تمرس علماء المواد ومهندسو إنتاج السبائك ⁽¹⁶⁾ الفلزية، منذ فترة طويلة، على تخليق سبائك قوية تتسم بخواص جيدة، حتى قبل أن يدركوا ويتفهموا البنية الداخلية المهيمنة على تلك الخواص. وقد اقتصرت طرق إنتاج السبائك، في الماضي، على عملية تسخين وصهر العناصر المكونة للسبيكة لضمان تفاعلها وذوبانها معا من أجل تكوين طور السبيكة المطلوب إنتاجها. وبعد الحصول على هذا الطور، يُخضع لعدة أيام لإجراء بعض العمليات الميتالورجية عليه، مثل المعالجات الحرارية والميكانيكية وذلك من أجل تحسين خواصه وزيادة قوته، ما يضمن الحصول على منتج صلب ومتين يتحمل عمليات التشغيل المستقبلية له.

إن تصغير مقاييس أبعاد الحبيبات الداخلية للمواد بصفة عامة، يؤدي إلى تحسين خواصها المختلفة. ومن ضمن هذه الخواص التي تتحسن من جراء تصغير الحبيبات الداخلية للسبائك الفلزية الخواص الميكانيكية ⁽¹⁸⁾ الممثلة في رفع مقاومة ومتانة السبيكة، وزيادة صلادتها وقدرتها على تحمل الإجهادات الخارجية التي تتعرض لها في أثناء عملية التشغيل. وقد أدت نتائج الأبحاث الرائدة التي أجريت في حقبة الثمانينيات من القرن السابق ⁽¹⁹⁾ إلى تكثيف الأنشطة البحثية المتعلقة بدراسة السلوك والخواص الميكانيكية للسبائك الفلزية نانوية البنية الحبيبية Nanocrystalline Metallic Alloys، وتخليق عائلات جديدة منها، تتفوق في خواصها الميكانيكية على نظيرتها من المواد التقليدية كبيرة الحبيبات.

ويوضح الشكل (8 – 4) نموذجا للعلاقة الرابطة بين متغيرين، هما: مقاييس أبعاد حبيبات Grain Size لسبيكة البرونز، ومقدار المقاومة التي تبديها السبيكة كي لا تخضع للإجهادات التي تتعرض لها Yield Strength. ومن الشكل المبين نستطيع ملاحظة علاقة التناسب العكسية التي تربط بين المتغيرين فمع تناقص مقاييس أبعاد حبيبات السبيكة تزداد مقاومتها أمام إجهادات الخضوع ⁽¹⁸⁾.

وقد أشارت نتائج أبحاث أخرى إلى أن المقاومة القصوى لإجهاد الشد Ultimate Tensile strength التي تبديها سبيكة الحديد والنيكل قد تضاعفت نحو خمس مرات عند تصغير مقاييس أبعاد الحبيبات الداخلية للسبيكة ذلك في الوقت التي تضاعفت فيه صلادتها نتيجة هذا التصغير الحبيبي، لتصل إلى نحو ستة أمثال ما كانت عليه ⁽²⁰⁾.

الشكل (8 – 4): اعتماد مقاومة المقاومة التي تُبديها سبيكة البرونز لإجهادات الخضوع Yield Strength على أبعاد مقاييس حبيباتها Grain Size ⁽¹⁸⁾.

_________________________________
هوامش

(16) السبيكة هي مزيج بين فلزين أو أكثر مذابين بعضهما في بعض إذابة كاملة، وذلك عند درجات حرارة تفوق نقط انصهار الفلزين وتعد سبائك البرونز الناتجة عن إذابة عنصر الزنك في النحاس، وكذلك سبائك الصلب المكونة من مجموعة من العناصر الفلزية، مثل الكروميوم والنيكل، المذابة في الحديد، نماذج شهيرة للسبائك الفلزية.

(18) M. Sherif El–Eskandarany: Mechanical Alloying for Fabrication of Advanced Engineering Materials. William Andrew Publishing Inc, New York 13815, the U.S.A. (2001) P. 34–44.

(19) H. Gleiter, Prog. Mat. Sci., Vol. 33 (1989) pp. 223–265.

(20) J.L. McCrea et al., Rev. Adv. Mater. Sci. Vol. 5 (2003) pp. 252–258.