منیزیم چیست، آلیاژ های منیزیم و روش های تولید منیزیم در این مقاله به طور کامل توضیح داده شده است پس تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
منیزیم چیست؟
منیزیم سبک ترین فلز ساختاری رایج با چگالی 1.74 گرم بر سانتی متر مکعب در حالت جامد است. منیزیم به عنوان یک فلز خاکی قلیایی، براق و از نظر ظاهری سفید مایل به نقره ای است.
همچنین بسیار واکنش پذیر است و هرگز در طبیعت آزاد یافت نمی شود. این به عنوان یک ترکیب شیمیایی وجود داشت تا اینکه جوزف بلک (در سال 1754)، با مشارکت قبلی فردریش هافمن (در سال 1729)، آن را به عنوان یک عنصر تشخیص داد. از زمان کشف، منیزیم نقش موثری در جامعه ایفا کرده است. در روزهای اولیه، کاربردهای نظامی و جنگ ها به رشد آن دامن زد. به عنوان مثال، منیزیم برای ساخت بمب های آتش زا، مشعل ها و مهمات که متعاقباً در جنگ جهانی دوم به کار گرفته شد، استفاده شد و باعث آتش سوزی های عظیم و ویرانی های گسترده شد. پس از جنگ، در دسترس بودن منیزیم و ترکیب منحصر به فرد خواص مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که برای طیف گسترده ای از کاربردها بسیار جذاب است.
امروزه از منیزیم برای کاربردهای مهندسی در خودروسازی، هوافضا و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شود. علاوه بر این، در شیمی آلی و داروسازی نقش دارد و برای ساخت چندین برنامه کاربردی عمومی مانند کالاهای ورزشی، محصولات خانگی و تجهیزات اداری استفاده می شود. علاوه بر این، منیزیم با خواص بیولوژیکی برتر، به ویژه توانایی آن در تجزیه زیستی در داخل بدن، به عنوان یک ماده زیستی امیدوارکننده مورد توجه جوامع تحقیقاتی و صنعتی قرار گرفته است. پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی منیزیم با نرخ رشد ترکیبی سالانه 4.9 درصد رشد کند و از 1.1 میلیون تن در سال 2020 تا سال 2027 به 1.6 میلیون تن متریک (Mt) برسد افزایش خواهد یافت. چین به تنهایی 0.9 میلیون تن در همان سال تولید کرد که بیش از 80 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داد.
روش های تولید منیزیم
دو روش اساسی برای تولید منیزیم وجود دارد:
الف) الکترولیز ذوب شده کلرید منیزیم بی آب و (ب) احیای متالوترمیک اکسید منیزیم به وسیله فروسیلیکون.
در شکل زیر فلوچارت فرآیندهای تولید منیزیم را مشاهده میکنید.
کاربردهای آلیاژ منیزیم
خواص مهندسی:
منیزیم سبک ترین فلز مهندسی است. منیزیم خالص دارای چگالی کم 1.74 گرم بر سانتی متر مکعب است. و نسبت استحکام به وزن بالاتر و شکل پذیری و ریخته گری بهتری نسبت به آلومینیوم و فولاد دارد. در مقایسه با سایر فلزات و مواد پلیمری، منیزیم هیچ خطر سمی ندارد و در هدایت حرارتی و الکتریکی، ارتعاش و جذب ضربه و ظرفیت میرایی بهتر عمل می کند. منیزیم همچنین قابلیت ماشین کاری خوبی دارد و می توان آن را با هر روش ثابتی شکل داد. با این حال، ضعف قابل توجه آن در مستعد بودن آن به خوردگی است. فناوری‌های پوشش از آن زمان برای غلبه بر این ضعف توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفته‌اند، به عنوان مثال، آبکاری الکتروشیمیایی، پوشش‌های تبدیلی و آندایزینگ.
با حداقل خلوص 99.8 درصد، منیزیم خالص به صورت تجاری در دسترس است. با این حال، منیزیم خالص برای مصارف متالورژی و شیمیایی ایده آل است، اما برای اهداف مهندسی و سازه ای مناسب نیست.
بنابراین، باید برای کاربردهای مهندسی و سازه‌ای آلیاژ شود تا خواص ضعیف‌تر آن بدون از دست دادن ویژگی‌های کلیدی آن تقویت شود.
ذوب و ریخته‌گری آلیاژهای منیزیم در اتمسفر خنثی با کمک خلاء روش تولید ترجیحی است زیرا منیزیم بهتر از سایر فلزات ریخته‌گری شده جامد می‌شود.
علاوه بر این، یک محیط غیر فعال شیمیایی می تواند از هرگونه آلودگی ناشی از گازهای واکنش پذیر جلوگیری کند.
استحکام بخشی محلول جامد و استحکام بخشی فاز دوم معمولاً برای تقویت بیشتر آلیاژهای منیزیم استفاده می شود.
رایج ترین عناصر آلیاژی آلومینیوم و روی هستند، که در آن آلومینیوم معمولا پایه ی یک آلیاژ منیزیم را تشکیل می دهد.
آلومینیوم و روی هر دو مقرون به صرفه هستند و در منیزیم بسیار محلول هستند. آلومینیوم را می توان برای بهبود استحکام، سختی و محدوده ذوب آلیاژ و در عین حال کاهش خورندگی آن استفاده کرد.
هنگامی که روی، همراه با آلیاژهای منیزیم، با ناخالصی هایی مانند نیکل و آهن مخلوط شود، می تواند مقاومت آلیاژ را در برابر خوردگی تقویت کند.
از معروف ترین آلیاژ های منیزیم که آلومینیوم دارند می توان به آلیاژهای AZ31 و AZ91 اشاره کرد.
AZ31 به دلیل چگالی جرم کم و خواص مکانیکی خوب به طور گسترده در صنعت هواپیما استفاده می شود. در عین حال، آلیاژ AZ91 به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی و ریخته گری خوب، یکی از محبوب ترین آلیاژهای نوع ریخته گری باقی می ماند.
در جدولی مقایسه ای بین خواص مکانیکی آلیاژهای منیزیم و استخوان و آلیاژهای شبیه به آن آورده شده است.
