנת 1852 בונזן ביצע אלקטרוליזה ראשונה של מגנזיום ממגנזיום כלוריד. מאז, מגנזיום וסגסוגתו נמצאים על הבמה ההיסטורית כחומר חדש. מגנזיום וסגסוגותיו התפתחו בצעדי ענק במהלך מלחמת העולם השנייה. עם זאת, בשל החוזק הנמוך של מגנזיום טהור, קשה להשתמש בו כחומר מבני ליישומים תעשייתיים. אחת השיטות העיקריות לשיפור חוזק המגנזיום היא סגסוגת, כלומר, הוספת סוגים אחרים של יסודות סגסוגת כדי לשפר את חוזק המגנזיום באמצעות תמיסה מוצקה, משקעים, עידון גרגירים וחיזוק פיזור, כך שתוכל לעמוד בדרישות של סביבת עבודה נתונה.
זהו יסוד הסגסוגת העיקרי של סגסוגת מגנזיום מסוג אדמה נדירה, ורוב סגסוגות המגנזיום העמידות בחום שפותחו מכילות יסודות אדמה נדירה. לסגסוגת מגנזיום אדמה נדירה יש מאפיינים של עמידות בטמפרטורות גבוהות וחוזק גבוה. עם זאת, במחקר הראשוני של סגסוגת מגנזיום, אדמה נדירה משמשת רק בחומרים ספציפיים בגלל מחירה הגבוה. סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה משמשת בעיקר בתחומים צבאיים ותעופה. עם זאת, עם התפתחות הכלכלה החברתית, עולות דרישות גבוהות יותר לביצועי סגסוגת המגנזיום, ועם הפחתת עלות אדמה נדירה, סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה הורחבה מאוד בתחומים צבאיים ואזרחיים כגון תעופה וחלל, טילים, מכוניות, תקשורת אלקטרונית, מכשור וכן הלאה. באופן כללי, ניתן לחלק את פיתוח סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה לארבעה שלבים:
השלב הראשון: בשנות ה-30 של המאה ה-20, התגלה כי הוספת יסודות אדמה נדירים לסגסוגת מגנזיום-אל (Mg-Al) יכולה לשפר את ביצועי הסגסוגת בטמפרטורה גבוהה.
השלב השני: בשנת 1947, גילה סאוורולד כי הוספת Zr לסגסוגת Mg-RE יכולה ביעילות לעדן את גרגירי הסגסוגת. תגלית זו פתרה את הבעיה הטכנולוגית של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה, והניחה את היסודות למחקר ויישום של סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה עמידה בחום.
השלב השלישי: בשנת 1979, דריטס ואחרים גילו כי הוספת Y השפיעה לטובה מאוד על סגסוגת מגנזיום, וזו הייתה תגלית חשובה נוספת בפיתוח סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה עמידה בחום. על בסיס זה, פותחה סדרה של סגסוגות מסוג WE בעלות עמידות בחום וחוזק גבוה. ביניהן, חוזק המתיחה, חוזק העייפות ועמידות הזחילה של סגסוגת WE54 דומים לאלה של סגסוגת אלומיניום יצוק בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה גבוהה.
השלב הרביעי: מתייחס בעיקר לחקר סגסוגות Mg-HRE (יסודות אדמה נדירה כבדים) מאז שנות ה-90 על מנת להשיג סגסוגת מגנזיום בעלת ביצועים מעולים ולענות על צרכי תחומי היי-טק. עבור יסודות אדמה נדירה כבדים, למעט Eu ו-Yb, המסיסות המקסימלית במוצק במגנזיום היא כ-10%~28%, והמקסימום יכול להגיע ל-41%. בהשוואה ליסודות אדמה נדירה קלים, ליסודות אדמה נדירה כבדים יש מסיסות מוצקה גבוהה יותר. יתר על כן, המסיסות המוצקה יורדת במהירות עם ירידת הטמפרטורה, דבר שיש לו השפעות טובות על חיזוק התמיסה המוצקה וחיזוק המשקעים.
קיים שוק יישומים עצום לסגסוגת מגנזיום, במיוחד על רקע מחסור גובר במשאבי מתכת כמו ברזל, אלומיניום ונחושת בעולם. יתרונות המשאבים ויתרונות המוצר של המגנזיום ימומשו במלואם, וסגסוגת המגנזיום תהפוך לחומר הנדסי עולה במהירות. לנוכח הפיתוח המהיר של חומרי מתכת מגנזיום בעולם, סין, כיצרנית ויצואנית מרכזית של משאבי מגנזיום, חשובה במיוחד לבצע מחקר תיאורטי מעמיק ופיתוח יישומים של סגסוגת מגנזיום. עם זאת, כיום, התפוקה הנמוכה של מוצרי סגסוגת מגנזיום נפוצים, עמידות נמוכה לזחילה, עמידות נמוכה בחום ועמידות נמוכה בפני קורוזיה עדיין מהווים צווארי בקבוק המגבילים את היישום בקנה מידה גדול של סגסוגת מגנזיום.
ליסודות אדמה נדירה יש מבנה אלקטרוני חוץ-גרעיני ייחודי. לכן, כיסוד סגסוגת חשוב, יסודות אדמה נדירה ממלאים תפקיד ייחודי בתחומי המטלורגיה והחומרים, כגון טיהור סגסוגות מותכות, זיקוק מבנה הסגסוגת, שיפור תכונות מכניות ועמידות בפני קורוזיה של הסגסוגת וכו'. כיסודות סגסוגת או כיסודות מיקרו-סגסוגת, אדמה נדירה נמצאת בשימוש נרחב בסגסוגות פלדה ומתכות לא ברזליות. בתחום סגסוגת המגנזיום, ובמיוחד בתחום סגסוגת המגנזיום העמידה בחום, תכונות הטיהור והחיזוק המצוינות של אדמה נדירה זוכות להכרה הדרגתית על ידי אנשים. אדמה נדירה נחשבת ליסוד הסגסוגת בעל ערך השימוש הרב ביותר ופוטנציאל הפיתוח הרב ביותר בסגסוגת מגנזיום עמידה בחום, ותפקידה הייחודי אינו ניתן להחלפה על ידי יסודות סגסוגת אחרים.
בשנים האחרונות, חוקרים בארץ ובחו"ל ביצעו שיתוף 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. לקדם את הפיתוח והניצול של חומרי סגסוגת מגנזיום אדמה נדירה.
זמן פרסום: 04 יולי 2022