سبيكة

تُضاف عناصر السبائك إلى المعدن الأساسي لزيادة صلابته ومتانته وليونته ، أو غيرها من الخصائص المرغوبة. يمكن تقوية العديد من المعادن والسبائك عن طريق إحداث عيوب في بنيتها البلورية. تتكون هذه العيوب أثناء التشكيل اللدن بالطرق والثني والبثق، وما إلى ذلك، وتكون دائمة ما لم يُعاد تبلور المعدن . ^{[ 37 ]} كما يمكن تغيير خصائص بعض السبائك بالمعالجة الحرارية . يمكن تليين جميع المعادن تقريبًا بالتلدين ، الذي يُعيد تبلور السبيكة ويُصلح العيوب، ولكن لا يمكن تقوية الكثير منها بالتسخين والتبريد المُتحكم بهما. ^{[ 38 ]} يمكن تقوية العديد من سبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم والتيتانيوم والنيكل إلى حد ما ببعض طرق المعالجة الحرارية، ولكن قليل منها يستجيب لهذه الطريقة بنفس درجة استجابة الفولاذ. ^{[ 39 ]}

يخضع الحديد، وهو المعدن الأساسي في سبيكة الحديد والكربون المعروفة بالفولاذ، لتغير في ترتيب ذرات بنيته البلورية ( التآصل ) عند درجة حرارة معينة (عادةً 820 درجة مئوية أو أكثر، حسب محتوى الكربون). ^{[ 40 ]} يسمح هذا التغير لذرات الكربون الأصغر حجمًا بالدخول إلى الفراغات البينية لبلورة الحديد. عند حدوث هذا الانتشار ، تُصبح ذرات الكربون ذائبة في الحديد، مُشكّلةً طورًا بلوريًا متجانسًا يُسمى الأوستنيت . إذا تم تبريد الفولاذ ببطء، يمكن للكربون أن ينتشر خارج الحديد، وسيعود تدريجيًا إلى شكله التآصلي عند درجات الحرارة المنخفضة. أثناء التبريد البطيء، لن تكون ذرات الكربون قابلة للذوبان في الحديد، وستُجبر على الترسيب من المحلول، مُشكّلةً نوىً لتكوين شكل أكثر تركيزًا من كربيد الحديد (Fe3C ₎ في الفراغات بين بلورات الحديد النقي. يصبح الفولاذ حينها غير متجانس، إذ يتكون من طورين: طور الحديد والكربون المسمى السمنتيت (أو الكربيد )، وفيريت الحديد النقي . ^{[ 41 ]} ينتج عن هذه المعالجة الحرارية فولاذ لين نسبيًا. ولكن إذا تم تبريد الفولاذ بسرعة، فلن يتوفر لذرات الكربون الوقت الكافي للانتشار والترسب على شكل كربيد، بل ستُحصر داخل بلورات الحديد. عند التبريد السريع، يحدث تحول مارتنسيتي (بدون انتشار) ، حيث تُحصر ذرات الكربون في المحلول. يؤدي هذا إلى تشوه بلورات الحديد بينما تحاول البنية البلورية التحول إلى حالتها عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعل تلك البلورات شديدة الصلابة ولكنها أقل مرونة (أكثر هشاشة). ^{[ 42 ]}  

بينما تنتج قوة الفولاذ العالية عن منع الانتشار والترسيب (تكوين المارتنسيت)، فإن معظم السبائك القابلة للمعالجة الحرارية هي سبائك تصليد بالترسيب ، تعتمد على انتشار عناصر السبائك لتحقيق قوتها. عند تسخينها لتكوين محلول ثم تبريدها بسرعة، تصبح هذه السبائك أكثر ليونة من المعتاد أثناء التحول غير الانتشار، ولكنها تتصلب مع مرور الوقت. ^{[ 43 ]} تترسب المواد المذابة في هذه السبائك بمرور الوقت، مكونةً أطوارًا بين فلزية ، ^{[ 44 ]} يصعب تمييزها عن المعدن الأساسي. على عكس الفولاذ، حيث ينفصل المحلول الصلب إلى أطوار بلورية مختلفة (الكربيد والفريت)، تُشكل سبائك التصليد بالترسيب أطوارًا مختلفة داخل البلورة نفسها. تبدو هذه السبائك البين فلزية متجانسة في بنيتها البلورية، ولكنها تميل إلى التصرف بشكل غير متجانس، فتصبح صلبة وهشة إلى حد ما. ^{[ 39 ]}

في عام ١٩٠٦، اكتشف ألفريد ويلم سبائك التصليد بالترسيب . تُعدّ هذه السبائك، مثل بعض سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والنحاس، سبائك قابلة للمعالجة الحرارية، حيث تلين عند تبريدها السريع، ثم تتصلب بمرور الوقت. ^{[ ٤٥ ]} كان ويلم يبحث عن طريقة لتصليد سبائك الألومنيوم لاستخدامها في خراطيش الرشاشات. ولأنه كان يعلم أن سبائك الألومنيوم والنحاس قابلة للمعالجة الحرارية إلى حد ما، حاول ويلم تبريد سبيكة ثلاثية من الألومنيوم والنحاس مع إضافة المغنيسيوم، لكنه شعر بخيبة أمل في البداية من النتائج. ومع ذلك، عندما أعاد ويلم اختبارها في اليوم التالي، اكتشف أن السبيكة ازدادت صلابة عند تركها لتتقادم في درجة حرارة الغرفة، وتجاوزت توقعاته بكثير. على الرغم من أن تفسير هذه الظاهرة لم يُقدّم حتى عام ١٩١٩، إلا أن الديورالومين كان من أوائل سبائك "التصليد بالتقادم" المستخدمة، ليصبح المادة الأساسية لبناء أولى مناطيد زبلين ، وسرعان ما تبعه العديد من المواد الأخرى. ^{[ 46 ]} ولأنها غالباً ما تُظهر مزيجاً من القوة العالية والوزن المنخفض، فقد أصبحت هذه السبائك شائعة الاستخدام في العديد من أشكال الصناعة، بما في ذلك بناء الطائرات الحديثة . ^{[ 47 ]}

عند مزج معدن منصهر بمادة أخرى، توجد آليتان لتكوين سبيكة، هما: تبادل الذرات وآلية الاستبدال البيني . يلعب الحجم النسبي لكل عنصر في المزيج دورًا أساسيًا في تحديد الآلية التي ستحدث. عندما تكون الذرات متقاربة نسبيًا في الحجم، تحدث عادةً آلية تبادل الذرات، حيث تُستبدل بعض ذرات البلورات المعدنية بذرات من العنصر الآخر. تُسمى هذه السبيكة سبيكة استبدالية . من أمثلة السبائك الاستبدالية البرونز والنحاس الأصفر، حيث تُستبدل بعض ذرات النحاس بذرات القصدير أو الزنك على التوالي. ^{[ 48 ]}

في حالة آلية التداخل، تكون إحدى الذرات عادةً أصغر بكثير من الأخرى، ولا تستطيع أن تحل محل النوع الآخر من الذرات في بلورات المعدن الأساسي. بدلاً من ذلك، تُحصر الذرات الأصغر في المواقع البينية بين ذرات المصفوفة البلورية. يُشار إلى هذا النوع من السبائك باسم السبيكة البينية . يُعدّ الفولاذ مثالاً على السبيكة البينية، لأن ذرات الكربون الصغيرة جدًا تتلاءم مع الفراغات البينية في مصفوفة الحديد. ^{[ 48 ]}

يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ مثالاً على مزيج من السبائك البينية والاستبدالية، لأن ذرات الكربون تتلاءم مع الفراغات البينية، ولكن يتم استبدال بعض ذرات الحديد بذرات النيكل والكروم. ^{[ 39 ]}

بدأ استخدام السبائك من قبل البشر باستخدام الحديد النيزكي ، وهو سبيكة طبيعية من النيكل والحديد. وهو المكون الرئيسي للنيازك الحديدية . ولعدم استخدام أي عمليات تعدين لفصل الحديد عن النيكل، استُخدمت السبيكة كما هي. ^{[ 49 ]} كان من الممكن صهر الحديد النيزكي من حرارة عالية جدًا لصنع أدوات وأسلحة ومسامير. وفي العديد من الثقافات، كان يُشكّل بالطرق البارد لصنع السكاكين ورؤوس السهام، والتي كانت تُستخدم غالبًا كسندان. كان الحديد النيزكي نادرًا جدًا وثمينًا، وكان من الصعب على القدماء تشكيله . ^{[ 50 ]}

يوجد الحديد عادةً على شكل خام على سطح الأرض، باستثناء منجم واحد للحديد الخام في جرينلاند ، استخدمه شعب الإنويت . ^{[ 51 ]} أما النحاس الخام، فقد وُجد في جميع أنحاء العالم، إلى جانب الفضة والذهب والبلاتين ، والتي استُخدمت أيضًا في صناعة الأدوات والمجوهرات وغيرها من الأشياء منذ العصر الحجري الحديث. كان النحاس أصلب هذه المعادن وأكثرها انتشارًا، ما جعله أحد أهم المعادن لدى القدماء. منذ حوالي 10000 عام في مرتفعات الأناضول ( تركيا)، تعلم الإنسان صهر معادن مثل النحاس ^{[ 52 ]} والقصدير من خاماتها . استخدمت سبائك البرونز المبكرة النحاس والزرنيخ، لكن الزرنيخ قد يكون سامًا للعاملين في صناعة المعادن. حوالي عام 2500 قبل الميلاد، بدأ الناس في خلط القصدير والنحاس لتكوين البرونز، الذي كان أصلب بكثير من مكوناته. ^{[ 53 ]} مع ذلك، كان القصدير نادرًا، إذ وُجد في الغالب في بريطانيا العظمى.

في الشرق الأوسط، بدأ الناس بخلط النحاس مع الزنك لتكوين النحاس الأصفر. ^{[ 54 ]} أخذت الحضارات القديمة في الحسبان هذا الخليط وخصائصه المتنوعة، مثل الصلابة والمتانة ونقطة الانصهار، في ظل ظروف مختلفة من درجات الحرارة والتصلب بالتشكيل ، مما ساهم في تطوير الكثير من المعلومات الواردة في مخططات أطوار السبائك الحديثة . ^{[ 55 ]} على سبيل المثال، كانت رؤوس السهام من عهد أسرة تشين الصينية (حوالي 200 قبل الميلاد) تُصنع غالبًا برأس من البرونز الصلب، ولسان من البرونز الأكثر ليونة، حيث تم دمج السبائك لمنع كل من التآكل والكسر أثناء الاستخدام. ^{[ 56 ]}

يُصهر الزئبق من الزنجفر منذ آلاف السنين. يُذيب الزئبق العديد من المعادن، كالذهب والفضة والقصدير، مُكَوِّنًا الملغمات (سبيكة على شكل معجون ناعم أو سائل في درجة حرارة الغرفة). استُخدمت الملغمات منذ عام 200 قبل الميلاد في الصين لتذهيب أشياء مثل الدروع والمرايا بالمعادن النفيسة. وكثيرًا ما استخدم الرومان القدماء ملغمات الزئبق والقصدير لتذهيب دروعهم. كان الملغم يُوضع على شكل معجون ثم يُسخَّن حتى يتبخر الزئبق، تاركًا الذهب أو الفضة أو القصدير. ^{[ 57 ]} كما استُخدم الزئبق بكثرة في التعدين، لاستخراج المعادن النفيسة كالذهب والفضة من خاماتها. ^{[ 58 ]}

استخدمت العديد من الحضارات القديمة سبائك المعادن لأغراض جمالية بحتة. ففي مصر القديمة وميسينا ، كان الذهب يُخلط غالبًا بالنحاس لإنتاج الذهب الأحمر، أو بالحديد لإنتاج الذهب العنابي اللامع. كما وُجد الذهب غالبًا مخلوطًا بالفضة أو معادن أخرى لإنتاج أنواع مختلفة من الذهب الملون . واستُخدمت هذه المعادن أيضًا لتقوية بعضها البعض، لأغراض عملية. فكثيرًا ما كان يُضاف النحاس إلى الفضة لصنع الفضة الإسترلينية ، مما يزيد من صلابتها لاستخدامها في الأطباق وأدوات المائدة الفضية وغيرها من الأدوات العملية. ^{[ 59 ]}

في كثير من الأحيان، كانت المعادن الثمينة تُخلط بمواد أقل قيمة كوسيلة لخداع المشترين. ^{[ 59 ]} حوالي عام 250 قبل الميلاد، كُلِّف أرخميدس من قِبَل ملك سرقوسة بإيجاد طريقة للتحقق من نقاء الذهب في التاج، مما أدى إلى الهتاف الشهير "وجدتها!" في الحمامات العامة عند اكتشاف مبدأ أرخميدس . ^{[ 60 ]}

يشمل مصطلح القصدير مجموعة متنوعة من السبائك التي تتكون أساسًا من القصدير. وبصفته معدنًا نقيًا، يُعد القصدير لينًا جدًا بحيث لا يُمكن استخدامه في معظم الأغراض العملية. مع ذلك، خلال العصر البرونزي ، كان القصدير معدنًا نادرًا في أجزاء كثيرة من أوروبا ومنطقة البحر الأبيض المتوسط، ولذلك كان يُقدّر غالبًا بأكثر من الذهب . ولصنع المجوهرات وأدوات المائدة وغيرها من الأشياء من القصدير، كان الحرفيون عادةً ما يخلطونه بمعادن أخرى لزيادة قوته وصلابته. وكانت هذه المعادن عادةً الرصاص أو الأنتيمون أو البزموت أو النحاس. ^{[ 61 ]} وكانت هذه المواد المذابة تُضاف أحيانًا بشكل فردي وبكميات متفاوتة، أو تُضاف معًا، مما يُنتج مجموعة واسعة من الأشياء، بدءًا من الأدوات العملية مثل الأطباق والأدوات الجراحية والشمعدانات والأقماع، وصولًا إلى الأدوات الزخرفية مثل الأقراط ومشابك الشعر.

تعود أقدم الأمثلة على استخدام البيوتر إلى مصر القديمة، حوالي عام 1450 قبل الميلاد. وانتشر استخدام البيوتر على نطاق واسع في جميع أنحاء أوروبا، من فرنسا إلى النرويج وبريطانيا (حيث كان يُستخرج معظم القصدير القديم) وصولاً إلى الشرق الأدنى. ^{[ 62 ]} كما استُخدمت هذه السبيكة في الصين والشرق الأقصى، ووصلت إلى اليابان حوالي عام 800 ميلادي، حيث استُخدمت في صناعة أشياء مثل الأواني الاحتفالية، وعلب الشاي، والكؤوس المستخدمة في معابد الشنتو . ^{[ 63 ]}

بدأ أول صهر معروف للحديد في الأناضول ، حوالي عام 1800 قبل الميلاد. عُرفت هذه العملية باسم عملية الصهر الأولي ، وأنتجت حديدًا مطاوعًا لينًا جدًا ولكنه قابل للطرق . وبحلول عام 800 قبل الميلاد، انتشرت تقنية صناعة الحديد إلى أوروبا، ووصلت إلى اليابان حوالي عام 700 ميلادي. كان الحديد الزهر ، وهو سبيكة صلبة جدًا ولكنها هشة من الحديد والكربون، يُنتج في الصين منذ عام 1200 قبل الميلاد، ولكنه لم يصل إلى أوروبا إلا في العصور الوسطى. يتميز الحديد الزهر بانخفاض درجة انصهاره مقارنةً بالحديد، وكان يُستخدم في صناعة الحديد الزهر . ومع ذلك، لم تجد هذه المعادن استخدامًا عمليًا يُذكر حتى ظهور فولاذ البوتقة حوالي عام 300 قبل الميلاد. ^{[ 55 ]}

كانت هذه الفولاذات رديئة الجودة، ولذا سعت تقنية اللحام النمطي ، التي ظهرت حوالي القرن الأول الميلادي، إلى موازنة الخصائص المتباينة للسبائك من خلال ترقيقها، لإنتاج معدن أكثر صلابة. وفي حوالي عام 700 ميلادي، بدأ اليابانيون بطي الفولاذ الخام والحديد الزهر في طبقات متناوبة لزيادة قوة سيوفهم، مستخدمين الطين كمادة صهر لإزالة الخبث والشوائب. وقد أنتجت هذه الطريقة في صناعة السيوف اليابانية واحدة من أنقى سبائك الفولاذ في العالم القديم. ^{[ 55 ]}

بينما بدأ استخدام الحديد ينتشر على نطاق أوسع حوالي عام 1200 قبل الميلاد، ويعود ذلك أساسًا إلى انقطاع طرق التجارة بالقصدير، كان هذا المعدن ألين بكثير من البرونز. ومع ذلك، كانت كميات ضئيلة جدًا من الفولاذ (سبيكة من الحديد ونحو 1% من الكربون) دائمًا منتجًا ثانويًا لعملية الصهر. وقد عُرفت إمكانية تعديل صلابة الفولاذ بالمعالجة الحرارية منذ عام 1100 قبل الميلاد، وكان هذا المعدن النادر ذا قيمة عالية في صناعة الأدوات والأسلحة. ^{[ 64 ]}

لأن القدماء لم يتمكنوا من توليد درجات حرارة كافية لصهر الحديد تمامًا، لم يبدأ إنتاج الفولاذ بكميات معقولة إلا مع ظهور فولاذ الفقاعات خلال العصور الوسطى. تعتمد هذه الطريقة على تسخين الحديد المطاوع في الفحم لفترات طويلة لإدخال الكربون، إلا أن امتصاص الكربون بهذه الطريقة بطيء للغاية، مما أدى إلى عدم عمق التغلغل، وبالتالي لم تكن السبيكة متجانسة. في عام ١٧٤٠، بدأ بنيامين هانتسمان بصهر فولاذ الفقاعات في بوتقة لتوزيع الكربون بالتساوي، مُبتكرًا بذلك أول عملية للإنتاج الكمي لفولاذ الأدوات . استُخدمت عملية هانتسمان في تصنيع فولاذ الأدوات حتى أوائل القرن العشرين. ^{[ ٦٤ ]}

أدى إدخال الفرن العالي إلى أوروبا في العصور الوسطى إلى تمكين الناس من إنتاج الحديد الزهر بكميات أكبر بكثير من الحديد المطاوع. ولأن الحديد الزهر قابل للصهر، بدأ الناس بتطوير عمليات لتقليل نسبة الكربون فيه لإنتاج الفولاذ. وقد استُخدمت عملية التكوير في الصين منذ القرن الأول الميلادي، ثم انتشرت في أوروبا خلال القرن الثامن عشر الميلادي، حيث كان يُحرّك الحديد الزهر المنصهر أثناء تعريضه للهواء لإزالة الكربون عن طريق الأكسدة . وفي عام ١٨٥٨، طوّر هنري بسمر عملية لصناعة الفولاذ عن طريق نفخ الهواء الساخن عبر الحديد الزهر السائل لتقليل نسبة الكربون فيه. وأدت عملية بسمر إلى أول إنتاج واسع النطاق للفولاذ. ^{[ ٦٤ ]}

الفولاذ سبيكة من الحديد والكربون، لكن مصطلح " الفولاذ السبائكي" يشير عادةً إلى أنواع الفولاذ التي تحتوي على عناصر أخرى - مثل الفاناديوم أو الموليبدينوم أو الكوبالت - بكميات كافية لتغيير خصائص الفولاذ الأساسي. منذ العصور القديمة، عندما كان الفولاذ يُستخدم بشكل أساسي في صناعة الأدوات والأسلحة، كانت طرق إنتاجه وتشكيله من الأسرار التي تُحفظ بعناية فائقة. حتى بعد عصر التنوير بزمن طويل ، ظلت صناعة الفولاذ شديدة التنافسية، وبذل المصنّعون جهودًا مضنية للحفاظ على سرية عملياتهم، رافضين أي محاولات لتحليل المادة علميًا خشية أن يكشف ذلك عن أساليبهم. على سبيل المثال، كان سكان مدينة شيفيلد ، مركز إنتاج الفولاذ في إنجلترا، معروفين بمنعهم الزوار والسياح من دخول المدينة بشكل روتيني لردع التجسس الصناعي . لذا، لم تكن هناك معلومات تُذكر عن المعادن المتعلقة بالفولاذ حتى عام 1860. وبسبب هذا النقص في الفهم، لم يُعتبر الفولاذ عمومًا سبيكةً إلا في العقود ما بين عامي 1930 و1970 (وذلك بشكل أساسي بفضل جهود علماء مثل ويليام تشاندلر روبرتس-أوستن ، وأدولف مارتنز ، وإدغار بين )، فأصبح مصطلح "الفولاذ السبائكي" شائعًا للإشارة إلى سبائك الفولاذ الثلاثية والرباعية. ^{[ 65 ] [ 66 ]}

بعد أن طوّر بنيامين هانتسمان فولاذ البوتقة عام 1740، بدأ تجاربه بإضافة عناصر مثل المنغنيز (على شكل حديد خام غني بالمنغنيز يُسمى "سبيجل آيزن ")، مما ساعد على إزالة الشوائب كالفوسفور والأكسجين؛ وهي عملية تبناها بسمر ولا تزال تُستخدم في أنواع الفولاذ الحديثة (وإن كانت بتراكيز منخفضة بما يكفي لاعتبارها فولاذًا كربونيًا). ^{[ 64 ]} بعد ذلك، بدأ العديد من الباحثين تجاربهم على سبائك فولاذية مختلفة دون تحقيق نجاح يُذكر. إلا أنه في عام 1882، أبدى روبرت هادفيلد ، الرائد في علم معادن الفولاذ، اهتمامًا بهذا المجال، وأنتج سبيكة فولاذية تحتوي على حوالي 12% من المنغنيز. عُرفت هذه السبيكة باسم "منغالوي" ، وتميزت بصلابة ومتانة فائقتين، لتصبح أول سبيكة فولاذية قابلة للتسويق تجاريًا. ^{[ 67 ]} بعد ذلك، ابتكر هادفيلد فولاذ السيليكون، مما أدى إلى البحث عن سبائك فولاذية أخرى محتملة. ^{[ 68 ]}

اكتشف روبرت فورستر موشيه أن إضافة التنجستن إلى الفولاذ تُنتج حافة شديدة الصلابة تقاوم فقدان صلابتها عند درجات الحرارة العالية. وأصبح "فولاذ موشيه الخاص" (RMS) أول فولاذ عالي السرعة . ^{[ 68 ]} وسرعان ما استُبدل فولاذ موشيه بفولاذ كربيد التنجستن ، الذي طوره تايلور ووايت عام 1900، حيث ضاعفا محتوى التنجستن وأضافا كميات صغيرة من الكروم والفاناديوم، مما أنتج فولاذًا فائقًا للاستخدام في المخارط وأدوات التشغيل. وفي عام 1903، استخدم الأخوان رايت فولاذ الكروم والنيكل لصنع عمود المرفق لمحرك طائرتهما، بينما بدأ هنري فورد عام 1908 باستخدام فولاذ الفاناديوم في أجزاء مثل أعمدة المرفق والصمامات في سيارته فورد موديل تي ، نظرًا لقوته العالية ومقاومته لدرجات الحرارة المرتفعة. ^{[ 46 ]} في عام 1912، طورت شركة كروب للحديد في ألمانيا فولاذًا مقاومًا للصدأ عن طريق إضافة 21% من الكروم و7% من النيكل، مما أنتج أول فولاذ مقاوم للصدأ. ^{[ 68 ]}

من الأمثلة الشائعة على السبائك الحديثة الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 304 ، والذي يُستخدم عادةً في صناعة أدوات المطبخ، والمقالي، والسكاكين، والشوك. يُعرف هذا النوع أحيانًا باسم 18/8، وهو سبيكة تتكون أساسًا من 74% حديد ، و18% كروم، و8% نيكل . يُضفي عنصرا الكروم والنيكل قوة وصلابة على الحديد، لكن وظيفتهما الرئيسية هي جعله مقاومًا للصدأ والتآكل.

بسبب تفاعلها الشديد، لم تُكتشف معظم المعادن حتى القرن التاسع عشر. في عام ١٨٠٧، اقترح همفري ديفي طريقة لاستخلاص الألومنيوم من البوكسيت باستخدام القوس الكهربائي . ورغم عدم نجاح محاولاته، إلا أنه بحلول عام ١٨٥٥، وصلت أولى مبيعات الألومنيوم النقي إلى الأسواق. مع ذلك، ولأن علم استخلاص المعادن كان لا يزال في بداياته، أنتجت معظم عمليات استخلاص الألومنيوم سبائك غير مقصودة ملوثة بعناصر أخرى موجودة في الخام، وكان النحاس أكثرها وفرة. سبقت هذه السبائك من الألومنيوم والنحاس (التي كانت تُسمى آنذاك "برونز الألومنيوم") الألومنيوم النقي، إذ تميزت بقوة وصلابة أكبر من المعدن النقي اللين، كما وُجد أنها قابلة للمعالجة الحرارية بدرجة طفيفة. ^{[ 69 ]} مع ذلك، ونظرًا لليونتها ومحدودية قابليتها للتصلب، لم تجد هذه السبائك استخدامًا عمليًا يُذكر، وظلت مجرد ابتكار، إلى أن استخدم الأخوان رايت سبيكة من الألومنيوم لبناء أول محرك طائرة عام 1903. ^{[ 46 ]} خلال الفترة ما بين عامي 1865 و1910، تم اكتشاف عمليات لاستخلاص العديد من المعادن الأخرى، مثل الكروم والفاناديوم والتنغستن والإيريديوم والكوبالت والموليبدينوم ، وتم تطوير سبائك متنوعة. ^{[ 70 ]}

قبل عام ١٩١٠، اقتصرت الأبحاث في الغالب على تجارب فردية في مختبرات خاصة. ومع ذلك، مع نمو صناعتي الطائرات والسيارات، تحوّل البحث في السبائك إلى جهد صناعي في السنوات التي تلت عام ١٩١٠، حيث طُوّرت سبائك جديدة من المغنيسيوم للمكابس والعجلات في السيارات، ومعدن رخيص للرافعات والمقابض، كما استُخدمت سبائك الألومنيوم المُطوّرة لهياكل الطائرات وأسطحها . ^{[ ٤٦ ]} اشتهرت شركة دوهلر لصب القوالب في توليدو، أوهايو، بإنتاج براستيل ، وهي سبيكة برونزية عالية الشد ومقاومة للتآكل. ^{[ ٧١ ] [ ٧٢ ]}