لماذا لا يستخدم المزيد من صانعي السيارات كتل محرك المغنيسيوم؟

على الورق، يبدو المغنيسيوم وكأنه المادة المثالية لصناعة السيارات. فهو أخف بنسبة 75% من الفولاذ وأخف بنسبة 33% من الألومنيوم، ويخفف الضوضاء بشكل أفضل من كليهما، وهو من بين العناصر الأكثر وفرة على هذا الكوكب. ومع ذلك، تحتوي السيارة المتوسطة اليوم على أقل من 1% من وزن المغنيسيوم. حددت ثلاث مشكلات مستمرة الفجوة بين ما يعد به المغنيسيوم ومدى استخدامه على نطاق واسع في السيارات اليوم – التكلفة والتآكل والحرارة.

يعود تاريخ المغنيسيوم في السيارات إلى أبعد مما يدركه معظم الناس. يتطلب تصميم فولكس فاجن الأصلي لفرديناند بورشه في الثلاثينيات من القرن الماضي محركًا خفيفًا مثبتًا في الخلف بما يكفي للعجلات الأمامية للحفاظ على الثبات المناسب على الطريق.

ومع اعتبارات الوزن، كان المغنيسيوم هو الخيار الواضح لكتلة المحرك وعلبة التروس. ستقوم شركة فولكس فاجن ببناء مسبك مغنيسيوم مخصص في كاسل بألمانيا، بينما تشتري 60 بالمائة من إجمالي إنتاج المغنيسيوم لشركة نورسك هيدرو بين عامي 1951 و1981. وستغطي علاقة التوريد هذه حوالي 20 كيلوجرامًا من المغنيسيوم لكل سيارة.

بعد عقود من الزمن، قامت شركة BMW بدراسة الأجزاء الداخلية من المغنيسيوم باستخدام سيارة N52. أصبح المحرك المضمّن ذو الشفط الطبيعي 6 أول محرك مبرد بالماء يستخدم كتلة المغنيسيوم. تم استخدام بطانات الأسطوانات المصنوعة من سبائك الألومنيوم داخل الكتلة للتعامل مع المتطلبات الميكانيكية العالية ومخاطر التآكل في منطقة التجويف، مع دوران سائل التبريد فقط من خلال أقسام الألومنيوم. وعلى الرغم من نجاحه، إلا أن N52 أوضح الأطوال المطلوبة لجعل المغنيسيوم صالحًا للاستخدام في التطبيقات المبردة بالماء.

يعد التآكل عائقًا مستمرًا أمام الأجزاء الداخلية للسيارة المصنوعة من المغنيسيوم. في بيئة رطبة أو مالحة، مع أي اتصال بين المغنيسيوم ومعدن آخر، فإنه يتأكسد ويذوب أولاً بينما تتدفق الإلكترونات نحو المعدن الأكثر نبلاً، مما يؤدي إلى تآكل نفسه في هذه العملية. وهذا يجعل التجميعات متعددة المواد، والتي تعتبر قياسية في المحركات الحديثة، من الصعب هندستها حول المغنيسيوم دون طبقات حماية واسعة النطاق أو عزل دقيق لنقاط الاتصال.

تعد القابلية للاشتعال أيضًا خطرًا حقيقيًا مع المغنيسيوم، على الرغم من أنه غالبًا ما يكون مبالغًا فيه. يشتعل المغنيسيوم بالفعل، وعندما يحدث ذلك، تشتعل النار بشدة ويصبح من الصعب إخمادها. بالنسبة للأجزاء غير المعرضة للاحتراق بشكل مباشر، يكون خطر الحريق أثناء التشغيل العادي منخفضًا. في الواقع، يمكنك الحصول على موستانج GTD بعجلات مغنيسيوم وهوائية نشطة إذا وافقت فورد على طلبك. لكن التصور لا يزال قائمًا بالنسبة للاستخدام الداخلي، مما يخلق تحفظًا هندسيًا وحذرًا تنظيميًا نادرًا ما يواجهه الألومنيوم.

ويؤدي عدم اليقين بشأن التكلفة إلى تفاقم التحديات الأخرى. تتنافس جميع صناعات السيارات والفضاء والدفاع على إمدادات المغنيسيوم، التي يهيمن عليها الإنتاج الصيني، مع تقلب الأسعار تاريخياً – ارتفعت أسعار المغنيسيوم الأوروبية بنسبة 100% تقريبًا في عام 2021 وسط انقطاع الإمدادات.

مهندسو الإنتاج المكلفون بخفض التكاليف في سنوات الطرازات اللاحقة يحددون في كثير من الأحيان مكونات المغنيسيوم كأهداف مباشرة للاستبدال – واستبدالها بمواد أرخص والتراجع بهدوء عن هدف التصميم الأصلي.

يكتسب المغنيسيوم مكانه حيث يكون الوزن أمرًا بالغ الأهمية، ويمكن التحكم في التعرض للتآكل. تعد أقواس عمود التوجيه وهياكل لوحة العدادات وإطارات المقاعد وأغلفة علبة التروس من التطبيقات المثبتة. تستخدم سيارة C6 شيفروليه كورفيت ZR1 حامل محرك من المغنيسيوم يزن 35 بالمائة أقل من معادله من الألومنيوم، في حين تستخدم بورش 911 GT3 RS عجلات المغنيسيوم التي يقال إنها توفر 17.6 رطلاً.

تضيف إعادة التدوير في نهاية العمر تعقيدًا آخر. يبدو المغنيسيوم مشابهًا جدًا للألمنيوم لدرجة أنه يلوث بانتظام تيارات خردة الألومنيوم، مما يتطلب معدات فرز متخصصة لفصله بشكل فعال.

المغنيسيوم لم يفشل في حد ذاته. إنها ببساطة أكثر تطلبًا، ولم تجد شهية صناعة السيارات للمواد التي أثبتت جدواها وقابلة للتطوير ويمكن التنبؤ بها من حيث التكلفة طريقة لاستخدامها على نطاق واسع دون المساومة. في الوقت الحالي، يعالج الألومنيوم بشكل إيجابي العديد من عيوب المغنيسيوم.