Language
Country/Area
No result found
العالم الرائع للمعادن المختلطة: لماذا تظهر السبائك ذات الإنتروبيا العالية خصائص لا مثيل لها؟
تمثل السبائك ذات الإنتروبيا العالية (HEAs) ثورة في علم المواد في السنوات الأخيرة، وعلى عكس السبائك المعدنية التقليدية، يتم تشكيل هذه السبائك عن طريق خلط خمسة عناصر أو أكثر معًا بنسب متساوية نسبيًا. تحتوي السبائك المعدنية التقليدية عادةً على مكون رئيسي واحد أو اثنين فقط، وكميات صغيرة من العناصر الأخرى. على سبيل المثال، يتم إضافة الكربون أو المنغنيز إلى سبائك الحديد لتحسين خصائصها، ولكن نسب هذه العناصر غالبا ما تكون منخفضة نسبيا. لذلك، يمكن وصف ظهور السبائك ذات الإنتروبيا العالية بأنه استكشاف جديد تمامًا للمواد.
"يأتي تعريف السبائك ذات الإنتروبيا العالية من زيادة الإنتروبيا نتيجة لزيادة عدد العناصر أثناء عملية الخلط. وتكون هذه الزيادة في الإنتروبيا أكثر وضوحًا عندما تكون نسبة التركيب متشابهة."
تم اقتراح هذا المصطلح لأول مرة من قبل العالم التايواني يي جيان وي، حيث اقترح طريقة لتصنيع السبائك ذات الإنتروبيا العالية في عام 1995 وأجرى أبحاثًا لسنوات عديدة بعد ذلك. في ذلك الوقت، كان بحثه بمثابة استكشاف مستقل تقريبًا على نطاق عالمي، في حين كانت الدول الأخرى متخلفة نسبيًا في أبحاث السبائك ذات الإنتروبيا العالية. بحلول العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ومع تقدم التكنولوجيا وظهور إمكانات التطبيق، بدأت البلدان في زيادة الأبحاث حول السبائك ذات الإنتروبيا العالية.
خصائص وتطبيقات السبائك ذات الإنتروبيا العالية
تظهر الأبحاث أن بعض السبائك ذات الإنتروبيا العالية تتفوق على السبائك التقليدية من حيث نسبة القوة إلى الوزن، ومقاومة الكسر، وقوة الشد، ومقاومة التآكل والأكسدة. من منظور التطبيق، فإن إمكانات التطبيق العملي للسبائك ذات الإنتروبيا العالية في السباقات والفضاء والغواصات ومفاعلات الطاقة النووية ملفتة للنظر. إن التطبيقات المحتملة للسبائك ذات الإنتروبيا العالية تكاد تكون شاملة، وقد تصبح مواد رئيسية في مجالات الفضاء الجوي والمجالات العسكرية والطبية في المستقبل.
"سواء كان الأمر يتعلق باستقرار الإلكتريات الصلبة أو متانة السبائك عالية القوة، فإن إمكانات السبائك عالية الإنتروبيا مليئة بالتحديات والفرص في المستقبل."
التأثير الأساسي للسبائك ذات الإنتروبيا العالية
تشمل التأثيرات الأساسية الأربعة للسبائك ذات الإنتروبيا العالية تأثير الإنتروبيا العالية وتأثير التشويه الشديد للشبكة وتأثير الانتشار البطيء وتأثير الكوكتيل. هذه الخصائص تجعل السبائك ذات الإنتروبيا العالية مختلفة تمامًا عن السبائك التقليدية من حيث البنية المجهرية والخواص الميكانيكية.
تأثير الإنتروبيا العالي
يعتبر تأثير الإنتروبيا العالي أحد أهم خصائص السبائك ذات الإنتروبيا العالية. إنه يعزز تكوين المحلول الصلب ويبسط البنية المجهرية للسبائك. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، فإن المحاليل الصلبة التي تحتوي عادة على عناصر متعددة من المرجح أن تشكل حالة توازن مستقرة بسبب ارتفاع قيمة الإنتروبيا.
تأثير تشويه شبكي شديد
تنتج المكونات الرئيسية المتعددة في السبائك ذات الإنتروبيا العالية سلالات وضغوطًا شبكية أقوى في البنية البلورية. يؤثر هذا التشوه الشبكي الشديد على الخواص الميكانيكية والحرارية والكهربائية والكيميائية للمادة، وهي مزايا لا تستطيع السبائك التقليدية تقديمها.
تأثير الانتشار البطيء
نظرًا لأن بنية السبائك ذات الإنتروبيا العالية موحدة من الناحية العيانية وأن مسارات الانتشار التي تتطلبها الذرات أكثر تعقيدًا، فإنها تظهر معدلات انتشار أقل، مما يجعلها أكثر مقاومة للتغيرات في الاستقرار الحراري والوظيفي.
تأثير الكوكتيل
يعني تأثير الكوكتيل أن تحسين خصائص السبائك يأتي من تفاعل خمسة عناصر رئيسية على الأقل. خصائص HEAs لا تأتي فقط من الخصائص الفيزيائية للعناصر الفردية، ولكن أيضًا من التفاعلات والتأثيرات المركبة بين مراحلها المركبة.
تصميم السبائك وتكوين الطور
تختلف السبائك ذات الإنتروبيا العالية عن تصميمات السبائك التقليدية، حيث تركز على تطبيق نسب متساوية من المكونات المتعددة. تقليديًا، قد يكون اختيار عنصر مهيمن واحد قد حد من أداء السبيكة. تتميز السبائك ذات الإنتروبيا العالية بأنها مرنة للغاية ومتعددة الاستخدامات في هذا الصدد، ويمكن تصميم أنواع جديدة من السبائك وفقًا للاحتياجات.
أثناء عملية تكوين الطور للسبائك، يوفر قانون جيبس للطور أساسًا لتحديد حد رقم الطور. ومع ذلك، من الناحية العملية، تشكل العديد من السبائك ذات الإنتروبيا العالية مرحلة حل صلبة واحدة، وهو ما يتجاوز التوقعات الشائعة للأنظمة متعددة المكونات. تستخرج هذه الظاهرة الإمكانات الهائلة للسبائك ذات الإنتروبيا العالية، والتي تكمن في قدرتها على تحقيق خصائص متفوقة في مجموعة متنوعة من تركيبات التركيب.
لا يقتصر البحث على السبائك ذات الإنتروبيا العالية على توسيع حدود علم المواد فحسب، بل يحفز أيضًا الطلب على المواد الجديدة وتطبيقها في جميع مناحي الحياة. فهل هذا يعني أننا مقبلون على دخول حقبة جديدة من ثورة المواد المعدنية؟
