วัสดุแรร์เอิร์ธ โลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธ

โลหะผสมแมกนีเซียมมีคุณลักษณะของน้ำหนักเบา ความแข็งจำเพาะสูง การหน่วงสูง การลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน ความต้านทานรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่มีมลพิษระหว่างการแปรรูปและการรีไซเคิล เป็นต้น และมีทรัพยากรแมกนีเซียมมากมาย ซึ่งสามารถใช้ในการพัฒนาอย่างยั่งยืนได้ ดังนั้น โลหะผสมแมกนีเซียมจึงเป็นที่รู้จักในชื่อ "วัสดุโครงสร้างเบาและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในศตวรรษที่ 21" แสดงให้เห็นว่าในกระแสของน้ำหนักเบา การประหยัดพลังงาน และการลดการปล่อยมลพิษในอุตสาหกรรมการผลิตในศตวรรษที่ 21 แนวโน้มที่โลหะผสมแมกนีเซียมจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นยังบ่งชี้ว่าโครงสร้างอุตสาหกรรมของวัสดุโลหะระดับโลก รวมถึงจีนจะเปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม โลหะผสมแมกนีเซียมแบบดั้งเดิมมีจุดอ่อนบางประการ เช่น เกิดออกซิเดชันและติดไฟได้ง่าย ไม่มีความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงต่ำ และความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงต่ำ

ทฤษฎีและการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าธาตุหายากเป็นธาตุผสมที่มีประสิทธิภาพ ใช้งานได้จริง และมีแนวโน้มดีที่สุดในการเอาชนะจุดอ่อนเหล่านี้ ดังนั้น จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะใช้ประโยชน์จากทรัพยากรแมกนีเซียมและธาตุหายากของจีนที่มีอยู่มากมาย พัฒนาและใช้ประโยชน์จากทรัพยากรเหล่านี้อย่างเป็นวิทยาศาสตร์ และพัฒนาชุดโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่มีลักษณะเฉพาะของจีน และเปลี่ยนข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรให้กลายเป็นข้อได้เปรียบด้านเทคโนโลยีและเศรษฐกิจ

การนำแนวคิดการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ไปใช้ในเส้นทางการพัฒนาที่ยั่งยืน ปฏิบัติตามเส้นทางอุตสาหกรรมใหม่ที่ประหยัดทรัพยากรและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และจัดหาวัสดุรองรับโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่มีน้ำหนักเบา ขั้นสูง และต้นทุนต่ำสำหรับอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ การขนส่ง อุตสาหกรรม "Three C" และอุตสาหกรรมการผลิตทั้งหมดได้กลายเป็นจุดสำคัญและภารกิจหลักของประเทศ อุตสาหกรรม และนักวิจัยจำนวนมาก คาดว่าโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่มีประสิทธิภาพขั้นสูงและราคาต่ำจะกลายเป็นจุดพลิกผันและพลังการพัฒนาเพื่อขยายการประยุกต์ใช้โลหะผสมแมกนีเซียม

ในปี 1808 Humphrey Davey ได้แยกปรอทและแมกนีเซียมออกจากอะมัลกัมเป็นครั้งแรก และในปี 1852 Bunsen ได้แยกแมกนีเซียมออกจากแมกนีเซียมคลอไรด์ด้วยไฟฟ้าเป็นครั้งแรก ตั้งแต่นั้นมา แมกนีเซียมและโลหะผสมของแมกนีเซียมก็กลายมาเป็นวัสดุใหม่บนเวทีประวัติศาสตร์ แมกนีเซียมและโลหะผสมได้รับการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแมกนีเซียมบริสุทธิ์มีความแข็งแรงต่ำ จึงยากต่อการใช้เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม หนึ่งในวิธีการหลักในการปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะแมกนีเซียมคือการผสมโลหะผสม นั่นคือ การเติมธาตุโลหะผสมชนิดอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะแมกนีเซียมผ่านสารละลายของแข็ง การตกตะกอน การทำให้ละเอียดของเมล็ดพืช และการเสริมความแข็งแรงแบบกระจาย เพื่อให้สามารถตอบสนองความต้องการของสภาพแวดล้อมการทำงานที่กำหนดได้

แมกนีเซียมแรร์เอิร์ธเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลักของโลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธ และโลหะผสมแมกนีเซียมทนความร้อนที่พัฒนาขึ้นส่วนใหญ่มีองค์ประกอบของแรร์เอิร์ธ โลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงและมีความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตาม ในการวิจัยเบื้องต้นของโลหะผสมแมกนีเซียม แรร์เอิร์ธถูกใช้เฉพาะในวัสดุเฉพาะเท่านั้นเนื่องจากมีราคาสูง โลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธส่วนใหญ่ใช้ในด้านการทหารและอวกาศ อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจสังคม ความต้องการที่สูงขึ้นถูกเสนอขึ้นสำหรับประสิทธิภาพของโลหะผสมแมกนีเซียม และด้วยการลดต้นทุนของแรร์เอิร์ธ โลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธจึงขยายตัวอย่างมากในด้านการทหารและพลเรือน เช่น อวกาศ ขีปนาวุธ ยานยนต์ การสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือวัด และอื่นๆ โดยทั่วไป การพัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียมแรร์เอิร์ธสามารถแบ่งได้เป็นสี่ขั้นตอน:

ขั้นตอนแรก: ในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1930 พบว่าการเติมธาตุหายากลงในโลหะผสม Mg-Al สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสมได้

ขั้นตอนที่สอง: ในปี 1947 Sauerwarld ค้นพบว่าการเติม Zr ลงในโลหะผสม Mg-RE สามารถทำให้เมล็ดโลหะผสมละเอียดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบนี้ช่วยแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีของโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายาก และวางรากฐานสำหรับการวิจัยและการประยุกต์ใช้โลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่ทนความร้อนได้อย่างแท้จริง

ขั้นที่สาม: ในปี 1979 Drits และคนอื่นๆ พบว่าการเติม Y มีผลดีอย่างมากต่อโลหะผสมแมกนีเซียม ซึ่งถือเป็นการค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งในการพัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากที่ทนความร้อน จากพื้นฐานนี้ โลหะผสมประเภท WE ที่มีความทนทานต่อความร้อนและมีความแข็งแรงสูงจึงได้รับการพัฒนาขึ้น โดยในจำนวนนี้ ความแข็งแรงในการดึง ความแข็งแรงในการล้า และความต้านทานการคืบคลานของโลหะผสม WE54 นั้นเทียบได้กับโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง

ขั้นตอนที่สี่: ส่วนใหญ่หมายถึงการสำรวจโลหะผสม Mg-HRE (แร่ธาตุหายากชนิดหนัก) ตั้งแต่ปี 1990 เพื่อให้ได้โลหะผสมแมกนีเซียมที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าและตอบสนองความต้องการของสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง สำหรับธาตุแร่ธาตุหายากชนิดหนัก ยกเว้น Eu และ Yb ความสามารถในการละลายของแข็งสูงสุดของแมกนีเซียมอยู่ที่ประมาณ 10% ~ 28% และสูงสุดได้ถึง 41% เมื่อเปรียบเทียบกับธาตุแร่ธาตุหายากชนิดเบา ธาตุแร่ธาตุหายากชนิดหนักจะมีความสามารถในการละลายของแข็งสูงกว่า นอกจากนี้ ความสามารถในการละลายของแข็งจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลง ซึ่งมีผลดีต่อการเสริมความแข็งแรงของสารละลายของแข็งและการเสริมความแข็งแรงของตะกอน

ตลาดการใช้งานโลหะผสมแมกนีเซียมมีจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สถานการณ์ที่ทรัพยากรโลหะ เช่น เหล็ก อลูมิเนียม และทองแดงขาดแคลนมากขึ้นทั่วโลก ข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรและข้อได้เปรียบด้านผลิตภัณฑ์ของแมกนีเซียมจะถูกใช้ไปอย่างเต็มที่ และโลหะผสมแมกนีเซียมจะกลายเป็นวัสดุวิศวกรรมที่เติบโตอย่างรวดเร็ว เมื่อเผชิญกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวัสดุโลหะแมกนีเซียมในโลก จีนซึ่งเป็นผู้ผลิตและส่งออกทรัพยากรแมกนีเซียมรายใหญ่ การวิจัยเชิงทฤษฎีและการพัฒนาการใช้งานโลหะผสมแมกนีเซียมในเชิงลึกจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ผลผลิตต่ำของผลิตภัณฑ์โลหะผสมแมกนีเซียมทั่วไป ความต้านทานการคืบคลานต่ำ ความต้านทานความร้อนต่ำ และความต้านทานการกัดกร่อน ยังคงเป็นอุปสรรคที่จำกัดการใช้งานโลหะผสมแมกนีเซียมในวงกว้าง

ธาตุหายากมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์นอกนิวเคลียร์ที่ไม่เหมือนใคร ดังนั้น ธาตุหายากจึงมีบทบาทพิเศษในด้านโลหะวิทยาและวัสดุในฐานะองค์ประกอบโลหะผสมที่สำคัญ เช่น การทำให้บริสุทธิ์ของโลหะผสม การกลั่นโครงสร้างโลหะผสม การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของโลหะผสมและความต้านทานการกัดกร่อน เป็นต้น ในฐานะองค์ประกอบโลหะผสมหรือองค์ประกอบโลหะผสมขนาดเล็ก ธาตุหายากถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเหล็กและโลหะผสมโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ในด้านโลหะผสมแมกนีเซียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านโลหะผสมแมกนีเซียมทนความร้อน คุณสมบัติในการทำให้บริสุทธิ์และเสริมความแข็งแรงที่โดดเด่นของธาตุหายากได้รับการยอมรับจากผู้คนมากขึ้นเรื่อยๆ ธาตุหายากถือเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่มีคุณค่าการใช้งานมากที่สุดและมีศักยภาพในการพัฒนามากที่สุดในโลหะผสมแมกนีเซียมทนความร้อน และบทบาทพิเศษของธาตุหายากไม่สามารถแทนที่ด้วยองค์ประกอบโลหะผสมอื่นได้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยในประเทศและต่างประเทศได้ร่วมมือกันอย่างกว้างขวางโดยใช้ทรัพยากรแมกนีเซียมและแร่ธาตุหายากเพื่อศึกษาโลหะผสมแมกนีเซียมที่มีแร่ธาตุหายากอย่างเป็นระบบ ในขณะเดียวกัน สถาบันเคมีประยุกต์ชางชุน สถาบันวิทยาศาสตร์จีน มุ่งมั่นที่จะสำรวจและพัฒนาโลหะผสมแมกนีเซียมแร่ธาตุหายากชนิดใหม่ที่มีต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูง และได้บรรลุผลสำเร็จบางประการ ส่งเสริมการพัฒนาและการใช้ประโยชน์ของวัสดุโลหะผสมแมกนีเซียมแร่ธาตุหายาก