باحثون من جامعة خليفة يتوصلون لطريقة جديدة تكشف عن فاعلية المواد المتعلقة بصناعة الطيران

The aviation industry continues its development by making use of modern materials that could revolutionize the industrial sector, and those materials are required to be light in weight to make air transport operations more sustainable and economically inexpensive while ensuring the effectiveness and ability to resist great mechanical stress. Aluminum metal is highly popular for its use due to its effectiveness and resistance to corrosion. Studying the durability of that metal is very important to reach the true extent of its effectiveness.

وفي هذا الصدد، قام الدكتور دالافر أنجم من قسم الفيزياء وبالتعاون مع الدكتورة منى خشيم من جامعة طيبة في السعودية، بتطوير طريقة للكشف عن فعالية معدن الألومنيوم وإيجاد "معامل يونغ" الخاص به من خلال دراسة تأثير المواد عليه، وذلك بالاستعانة بمقياس نانومتري يتمثل بإضافة معادن مختلفة، وتم نشر نتائجهم البحثية في المجلة العلمية المرموقة "مايكروسكوبي ريسيرتش آند تكنيك".

ويُعرف معامل يونغ للمادة على أنه الخاصية الأساسية للمعدن التي لا يمكن أن تتغير ضمن الحد المرن للمادة، فهو مقياس لمرونة المادة ومدى قابليتها للانكماش والاستطالة عند تعرضها للضغط والحرارة الشديدين، فعندما تصل المادة إلى نقطة ضغط معينة يبدأ شكلها بالتغيير. فعلى سبيل المثال، إذا تم التأثير على شريط مطاطي وسحبه فإنه يتمدد ولكن دون حدوث أي تغيير على شكله، لكن عند سحب المطاطة لمسافة طويلة جداً تضعف المطاطة ويتغير شكلها وبالتالي تلفها. ويعتبر معامل يونغ مقياساً في غاية الأهمية بالنسبة للمهندسين في جميع مجالات البحث والتصميم نظراً لاختلاف طرق استجابة المواد عند تعرضها للضغط والجهد.

ومن الطرق المستخدمة لتعزيز الخصائص الميكانيكية للمعادن ترتيب السبائك عن طريق إضافة المعدن لمعدن آخر. فعلى سبيل المثال، يتم تعزيز خصائص مادة الألومنيوم باستخدام كميات صغيرة من الرصاص والليثيوم، وهما معدنان يتوفران في معدن الألومنيوم على شكل رواسب وتساهم في تعزيز فعالية المواد من خلال إعاقة حركة ذرات المعادن في المعدن المُضيف، فكلما زادت صلابة المادة، ارتفع معامل يونغ الخاص بها.

من جانبه، قال الدكتور دالافر: "يلعب الضغط والمرونة في الرواسب المعززة لسبائك الألومنيوم دوراً هاماً في تحسين خصائصها الميكانيكية، حيث تساهم طريقة استخدام الرواسب في جعل المادة أكثر صلابة والذي يؤثر بدوره على معامل يونغ للمعدن المضيف والمراد اختباره".

ويستحسن تحديد معامل يونغ باستخدام القياس النانوي، نظراً لأن الرواسب التي تضاف إلى المعدن نانوية، فهي عبارة عن جسيمات نانوية داخل المعدن المضيف.

وقام الدكتور دالافر والدكتورة منى بتطوير طريقة حديثة لإنتاج خرائط لسبائك المعدن من خلال إدخال بعض البيانات التي تتم معالجتها ببرمجية خوارزمية مخصصة لذلك، حيث تعرض تلك البيانات هيكل الرواسب في مصفوفة معدن الألومنيوم، في حين تعرض بيانات أخرى ما إذا كان الإلكترونات التي تمر خلال المادة تفقد من طاقتها أو أن مساراتها تنحرف من خلال الذرات في المصفوفة.

ويعبر عن الاختلاف النسبي بين المصفوفة والرواسب بمصطلح "الإجهاد"، في حين أن الشعاع الصادر عن الإلكترون يساهم في تعزيز إنتاج الذبذبات لدى إلكترونات الغاز والتي من خلالها يمكن تحديد مدى صلابة المواد.

ويقوم الباحثون بعد ذلك بملئ البيانات في الخوارزميات لمشاهدة مجال الإجهاد في مصفوفة السبيكة، ومن خلال هذه البيانات يمكن حساب معامل يونغ للمادة.

يذكر أن هذا البحث يحظى بإمكانات كبيرة في دولة الإمارات، نتيجة لكونه طريقة تساهم في تطوير الخصائص الميكانيكية لسبائك المعادن، لا سيما في قطاع صناعة الطيران وقطاعات هامة أخرى في الدولة.