ابتكر العلماء من الجامعة الوطنية للأبحاث التكنولوجية "ميسيس" سبائك ألومنيوم جديدة رخيصة الثمن وفعالة للاستخدام في مجموعة واسعة من المركبات الحديثة.

يحتل الألومنيوم وسبائكه المرتبة الثانية بعد سبائك الحديد من حيث نطاق التطبيق، وذلك لأن الألمنيوميمكن التعامل معه ومعالجته بسهولة عن طريق التطريق والتخريم والدلفنة ويتميز بالكثافة المنخفضة، وكل ما يمكن تصنيعه من الألمنيوم يكون خفيف الوزن.

سبائك الألومنيوم لديها مقاومة عالية للتآكل، ومستوى عال من الموصلية الحرارية والكهربائية (أي نقل الحرارة والتيار الكهربائي بأدنى حد من الفقد)، وتتمتع بالمتانة والليونة وقابلية جيدة للمعالجة والتطبيق والتصنيع.

تستخدم هذه السبائك على نطاق واسع في صناعة الطائرات على سبيل المثال، في العديد من طائرات الركاب، يشكل الألومنيوم أكثر من 20 ٪ من إجمالي الكتلة والهيكل. كما يتم استبدال الصلب بسبائك الألومنيوم في أجزاء عديدة في صناعة السيارات، مما يقلل من وزنها، وبالتالي يوفر الوقود.

في إطار صناعة الآلات تعتمد تقنية تصنيع أجزاء رقيقة الحواف من الهياكل المعقدة، تقليديا على أساليب تخريم الصفائح الرقيقة. هذه التقنية تتميز بمعدل استخدام منخفض للمعادن، وعدد كبير من المكونات المكملة والسحابات (الأجزاء المعقدة التي يتم الحصول عليها عن التخريم، تتكون من أجزاء تحتاج إلى الربط عن طريق التثبيت أو اللحام.

يتم التخلص من أوجه القصور هذه باستخدام طريقة تشكيل المعادن فائقة اللدونة ويتم الحصول على هياكل معقدة هندسياً وتتمتع في الوقت نفسه بالصلابة وخفة الوزن.

وضع الباحثون من جامعة "ميسيس" مهمة تصميم سبائك الألومنيوم ذات متانة عالية ضمن درجة حرارة الغرفة، بحيث يكون من الممكن استخدام طريقة تشكيل المعادن فائقة اللدونة بسرعات مرتفعة، وقد تم نشر هذه الدراسة في مجلة "Materials Science and Engineering A".

في هذا السياق تحدثت الدكتورة أناستاسيا ميخائيلوفسكايا المشرفة على هذه الدراسة، خلال مقابلة مع وكالة "ريا نوفوستي"، قائلة:

"نقوم بصهر المكونات الضرورية في الفرن عند درجة حرارة حوالي 800 درجة مئوية ونسكبها ضمن قالب خاص. بعد ذلك، نقوم بحرق السبائك ودلفنتها إلى صفائح. من المهم بالنسبة لنا مراقبة بنيتها المجهرية في كل مرحلة، حيث تحدد المؤشرات بعد العمليات الوسيطة هيكل الصفيحة النهائي. لهذا، نستخدم المجاهر التي تساهم في التكبير 20 ألف مرة، ثم نقوم بتحليل خصائص عينات السبائك – المتانة والليونة ضمن درجة حرارة الغرفة وفي درجات حرارة مرتفعة (400-500 درجة مئوية) عن طريق شد العينة حتى تمزقها".

وبحسب رأي الباحثة الروسية، فإن تطبيق تأثير اللدونة الفائقة في معالجة المعادن بالضغط يسمح بالحصول على أجزاء ذات أشكال معقدة، قريبة جدا من الشكل النهائي، بإجراء عملية واحدة على المعدات ذات الاستطاعة المنخفضة نسبيا. وبالتالي فإن هذا يساعد في الحد من مدة فترة التصنيع والتكلفة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الطريقة تجنبنا طريقة التثقيب اليدوي من خلال تصنيع المنتج بالشكل الهندسي المطلوب.

آنا كيشيك، طالبة الدراسات العليا في جامعة ميسيس، وهي باحثة مشاركة في هذه الدراسة أشارت إلى إنه اليوم، هناك العديد من السبائك فائقة اللدونة لتكيل المعادن فائقة اللدونة، ومعظمها يتميز بمعدلات إجهاد منخفضة للغاية واستطالة نسبية تبلغ حوالي 300٪.

وأضافت في هذا الإطار، قائلة:

"تستغرق عملية تشكيل قطعة متوسطة التعقيد عدة ساعات بهذه السرعة، علماً أن تكلفة العملية التكنولوجية تتراوح بين 70 و80% من تكلفة المنتج النهائي. وبناء على ذلك، فإن تقليص وقت التشكيل عدة مرات سيزيد من حجم الإنتاج ويقلل من تكلفة المنتج. نحن نقدم سبائك جديدة قادرة على تشكيل المعادن فائقة اللدونة بسرعة عالية. وهذا يقلل من الوقت الذي يستغرقه الحصول على قطعة واحدة حوالي 15-20 دقيقة، ودرجات التشوه المحتملة تتجاوز 400%. هذه هي الخصائص التي تتمتع بها السبائك التي نقوم بتصنيعها - 20-30% أكثر متانة من نظائرها".

الجدير بالذكر أنه قبيل استخدام السبيكة ووضعها موضع الإنتاج، يخطط العلماء لاجراء عملية الاختبار في ظل ظروف إنتاج وتصنيع الصفائح، مع الأخذ بعين الاعتبار أن الباحثون سوف يحصلون في المستقبل القريب، على براءة الاختراع الدولية.