آلیاژ منیزیوم چیست؟
منیزیم، یک فلز سبک و نقره‌ای-خاکستری با نماد Mg است که به‌تنهایی در برابر نیازهای صنعتی کافی نیست. اما وقتی با عناصر دیگری ترکیب می‌شود، خواص آن بهتر می‌شود. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، آلیاژهای منیزیم، در واقع، ترکیبی از منیزیم با فلزاتی مانند آلومینیوم، زینک، منگنز و حتی عناصر کمیاب‌تری مانند زیرکونیوم هستند.
منیزیم خالص، با چگالی پایین ۱.۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب و پایداری ابعادی خوب در برابر حرارت، ویژگی‌های جذابی دارد. اما مقاومت و استحکام آن برای بسیاری از کاربردها کافی نیست. از طریق آلیاژسازی برای مثال، با افزودن عناصری مانند آلومینیوم، می‌توان، مقاومت آلیاژ را افزایش می‌دهد. زینک نیز نقش مهمی در بهبود خواص ریخته‌گری و مقاومت در برابر خوردگی دارد. هر عنصر آلیاژی، با توجه به ویژگی‌های شیمیایی منحصر به فرد خود، به توسعه عملکرد آلیاژ منیزیم کمک می‌کند.
ویژگی‌های شیمیایی منیزیم، مانند نقطه ذوب 923 درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش 1363 درجه سانتی‌گراد، در فرآیند تولید آلیاژ نیز بسیار مهم هستند. این دماهای نسبتاً پایین، امکان ریخته‌گری و شکل‌دهی آسان‌تر آلیاژ را فراهم می‌کنند. به علاوه، آنتالپی تبخیر و همجوشی منیزیم، اطلاعات خوبی درباره‌ی رفتار این فلز در حین عملیات حرارتی ارائه می‌دهند.
مزایا و معایب آلیاژهای منیزیوم
مزایا و معایب آن شامل:
مزایا
سبکی فوق‌العاده: آلیاژهای منیزیم از جمله سبک‌ترین آلیاژهای ساختاری هستند. به همین دلیل، برای صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی تبدیل می‌کند که کاهش وزن اهمیت زیادی دارد.
استحکام قابل توجه: با وجود سبکی، استحکام خوبی دارند و می‌توانند بارها را تحمل کنند.
مقاومت در برابر خوردگی: بسیاری از آلیاژهای منیزیم مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند، که آن‌ها را برای استفاده در محیط‌های سخت مناسب می‌سازد.
قابلیت ماشینکاری عالی: به راحتی ماشینکاری می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به اشکال مختلف درآورد.
معایب
هزینه‌ی نسبتاً بالا: تولید این آلیاژها می‌تواند گران‌تر از برخی آلیاژهای دیگر باشد.
واکنش‌پذیری بالا: منیزیم فلزی واکنش‌پذیر است و می‌تواند در دمای بالا با اکسیژن واکنش داده و آتش بگیرد.
مقاومت خزشی پایین: در دماهای بالا، آلیاژهای منیزیم ممکن است دچار خزش شوند، یعنی تحت بار ثابت، به‌تدریج تغییر شکل دهند.
انواع آلیاژ منیزیوم
انواع آلیاژها گسترده است. همچنین، برخی از انواع آلیاژ منیزیوم وجود دارد که عبارتند از:
آلیاژهای سری AZ
سری AZ، از پرکاربردترین انواع آلیاژ منیزیم است که عمدتاً از آلومینیوم و زینک تشکیل شده است. این ترکیب، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی خوبی به آلیاژ می‌بخشد. به همین دلیل، در صنعت ساختمان‌سازی برای ساخت سازه‌های سبک و مقاوم، مانند قاب ساختمان‌ها، درب و پنجره، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آلیاژهای سری AM
سری AM، با ترکیب منیزیم و منگنز، به‌خاطر مقاومت بالا در برابر خوردگی، به‌خصوص در محیط‌های مرطوب و شرایط سخت جوی، شناخته می‌شود.
آلیاژهای سری WE
سری WE، حاوی منیزیم و لانتانیدها (عناصری کمیاب خاکی)، خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر حرارت خوبی دارد. در ساخت قطعات با دقت بالا و در شرایط دماهای بالا کاربرد دارند. این آلیاژها در صنایع هوافضا، خودروسازی و دیگر صنایعی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
آلیاژهای سری ZK
سری ZK، با ترکیب منیزیم و زینک، به استحکام بالا و وزن سبک می‌رسد. همچنین، در صنعت ساختمان‌سازی و ماشین‌آلات به‌کار می‌رود. این آلیاژ، برای ساخت قطعاتی که هم به استحکام و هم به سبکی نیاز دارند، مانند قطعات سازه‌ای و تجهیزات ساختمان، بسیار مناسب است.
علاوه‌بر این سری‌های اصلی، انواع دیگری از آلیاژهای منیزیم نیز وجود دارند که هر کدام با خواص و کاربردهای خاص خود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
آلیاژ منیزیوم
کاربردهای آلیاژ منیزیم
مهم‌ترین کاربردهای این آلیاژها صنایع زیر است:
صنعت خودرو
در صنعت خودرو، کاهش وزن به‌معنای بهبود مصرف سوخت، افزایش شتاب و کاهش آلایندگی است. آلیاژهای منیزیم، با وزن کم و استحکام بالا، به مهندسان خودرو کمک می‌کنند تا به این اهداف دست یابند. قطعاتی مانند بدنه، رینگ، داشبورد و حتی اجزای موتور از این آلیاژ ساخته شوند.
صنعت هوافضا
در صنعت هوافضا، وزن عامل بسیار مهمی است. هر گرم وزن اضافی، هزینه‌های سوخت و نگهداری را افزایش می‌دهد. آلیاژهای منیزیم، با سبکی فوق‌العاده و استحکام قابل قبول، به کاهش وزن هواپیماها و فضاپیماها کمک می‌کنند. بدنه و بال‌های هواپیما و قطعات داخلی کابین، می‌توانند از این آلیاژ ساخته شوند.
سایر کاربردها
علاوه‌بر خودرو و هوافضا، آلیاژهای منیزیم در صنایع دیگری نیز کاربرد دارند.
الکترونیک: در این صنعت، سبکی و قابلیت هدایت حرارتی خوب آلیاژهای منیزیم، آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت قطعات الکترونیکی مانند بدنه‌ی لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های همراه تبدیل کرده است.
تجهیزات دفاعی: استحکام و سبکی آلیاژهای منیزیم در ساخت سلاح‌های سبک و قابل حمل بسیار مهم است.
ریخته‌گری: قابلیت ریخته‌گری خوب این آلیاژها، آن‌ها را برای تولید قطعات با اشکال پیچیده مناسب می‌سازد.
ویژگی‌های آلیاژهای منیزیم
هر آلیاژ دارای یک‌سری خواص و ویژگی‌های مخصوص خود است. ویژگی‌های آلیاژ منیزیوم شامل:
سبکی
وزن مخصوص پایین آلیاژهای منیزیم (1.74 گرم بر سانتی‌متر مکعب)، آن‌ها را به سبک‌ترین آلیاژهای ساختاری تبدیل کرده است. این سبکی، در صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی که کاهش وزن اهمیت زیادی دارد، بسیار ارزشمند است.
استحکام و مدول الاستیسیته
با وجود سبکی، آلیاژهای منیزیم استحکام قابل توجهی دارند. اما مدول الاستیسیته‌ی آن‌ها (42 گیگاپاسکال) نسبت به آلیاژهای آلومینیوم و فولاد آلیاژی کمتر است. این به معنای انعطاف‌پذیری بیشتر این آلیاژها است که می‌تواند در برخی کاربردها مناسب باشد.
شکل‌پذیری و دمای اتاق
این آلیاژها در دمای اتاق شکل‌پذیری کمی دارند و ممکن است شکننده باشند. اما با افزایش دما، شکل‌پذیری آن‌ها افزایش می‌یابد. همچنین، روش‌های خاصی برای بهبود شکل‌پذیری این آلیاژها در دمای اتاق وجود دارد.
مقاومت در برابر خوردگی
همچنین، مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند، به‌خصوص در محیط‌های قلیایی. این ویژگی، آن‌ها را برای استفاده در صنایع مختلف، مثل لوازم خانگی و تجهیزات پزشکی، مناسب می‌سازد.
قابلیت ریخته‌گری و ماشینکاری
آلیاژهای منیزیم به‌راحتی ریخته‌گری و ماشینکاری می‌شوند. این ویژگی، تولید قطعات با اشکال مختلف را آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌کند.
اشتعال‌پذیری
منیزیم خالص به‌شدت قابل اشتعال است، به‌خصوص به شکل پودر یا تراشه. اما در آلیاژهای منیزیم، این ویژگی تا حد زیادی کنترل شده و خطر اشتعال کاهش می‌یابد. با این حال، رعایت نکات ایمنی در هنگام کار با این آلیاژها ضروری است.
خطرات آلیاژهای منیزیوم
آلیاژهای منیزیوم، با وجود کاربردهای گسترده در صنایع مختلف، می‌توانند خطراتی را نیز به همراه داشته باشند. آگاهی از این خطرات و رعایت نکات ایمنی برای کار با این آلیاژها بسیار مهم است.
آتش‌گیری و انفجار
پیش‌تر اشاره شد که منیزیم، به‌خصوص در شکل پودر یا تراشه، به‌شدت قابل اشتعال است. حتی آلیاژهای منیزیم نیز در شرایط خاص می‌توانند منفجر شوند. وجود منبع حرارت یا جرقه می‌تواند آتش‌سوزی ایجاد کند.
واکنش با آب
منیزیم مذاب یا در حال سوختن با آب واکنش شدیدی نشان می‌دهد. این واکنش گاز هیدروژن قابل اشتعال تولید می‌کند. هیدروژن می‌تواند باعث انفجار شود. بنابراین، هرگز برای خاموش کردن آتش منیزیم از آب استفاده نکنید. خاموش‌کننده‌های کلاس D یا ماسه برای این منظور مناسب هستند.
آسیب به چشم
سوختن منیزیم نور ماوراء بنفش زیادی منتشر می‌کند. این نور می‌تواند به شبکیه چشم آسیب جدی وارد کند. استفاده از عینک ایمنی با فیلتر UV هنگام کار با منیزیم ضروری است. این عینک‌ها باید محافظت کامل از چشم را تامین کنند.
نکات ایمنی
استنشاق گرد و غبار منیزیوم می‌تواند باعث تحریک دستگاه تنفسی شود. تماس منیزیم با پوست نیز می‌تواند باعث سوزش و التهاب شود. استفاده از تجهیزات حفاظت فردی، مانند ماسک و دستکش، برای حفظ سلامتی شما ضروری است.