المعادن’ خصائص متعددة تجعلها ضرورية للطائرات المعاصرة, بناء, وهندسة الإلكترونيات. كل معدن له خصائص مادية وكيميائية مميزة تؤثر على استخدامه, متانة, الموصلية, ومقاومة التآكل. على سبيل المثال, يعد الفولاذ - المليء بالكروم والنيكل - ضروريًا في البناء لقوتها العالية الشد ومقاومة الضغط. على الجانب الآخر, الألومنيوم, ثلث كثافة الصلب, هو مثالي لاستخدامات الفضاء حيث كل غرام يعتبر بسبب بناءها الخفيف ومقاومة التآكل.
في أثناء, يتم استخدام النحاس في إنتاج الطاقة والاتصالات بفضل الموصلية الكهربائية العالية. سوف ينمو سوق الأسلاك النحاسية $57.48 مليار في 6.83% CAGR بين 2024 و 2028. يتم استخدام المعادن الحرارية مثل التنغستن في محركات الصواريخ وأدوات القطع بسبب ارتفاع درجات حرارة الذوبان والصلابة. تساعد معرفة مثل هذه الأنواع من المعادن وخصائصها في اختيار المواد وتعزيز الدقة والتكنولوجيا الحرجة.
ما هو المعدن?
المعدن هو فئة من العناصر ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة بسبب الترابط المعدني وتنقل الإلكترون. المعادن لها بنية بلورية. هذا هو المكان الذي تكون فيه الذرات معبأة بشكل وثيق في شعرية تسمح للإلكترونات بالتحرك بحرية في جميع أنحاء الهيكل. الإلكترون delocalized “بحر” يحدد التوصيل الكهربائي والحراري, قابلية, ليونة, واللمعان. علاوة على ذلك, يمكن أن تشكل المعادن سبائك, التي هي مجموعات مع العناصر الأخرى التي تعدل القوة, مقاومة التآكل, والصلابة. لكن, ليس كل المعادن تتصرف نفس الشيء.
تختلف أنواع المعادن في خصائصها لكل بنية ذرية وشوائب. على سبيل المثال, المعادن الحديدية تحتوي على الحديد, مغناطيسية, وهي عرضة للصدأ. في المقابل, المعادن غير الحديدية, مثل الألومنيوم والنحاس, أكثر مقاومة للتآكل وأسهل في التلاعب بسبب كثافة أقل. المعادن الانتقالية, بما في ذلك الحديد, نحاس, والنيكل, حالات أكسدة الشكل للأيونات المعقدة والنشاط الحفاز في الكيمياء الصناعية. تظهر المعادن النادرة في سلسلة اللانثانيد خصائص بصرية ومغناطيسية خاصة في مجال الإلكترونيات وتكنولوجيا الطاقة المتجددة.
إضافي, تتفاعل المعادن بشكل مختلف تحت الضغط. يعرض بعض قوة الشد العالية (التيتانيوم), في حين أن الآخرين صعبة (التنغستن). الذهب قابل للمرونة ومقاومة للتآكل للاتصالات الكهربائية. تختلف طرق عمل المعادن أيضًا. صب, تزوير, يتم اختيار البثق وفقًا لنقطة ذوبان المعدن, التفاعل, وقابلية العمل. سواء كانت نقية أو مملوءة, كل نوع من المعدن يعاني من انتقالات الطور في درجات حرارة مختلفة للتأثير على استخدامها في إعدادات درجات الحرارة العالية. الهيكل الذري, الظروف الخارجية على الاستقرار, والسلوك في تفاعلات الأكسدة أو الحد من المعادن, جنبا إلى جنب مع خصائصها الميكانيكية, تحديد تطبيقاتهم الصناعية.
أنواع المعادن وخصائصها 
الألومنيوم
الألومنيوم هو من بين الأنواع الشائعة من المعادن لكثافة منخفضة ومقاومة عالية التآكل. طبقة أكسيدها الطبيعية تحميها من التآكل من خلال تنشيط, الذي يسمون الطبقة ويحسن المتانة. مع 2.7 G/Cm³ الكثافة, الألومنيوم ثلث كثيف مثل الصلب للتطبيقات التي تحتاج إلى تقليل الوزن, بما في ذلك الفضاء. على الرغم من طبيعتها الخفيفة, يمكن أن تكون سبائك الألومنيوم قوية. على سبيل المثال, 7075 قد تصل سبائك إلى نقاط قوة الشد إلى ما يصل إلى 572 MPA. أيضًا, لديها الموصلية الحرارية والكهربائية لمصارف الحرارة وخطوط الطاقة. بسبب خصائصها غير المغناطيسية, يستخدم الألومنيوم في الأجهزة الإلكترونية لمنع التداخل. على الرغم من أن الألومنيوم النقي يفتقر إلى القوة, نحاس, المغنيسيوم, ويعزز سبائك الزنك خصائصه الميكانيكية.
نحاس
النحاس هو نوع آخر من المعادن للموصلية الكهربائية والحرارية. إن تصنيف الموصلية هو الأعلى بين المعادن غير الباطنة. يتم قياسها ككمية 100% IACS (معيار النحاس الدولي الصلب) للأسلاك الكهربائية والدوائر. سبائك النحاس, بما في ذلك البرونز (النحاس) والنحاس (النحاس الزنك), زيادة متانتها وفائدتها. بشكل ملحوظ, خصائص مضادات الميكروبات للنحاس هي مفتاح الرعاية الصحية. قد تؤدي أسطحها إلى تقليل التواجد الميكروبي بنسبة تصل إلى 99%. لكن, إن نعومةها تحد من تطبيقاتها الهيكلية. الصلابة على مقياس Mohs موجود 3. يسمح ليونة النحاس بأن تنجذب إلى أسلاك رقيقة دون كسر الاتصالات السلكية واللاسلكية.
حديد
الحديد مهم بين أنواع المعادن لمعظم الاستخدامات الهيكلية. عندما تبلد الكربون, يمكن إنتاج الصلب. يمكن أن تختلف في خصائص محتوى الكربون. يحتوي الحديد الزهر على محتوى الكربون أعلاه 2% ويوفر قابلية الآلات وقوة الضغط لكتل المحرك والأنابيب. يعرض الحديد الخصائص المغناطيسية في المحركات والمحولات. حتى الآن, يحتاج ضجة الحديد إلى الأكسدة إلى جلفنة وقائية في بيئات معرضة للصدأ. مكواة نقية (الحديد المطاوع) أقل هشا ودكتايل للغاية. يتم استخدامه في التطبيقات الفنية والزخرفية بسبب قابليتها للتخلي.
فُولاَذ
يلمح الصلب إلى سبيكة من الحديد والكربون. إنها واحدة من أنواع المعادن المفيدة بسبب قوتها وصيادتها, تعديل لكل محتوى الكربون وعناصر صناعة السبائك. على سبيل المثال, الفولاذ الطري يحتوي على 0.2% الكربون. يصل الصلب الكربون إلى 1.5% الكربون لمزيد من الصلابة والهشاشة. يحتوي HSS على التنغستن والموليبدينوم مع الاحتفاظ بالصلابة في درجات حرارة عالية لأدوات القطع. الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على الأقل 10.5% الكروم. يشكل طبقة أكسيد سلبية تقاوم التآكل في الإعدادات البحرية. تضيف قابلية إعادة تدوير Steel إلى استخدامها في صناعات البناء والسيارات.
التيتانيوم
يتم تقدير التيتانيوم لنسبة القوة إلى الوزن بين أنواع المعادن. لديها كثافة 4.5 ز/سم, نصف الصلب. مع مقاومة التآكل في بيئات المياه المالحة, التيتانيوم مفتاح الفضاء, يزرع طبية, والتطبيقات البحرية. يتيح توافقه الحيوي الاندماج مع العظم البشري لخفض رفض الزرع. سبائك التيتانيوم, بما في ذلك TI-6AL-4V, لديك نقاط قوة الشد أكثر 1000 MPA للمكونات عالية التوتر. على الرغم من صعوبة الآلة بسبب صلابة وانخفاض الموصلية الحرارية, تتيح مقاومة التيتانيوم للحرارة استخدامها في المحركات النفاثة.
الزنك
الزنك هو نوع شائع من المعادن لجلفنة. إنه يشكل طبقة واقية على الفولاذ لتجنب الصدأ أثناء العمل كأنود تضحي. أكسدةها تخلق الزنجار, الذي يحمي الصلب الأساسي. بالإضافة إلى ذلك, سبائك الزنك, بما في ذلك زاماك, تستخدم في الصب. يتدفقون إلى القوالب ويحتفظون بدقة الأبعاد. مع نقطة انصهار من 419.5 درجة مئوية, يستفيد الزنك من المكونات الصغيرة في تطبيقات السيارات والأجهزة. على الرغم من أن قوتها معتدلة, دور الزنك في مقاومة التآكل وسهولة الصب يجعله لا يمكن الاستغناء عنه في التصنيع.
النيكل
النيكل معدن مرن ومقاوم للتآكل. يتم استخدامه كطلاء لزيادة المعادن الأخرى’ متانة. كما أنه يساعد في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة التآكل والقدرة على التشكيل. يتكون Superalloy Inconel من النيكل. إنه يتحمل درجات حرارة عالية لتوربينات الغاز والمحركات النفاثة للحفاظ على خصائصها الميكانيكية تصل إلى 1000 درجة مئوية. خصائص النيكل المغناطيسية ومقاومة الأكسدة العالية هي أمر بالغ الأهمية في الإلكترونيات والهيدريد المعدني النيكل وبطاريات الليثيوم أيون.
المغنيسيوم
المغنيسيوم هو واحد من أخف الأنواع الهيكلية من المعادن. كثافتها 1.74 ز/سم, وهو حول 30% أخف من الألمنيوم. توفر سبائك AZ31 و AZ91 نسب عالية القوة إلى الوزن وتستخدم في الفضاء, السيارات, والأجهزة الإلكترونية المحمولة. لكن, يحتاج التفاعل العالي للمغنيسيوم وقابليته للاشتعال إلى التعامل مع المسحوق أو الأقسام الرقيقة. تحد نقطة الانصهار المنخفضة للمغنيسيوم البالغة 650 درجة مئوية من تطبيقاته في إعدادات درجات الحرارة العالية. ما زال, تُعد خصائص إعادة تدوير المغنيسيوم وخصائصها الخفيفة شائعة للتطبيقات الهندسية الحساسة للوزن.
يقود
الرصاص له كثافة عالية (11.34 ز/سم) ومقاومة التآكل للدرع الإشعاعي. يمتص أشعة غاما والأشعة السينية. إن نعومةها وقابليتها لإعادة تشكيلها تجعل من السهل شكلها, على الرغم من أن هذا يحد من تطبيقاتها الهيكلية. تستخدم بطاريات حمض الرصاص خصائصها الكهروكيميائية لتوفير كثافة عالية الشحن لتطبيقات الطاقة الصناعية والصناعية. على الرغم من سمية, الرصاص هو مفتاح الصناعات المتخصصة, على الرغم من أن القيود التنظيمية تحد من استخدامها في المنتجات الاستهلاكية.
الكروم
يحتوي الكروم على صلابة عالية ومقاومة للتآكل في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ. عندما تبلد, يشكل طبقة أكسيد سلبية لتجنب الصدأ والتشويه في البيئات العدوانية. يزيد طلاء الكروم الصلب على الأسطح الفولاذية من مقاومة التآكل ويطول حياة الأدوات والآلات. نقطة انصهار كروم, أكثر من 1900 درجة مئوية, يسمح لها بالحفاظ على الموثوقية الهيكلية في الاستخدامات عالية الحرارة. وجودها في Hastelloy و Distinel يزيد من الأداء في الظروف الكيميائية والحرارية.
فضي
يوفر الفضة الموصلية الكهربائية والحرارية العالية. إنها مادة رئيسية في الأجهزة الإلكترونية والألواح الشمسية. انعكاسه مرتفع أيضًا بالنسبة للمرايا والبصريات عالية الأداء. على الرغم من أن الفضة ناعمة وعرضة للتطوير, سبائك مع النحاس يقويها للمجوهرات والعملات المعدنية. على الرغم من كونها باهظة الثمن, خصائصها المضادة للبكتيريا ذات قيمة في المعدات الطبية وأنظمة تنقية المياه. الموصلية الفضية ومضادات الميكروبات لا يمكن الاستغناء عنها في التطبيقات الحرجة.
ذهب
الذهب هو أحد أنواع المعادن الموصلة والمقاومة للتآكل المستخدمة في الإلكترونيات للاتصال الموثوق بها. يمنع الصخور الأكسدة للتوصيف المستقر في البيئات الرطبة أو التآكل مع مرور الوقت. تساعد قابلية الذهب في جذبها إلى أسلاك رقيقة للمكونات الإلكترونية. توافقه الحيوي مفيد أيضًا في الاستخدامات الطبية والأسنان. على الرغم من باهظة الثمن, تبرر موصلية الذهب ومقاومة التآكل استخدامها في التطبيقات عالية الدقة والقيمة العالية.
البلاتين
بلاتينيوم فائز بجائزة لخصائصه الحفزية. يتم استخدامه في المحولات الحفازة للسيارات لانبعاثات انبعاثات أقل. يحمل درجات حرارة عالية والتعرض الكيميائي في المعالجة الكيميائية والتكرير. تعد مقاومة التآكل والاستقرار في البيئات البلاتينية ذات قيمة للأقطاب الكهربائية في العمليات الكهروكيميائية. وإن كان مكلفا, يضمن أداء البلاتين في الظروف المثيرة أنه مركزي في العلاج الكيميائي المخصص وأقطاب القلب.
التنغستن
يحتفظ التنغستن بأعلى نقطة انصهار لأي معدن نقي عند 3422 درجة مئوية. إنه أمر أساسي لفوهات الصواريخ عالية الحرارة وأسلاك الشعيرة في المصابيح المتوهجة. كثافة عالية (19.25 ز/سم) مفيد أيضًا للصابورة في الطيران والطلبات العسكرية. ومع ذلك, التنغستن هش في تعقيد الآلات والحد من استخدامه في التطبيقات الهيكلية. كربيد التنغستن سبيكة مع الكربون, الذي يوفر صلابة وارتداء مقاومة لأدوات القطع ومعدات التعدين.
الكوبالت
الكوبالت هو مفتاح السبائك عالية القوة للمحركات النفاثة والتوربينات الغازية. يدعم الاستقرار في درجات حرارة عالية ويقاوم التآكل. خصائصها المغناطيسية واستخدامها في بطاريات الليثيوم أيون ضرورية في تخزين الطاقة والإلكترونيات. تتسامح Superalloys المستندة إلى الكوبالت في غرسات الأسنان وجراحة العظام مع ضغوط التطبيقات الطبية. على الرغم من أقل وفرة, أداء الكوبالت في التطبيقات ذات درجة الحرارة العالية والمغناطيسية يتحقق من صحة طلبه في المجالات الهندسية.
النحاس
النحاس يلمح إلى سبيكة من النحاس والزنك. إنه منخفض الإحصاء ومقاوم للتآكل للتجهيزات, الصمامات, والآلات الموسيقية. نسبة محددة من الزنك إلى النحاس تؤدي إلى خصائصه الصوتية. مع ذلك, القصدير والرصاص يمكن أن يغيروا قابليته للآلات وقوته. على الرغم من أن النحاس لديه قوة شد معتدلة (حتى 400 MPA), يتم تقدير جاذبيتها الفنية وقابليتها للتطبيقات الزخرفية والصناعية. خصائصها المضادة للميكروبات مفيدة أيضًا في مقابض الأبواب والسباكة.
البرونز
من بين أنواع المعادن, البرونز هو سبيكة من النحاس والقصدير. يوفر مقاومة للارتداء وانخفاض الاحتكاك للمحامل والتروس. كما أنه يقاوم تآكل مياه البحر في البيئات البحرية. يتضمن البرونز الفوسفور الفوسفور المضافة لمقاومة التآكل. في نفس الوقت, يثري البرونز السيليكون القوة والقابلية للآلات. تضمن مقاومة البرونز العالية لإرهاق المعادن الأداء طويل الأمد في تطبيقات التحميل الثقيل. يبرز استخدامه التاريخي في الفن متانته.
الموليبدينوم
Molybdenum يشارك في نقطة انصهار من 2623 درجة مئوية لأجزاء الفرن عالية الحرارة ومكونات الصواريخ. عندما تبلد الصلب, إنه يحسن الصلابة, صلابة, ومقاومة التآكل لتطبيقات السيارات والبناء. ثاني كبريتيد الموليبدينوم هو شكل الكبريتيد, مواد تشحيم في درجات الحرارة القصوى لتقليل الاحتكاك في الآلات. مع الموصلية الحرارية والكهربائية العالية, يستخدم Molybdenum أيضًا في تقنيات الإلكترونيات والطاقة المتجددة.
القصدير
يتم استخدام القصدير كطلاء للصلب (صفيح), يقاوم التآكل, ويمتد حياة الطعام المعلب. لديها نقطة انصهار منخفضة (231.9درجة مئوية) ويعرض قابلية التخفيف لتبسيط تطبيقات الاتصال والتوصيل الكهربائي. سبائك مع النحاس ينتج البرونز. في أثناء, إن استخدام القصدير لدى الجنود الخاليين من الرصاص يجعله أمرًا حيويًا في تصنيع الإلكترونيات المعاصرة. سمية منخفضة ومقاومة التآكل قيمة في الطلاء الواقي. هذا هو المكان الذي يلزم فيه مواد الدرجة الغذائية.
البلاديوم
يوفر البلاديوم خصائص تحفيزية ويستخدم في المحولات الحفزية لتقليل الانبعاثات الضارة. إنه يتحمل درجات حرارة عالية والهجمات الكيميائية ودعاوى الالكترونيات, طب الأسنان, وتنقية الهيدروجين. قدرة امتصاص الهيدروجين بالاديوم تصل إلى 900 مرات حجمها, مما يتيح استخدامه في تخزين الهيدروجين وخلايا الوقود. على الرغم من باهظة الثمن, تؤكد خصائص Palladium استخدامها المستمر في السيارات, كيميائية, إلكتروني, وتطبيقات طاقة الهيدروجين.
إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في اختيار أفضل المعدن لتطبيقاتك, Shanentech في خدمتك.
الأسئلة الشائعة حول أنواع المعادن
ما هما النوعان الرئيسيان للمعادن?
قد يتم تقسيم المعادن إلى نوعين رئيسيين. المعادن الحديدية تحتوي على الحديد, في حين أن المعادن غير الحديدية لا. لينة جدا ودكتايل, الحديد النقي غير مناسب للهندسة.
ماذا 4 المعادن النقية?
المعادن الواحدة نقية. بنية ذرية منظمة للغاية يجعلها مرنة وقابلة للانحناء. تشمل المعادن النقية الذهب, فضي, نحاس, والألومنيوم.
هل الماس معدن?
عادة ما تكون غير المعادن ناعمة, على الرغم من الماس, allotrope الكربون, هو أصعب غير معدن.
ما هو أقوى معدن?
التنغستن هو أقوى معدن. تم اكتشافه في 1781. يتم استخدامه لتصنيع الرصاص, الصواريخ, تبخر المعادن, الدهانات, أنابيب الإلكترون والتلفزيون, الزجاج إلى ختم المعادن, وأكثر.
ما يسمى سبيكة?
سبيكة هي مادة معدنية هي مزيج أو حل لعنلين أو أكثر. يتذكر, معظم مكونات السبائك هي المعادن, لكن الفولاذ يتطلب الكربون, غير معدن.
ماذا 10 خصائص المعادن?
- الموصلية الكهربائية عالية.
- الموصلية الحرارية العالية.
- كثافة عالية.
- القوة والصلابة.
- نقاط انصهار وغليان عالية.
- مقاومة التآكل (لبعض المعادن).
ما هو أضعف المعدن?
الزئبق سائل في درجة حرارة الغرفة. بسبب انخفاض نقطة الانصهار (-39 درجة مئوية) والترابط الطاقة (61 kj/mol), لديها أضعف الترابط المعدني لجميع العناصر والسبائك.
ما هو أنعم المعدن?
أنعم المعدن هو سيزيوم. الفضة البيضاء, المعدن اللامع نادر الحدوث. في درجة حرارة الغرفة, إنه شمع.
ما هو أغلى المعدن?
المعدن الأكثر قيمة في مجموعة البلاتين هو روديوم.
كيف تتشكل الصدأ?
عندما تتعرض سبائك الحديد أو الحديد للأكسجين والرطوبة لفترة طويلة, أنها تشكل الصدأ, مجمع من الأكاسيد والهيدروكسيدات. يحدث الصدأ عندما يتفاعل الأكسجين بالمعادن لتوليد الصدأ.
