استخدام المعادن البشرية ، الماضي والحاضر ومستقبل المواد المعدنية

1. تاريخ المواد المعدنية

1، المرحلة الأولى - استخدام المعادن البدائية ، ظهور الحديد والصلب

((1)قبل الميلاد5000على مدار العام: استخدام الذهب الطبيعي والنحاس والرصاص والأدوات النحاسية والأجهزة الذهبية والنحاس والحجر

قبل الميلاد5040ل4840في عام 2018 ، تم تضمين هذه الأدوات في جنوب صربيابلوكنيكاكتشاف38أكثر الأدوات البرونزية الحمراء لافتة للنظر هي قبل الميلاد5040-4840سنة ، وزن إجمالي16كيلوغرام. البلقان هم أيضًا مهد المظهر الأول من التقنيات المعدنية المختلفة ، بما في ذلك صهر الرصاص والذهب والبرونز والفضة. على سبيل المثال ، حول قبل الميلاد5200سنينBelovodeتم اكتشاف الخبث الرصاص في الموقع ، مما قد يمثل ولادة تقنية صهر الرصاص. وفي الوقت نفسه ، فإن شرق بلغاريا حوالي قبل الميلاد4650بدأ صهر الذهب في العام ، وأكثرها لافتة للنظر هو بلغاريافارناتم اكتشافها من المقبرة3100Goldware ، إجمالي الوزن5كيلوغرام. كما تم تطوير تقنية الصهر من القصدير البرونزية في جنوب صربيا وفي جميع أنحاء بلغاريا.بلوكنيكتوفر لنا صفائح القصدير البرونزية الموجودة في الموقع أدلة زمنية دقيقة. معا ، توضح هذه النتائج الموقف الذي لا غنى عنه للبلقان في تطوير التكنولوجيا المعدنية المبكرة.

((2)قبل الميلاد4000حوالي 10 سنوات: تطوير تكنولوجيا صهر النحاس

تقريبا اليوم6000قبل بضع سنوات ، كانت تقنية صهر النحاس في شرق توركياي ناضجة للغاية وانتشرت تدريجياً إلى المناطق المحيطة. خلال هذه الفترة ، بدأت مستويات منخفضة من النحاس الزرنيخ في الظهور في العديد من الأماكن. حان الوقت حتى الآن5500في عام 2008 ، بدأ الناس في إنتاج سبائك النحاس بوعي مثل النحاس الزرنيخ.

((3)قبل الميلاد4000سنة إلى قبل الميلاد500السنة: ظهور البرونز إلى العصر البرونزي

جنوب إيران و mesopotamia في قبل الميلاد4000~ سابق3000تم استخدام الأدوات البرونزية في عام 2008 ، أوروبا كانت قبل الميلاد4000~ سابق3000سنة.

يمكن إرجاع أقرب البرونز في الصين إلى حوالي قبل الميلاد30002019 ، الهند ومصر في قبل الميلاد3000~ سابق2000في عام 2019 ، تم العثور على البرونز أيضا. تم استخدام البرونز في وقت لاحق في إفريقيا ، في موعد لا يتجاوز قبل الميلاد1000سنة ~ إعلان مبكر.

قبل الميلاد2000على مدار العام ، أصبح استخدام الأدوات البرونزية شائعة على نطاق واسع ، ووصل العصر البرونزي."العصر البرونزي"يشير هذا الاسم إلى قبل الميلاد2000سنة إلى قبل الميلاد500خلال هذه الفترة من عام 2019 ، ظهرت العديد من السفن والأدوات والأسلحة البرونزية خلال هذه الفترة.

((4)قبل الميلاد3000على مدار العام: الاستخدام المباشر لحديد النيزك في الطبيعة.

قبل الميلاد3500تم العثور على الأشياء الحديدية في مصر القديمة على مدار العام ، بما في ذلك7.5 ٪النيكل ، الذي يشير بوضوح إلى أنها تنشأ من النيازك ، أي النيازك.2013في عام 2018 ، في ورقة نشرت في مجلة العلوم الأثرية ، جاء العلماء من قبل الميلاد3200تم اختبار الخرزات الحديدية المصرية القديمة على مدار العام وأكد أنها مصنوعة من النيازك الحديدية.

((5)قبل الميلاد1500السنة: ظهور تكنولوجيا صهر الحديد

أقدم أداة صهر حديدية تم اكتشافها في العالم عبارة عن خنجر من النحاس الذي يتم اكتشافه من النحاس والذي تم اكتشافه من مقابر أسلاف الحثيين في شمال تركيا (الأناضول). هو الآن4500سنة (قبل الميلاد2500سنة). تم اختبار عصر هذه الآثار الثقافية وتحديدها ليتم الحصول عليها من الصهر. هناك فترة كاملة بين العمر الذي تمثله هذه الآثار الثقافية وشعبية أدوات الحديد الصهر.1000لم يتم اكتشاف أي أدوات حديدية صهر جديدة في عام 2008 ، لذلك هذه الآثار الثقافية ثمينة للغاية.

أقدم أداة صهر حديدية تم اكتشافها في الصين هي قضبان حديدي تم اكتشافهما من قبر موغو سيوا الثقافي في مقاطعة لينتان ، مقاطعة غانسو. هو الآن3510سنة~ 3310بين سنوات (قبل الميلاد1510سنة~قبل الميلاد1310سنة).

قبل الميلاد1800في عام 2019 ، ظهر قسم تكنولوجيا الصهر الهندي.

حول قبل الميلاد1500في عام 2018 ، تطورت تقنية صهر الحديد ، وفي هذا الوقت ، بدأت مصر في استخدام الحديد على نطاق واسع.

من قبل الميلاد1400حوالي عام 2018 ، بدأ الحثيون والآشوريون في آسيا الصغرى بالقرب من البحر الأسود في استخدام أدوات صنع الحديد والأسلحة على نطاق واسع.

((6)قبل الميلاد1200السنة: وصول العصر الحديدي

قبل الميلاد1200السنة: بدأ استخدام أدوات الحديد تدريجياً في أن يصبح شائعًا ، مما يمثل وصول العصر الحديدي.

في الشرق الأوسط ، بدأ استخدام الحديد تقريبًا قبل الميلاد1200سنة؛

أوروبا الشرقية-قبل الميلاد1000على مدار العام ، بدأت أوروبا الشرقية في دخول العصر الحديدي ؛

أوروبا الوسطى-في أوروبا الوسطى ، عادة ما ينقسم العصر الحديدي إلى العصر قبل اليرق(قبل الميلاد800سنة إلى م450سنة)وعمر ما بعد الحديد(بواسطة قبل الميلاد450بداية العام)؛

المملكة المتحدة وأيرلندا--حول قبل الميلاد500في عام 2018 ، انتشرت معرفة صهر الحديد إلى بريطانيا.

في الصين ، كان الاستخدام الواسع لأدوات الحديد قبل الميلاد600حوالي 2019.

((7)قبل الميلاد1000السنة: ظهور الصلب

اكتشف المعادن في العصر الحديدي أن المنتج الثانوي سيحدث بطريق الخطأ أثناء عملية صهر الحديد - الصلب.

كان أحد المصادر الأولى لكلمة "الصلب" قبل الميلاد7هيرودوت ، مؤرخ يوناني في القرنهيرودوت) يصورها Gracos of Chios (جلوكوس) مرصع في وعاء من النص.

قبل الميلاد3القرن: صهرت الهند "UZ Steel" ، ولا تزال هذه المادة مشهورة بجودتها.

يمكن إرجاع تاريخ صناعة الصلب في الصين إلى قبل الميلاد2في القرن ، كانت عملية صناعة الصلب قريبة من طريقة صنع الصلب "حمض بيسميد محول الصلب"

عندما تم اكتشاف الفولاذ وخصائصه المتفوقة ، قام رجال الحرفيون العصر الحديدي بأدوات وأسلحة ، مثل السكاكين. سرعان ما ظهرت عملية جديدة ، مثل التبريد ، الذي يغمر الأجزاء الفولاذية المصنعة في الماء أو الزيت لتبريدها بسرعة ، وبالتالي زيادة صلابةها. في علم الآثار في قبرص ، تم اكتشافه في وقت مبكر من قبل الميلاد1100عرفت سنوات من الحرفيين كيفية صنع سكاكين مغوّلون.

ومع ذلك ، كانت صناعة الصلب لا تزال عملية مرهقة وصعبة في العصور القديمة ، لذلك تم اعتبار عدد قليل من المنتجات الفولاذية ثمينة للغاية.

((8) القرن الخامس عشر: تعميم الصلب

يصل15في القرن ، تم استخدام الصلب على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم. يبرز إنتاج السيوف بشكل خاص الخصائص الممتازة للصلب ، ويجب أن تكون الشفرة صعبة وصعبة وحادة. من سيوف دمشق وتوليدو إلى سيوف الساموراي التي تأرجحها الساموراي الياباني ، كان الصلب هو الخيار الأفضل لصنع أفضل الأسلحة خلال تلك الفترة.

2، المرحلة 2 - أساسيات انضباط المواد المعدنية

وضع أساس التخصصات للمواد المعدنية: المعادن ، والمعادن ، وتحول الطور والسبائك الصلب ، إلخ.

1803السنة: اقترح دالتون نظرية الذرات ، واقترح أفوغادرو نظرية الجزيئات.

1830سنة:هيسيلاقترح32نوع الكريستال البذور ، مؤشر البلورة الشعبية.

18912019: أنشأ علماء من روسيا وألمانيا وبريطانيا ودول أخرى بشكل مستقل نظرية هيكل مصفوفة DOT.

1864سنة:سوربيإعداد أول صورة معدنية.9مرات ، لكنها ذات أهمية كبيرة.

1827سنة:كارستنمفصولة عن الصلبFE3Cو1888سنةهابيلإثبات هذاFE3C.

1861السنة: اقترح Ochirnov مفهوم درجة حرارة الانتقال الحرجة للصلب.

19في نهاية القرن: أصبحت أبحاث Martensite عصرية ،جيبساحصل على قانون المرحلة ،روبرت أوستنتم اكتشاف خصائص المحلول الصلبة الأوستينيت.RoozeboomمقررFe-Fe3cالرسم البياني التوازن للنظام.

3، المرحلة الثالثة - التطور العظيم لنظرية التنظيم الجزئي

مخطط مرحلة السبائك ،xاختراع شعاع وتطبيقه ، إنشاء نظرية الخلع.

1912السنة: الاكتشافxشعاع ، يؤكد α (Δ)-FEنعمBCC، √-FEنعمFCC؛ قواعد الحل الصلبة.

1931السنة: تم اكتشاف توسيع وتخفيض تأثير المنطقة لعناصر السبائك.

1934السنة: روسيابولاني،هنغارياأوروانوالمملكة المتحدةتايلوراقترح كل منهم بشكل مستقل نظرية الخلع لشرح تشوه البلاستيك للصلب ؛ تصوير البلورات من تحول مارتينسيت.

1938السنة: اخترع المجهر الإلكتروني.

1910السنة: اختراعأالفولاذ المقاوم للصدأ ،1912اخترع في عام 2019والفولاذ المقاوم للصدأ ، إلخ.

1990السنة: اخترع متر صلابة برينيل.غريفيثيقترح أن تركيز الإجهاد يمكن أن يؤدي إلى microcracks.

4، المرحلة 4 - دراسة متعمقة للنظرية الصغيرة

دراسة متعمقة للنظرية المجهرية: دراسة الانتشار الذري وجوهرها ؛ فُولاَذTTTتحديد المنحنى شكلت نظريات التحول بينت ومارتينيت نظرية كاملة نسبيا.

إنشاء نظرية الخلع: أثار اختراع المجهر الإلكتروني مراقبة هطول الأمطار في المرحلة الثانية في الفولاذ ، انزلاق الخلع ، خلع غير مكتمل ، خلع الطبقة ، جدار الخلع ، البنية التحتية ،كوتريلتم تطوير نظرية الخلع لكتلة الغاز والظواهر الأخرى.

الأدوات العلمية الجديدة تخترع باستمرار: تحقيقات الإلكترون ، مجاهر انبعاث أيون الحقل ، مجاهر انبعاثات الإلكترون في المجال ، المجهريات الإلكترونية للإرسال (المسح الضوئي (ينبع) ، مسح المجهر النفق (STM) ، مجهر القوة الذرية (AFM)انتظر.

2. المواد المعدنية الحديثة

البحث وتطوير المواد الهيكلية المتقدمة هو موضوع أبدي.

تطوير مواد هيكلية عالية الأداء: من السعي لتحقيق القوة العالية ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل لتقليل الوزن الميكانيكي ، وتحسين الأداء ، وتوسيع عمر الخدمة. مجموعة واسعة من تطبيقات المواد المركبة للمواد الهيكلية ، مثل المواد المركبة القائمة على الألومنيوم. تطوير الفولاذ الأوستنيتي منخفضة درجة الحرارة لمختلف النطاقات من الاستخدامات.

تحويل المواد الهيكلية التقليدية: الطريقة المهمة هي أن يكون لديك هياكل أكثر دقة وأكثر اتساقًا ، ومواد أنقى ، والانتباه إلى العملية. "الجيل الجديد من مواد الصلب"القوة هي ضعف قوة المواد الفولاذية الموجودة. جميل"9.11"كشف الحادث عن ضعف المقاومة لتليين ارتفاع درجات الحرارة للهياكل الفولاذية للبناء ، مما يعزز تطور الصلب الحراري ذو القوة العالية.

قم بتطوير فولاذ آخر عالي الأداء: استخدم عمليات وطرق جديدة مختلفة لإنشاء فولاذ جديد للأدوات مع صلابة جيدة ومقاومة التآكل. السبائك الاقتصادية هي اتجاه تنمية من الفولاذ عالي السرعة. إن تطوير تقنيات المعالجة السطحية المختلفة لمواد الأدوات له أهمية كبيرة في تطوير مواد الأدوات الجديدة.

تقنية التحضير المتقدمة: مثل تكنولوجيا المعالجة شبه الصلبة المعدنية ، والنضج وتطبيق تكنولوجيا سبيكة الألومنيوم ، والحدود الفنية للولادة الحالية وتشديد الصلب هي اتجاهات الجهود.

3. التنمية المستدامة واتجاهات المواد المعدنية

2004اقترح في عام 2018"صناعة المواد في مجتمع دائري - التنمية المستدامة لصناعة المواد."

المعادن الميكروبية: الإنتاج الخالي من النفايات ، تم إجراء الإنتاج الصناعي في العديد من البلدان. النحاس الذي تنتجه الولايات المتحدة باستخدام طرق المعادن الميكروبية يحسب إجمالي الإخراج10 ٪، تم زراعة النافورات البحرية الاصطناعية اليابانية لاستخراج الفاناديوم. مياه البحر هي خام سائل ، وكمية عناصر صناعة السبائك في مياه البحر أكثر من100100 مليون طن. في الوقت الحاضر ، يمكن استخراج المغنيسيوم واليورانيوم والعناصر الأخرى من مياه البحر ، والمغنيسيوم المنتج في جميع أنحاء العالم يدور حول المغنيسيوم20 ٪من مياه البحر ، تلقت الولايات المتحدة الطلب80 ٪.

صناعة مواد إعادة التدوير: التكيف مع احتياجات الأوقات ، ودمج الوعي بالبيئة البيئية في تصميم المنتجات وعمليات الإنتاج ، وتحسين معدل استخدام المواد ، وتقليل العبء البيئي أثناء الإنتاج والاستخدام. تطوير الصناعات التي تشكل دورة فاضلة من "الموارد → المواد → البيئة".

الاتجاه السائد لتطوير السبائك هو تقليل السبائك والسبائك العامة لتشكيل الأخضر/نظام المواد البيئية يفضي إلى إعادة تدوير المواد وإعادة تدويرها. يجب علينا البحث وتطوير المواد الخضراء والمواد الصديقة للبيئة والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بحياة الناس.

4. تسمى سبيكة التيتانيوم "SPACE Metal" و "Future Steel"

يشير سبيكة التيتانيوم إلى مجموعة متنوعة من المعادن من السبائك المصنوعة من التيتانيوم والمعادن الأخرى. التيتانيوم20قرن50معدن هيكلي مهم تم تطويره في السنوات ، تتمتع سبيكة التيتانيوم بقوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل ومقاومة حرارة عالية.20قرن50~60في العصر ، كان الغرض الرئيسي هو تطوير سبائك التيتانيوم عالية درجة الحرارة لمحركات الطائرات وسبائك التيتانيوم الهيكلي لمحركات الطائرات. يمكن لسبائك التيتانيوم الحفاظ على قوة عالية في كل من درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، ومقاومة التآكل لها لا مثيل لها. محتوى التيتانيوم مرتفع جدًا في الأرض (0.6 ٪). ومع ذلك ، فإن عملية التكرير معقدة ، والتكلفة مرتفعة ، والتطبيق الواسع محدود. ستكون سبائك التيتانيوم واحدة من المواد المعدنية التي قدمت مساهمات مهمة للبشرية في القرن الحادي والعشرين.

70تم تطوير مجموعة من سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل في العام.80منذ العمر ، تم تطوير سبائك التيتانيوم المقاومة للتآكل وسبائك التيتانيوم عالية القوة. يستخدم سبيكة التيتانيوم بشكل أساسي لصنع أجزاء ضاغط محرك الطائرات ، تليها الصواريخ والصواريخ والأجزاء الهيكلية من الطائرات عالية السرعة.

70منذ العصر ، بدأت الآلات المدنية في استخدام سبائك التيتانيوم ، مثل بوينغ.747كمية التيتانيوم المستخدمة من قبل طائرة الركاب3640أكثر من كيلوغرام. عدد ماخ أكبر من2.5يستخدم استخدام التيتانيوم في الطائرة بشكل أساسي لاستبدال الصلب لتقليل وزن الهيكل. مثال آخر هو الولايات المتحدةSR-71طائرة استطلاع عالية السرعة عالي السرعة(رقم ماخ الطيران هو3، ارتفاع الطيران26212أرز)، يمثل التيتانيوم وزن هيكل الطائرة93 ٪، المعروف باسم"كل التيتانيوم"طائرة.

خامسا المعادن غير المحفوظة والسبائك غير المحفوظة

تواجه الموارد مشاكل خطيرة في التنمية غير المستدامة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الأضرار الجسيمة للموارد ومعدلات الاستخدام المنخفضة ، ونفايات مذهلة. تقنية المعالجة العميقة للخلف وتفتقر المنتجات الراقية ؛ هناك عدد قليل من الإنجازات المبتكرة ، ودرجة تصنيع الإنجازات عالية التقنية ليست عالية. إن تطوير المواد الهيكلية عالية الأداء وعملياتها المتقدمة هي التيار الرئيسي ، مثل: سبيكة الألومنيوم-ليثيوم ، وسبائك الألومنيوم الصلبة السريعة ، وما إلى ذلك.

وتسمى المعادن غير الحركية ، والمعادن غير المحفوظة بالمعنى الضيق ، المعادن غير المحفوظة. أنها تشير إلى جميع المعادن باستثناء الحديد (في بعض الأحيان أيضا المنغنيز والكروم) والسبائك القائمة على الحديد. يمكن تقسيمها إلى معادن ثقيلة (مثل النحاس ، الرصاص ، الزنك) ، المعادن الخفيفة (مثل الألومنيوم ، المغنيسيوم) ، المعادن الثمينة (مثل الذهب ، الفضة ، البلاتين) والمعادن النادرة (مثل التنغستن ، الموليبدينوم ، الجرمانيوم ، الليثيوم ، اللانثانوم ، واليورانيوم). يشمل المعدن غير المحرك المعمم أيضًا سبائك غير محلية ، والتي تعتمد على معدن غير محرور (عادة أكبر من50 ٪) ، سبيكة مكونة من واحد أو عدة عناصر أخرى.

تكون قوة وصلابة السبائك غير الحديدية أعلى بشكل عام من تلك الموجودة في المعادن النقية ، مع مقاومة أكبر من المعادن النقية ، ومعامل درجة حرارة المقاومة الأصغر ، ولها خصائص ميكانيكية شاملة جيدة. تشمل السبائك غير المحلية الشائعة الاستخدام سبائك الألمنيوم ، وسبائك النحاس ، وسبائك المغنيسيوم ، وسبائك النيكل ، وسبائك القصدير ، وسبائك تانتالوم ، وسبائك التيتانيوم ، وسبائك الزنك ، وسبائك الموليبدينوم ، وسبائك الزركونيوم ، إلخ.

تعد المعادن غير الفخرية مواد أساسية أساسية ومواد استراتيجية مهمة للاقتصاد الوطني ، والحياة اليومية للأشخاص ، وصناعة الدفاع الوطني ، والتنمية العلمية والتكنولوجية. لا غنى عن المعادن غير الحركية للتحديث الزراعي والتحديث الصناعي والدفاع الوطني وتحديث العلوم والتكنولوجيا. على سبيل المثال ، المكونات أو المكونات المطلوبة للأسلحة المتطورة مثل الطائرات والصواريخ والصواريخ والأقمار الصناعية والغواصات النووية ، وكذلك التقنيات المتطورة مثل الطاقة الذرية والتلفزيون والاتصالات والرادارات وأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية في الغالب مصنوعة من المعادن الخفيفة والمعادن النادرة في المعادن غير المعدنية ؛ بالإضافة إلى ذلك ، بدون النيكل والكوبالت والتنجستن والموليبدينوم والفاناديوم والنيوبيوم ، لا يوجد إنتاج من الصلب من سبائك. كمية المعادن غير المحلية المستخدمة هي أيضًا كبيرة جدًا لاستخدامات معينة (مثل صناعة الطاقة ، وما إلى ذلك). تتنافس العديد من البلدان في العالم ، وخاصة البلدان الصناعية المتقدمة ، على تطوير صناعة المعادن غير الحديدية وزيادة الاحتياطيات الاستراتيجية للمعادن غير الحديدية.