Mnoho průmyslových odvětví hledají inovativní způsoby, jak snížit své náklady, nižší hmotnost svých výrobků a snížit jejich celkovou spotřebu energie. Výsledkem je, že lehké kovy, jako je hliník, hořčík a titan, jsou stále více považovány za alternativy k oceli. S novým výzkumem slitin a povrchových technologií, jako je PEO, jsou inženýři schopni používat tyto lehké kovy způsobem, který by byl dříve považován za nevhodný., Chcete-li najít správné materiálové řešení, je důležité mít pocit potenciálních výhod a nevýhod každého kovu, a jak by mohly mít dopad na projekt po ruce.
Hliník
Hliník se již dlouho používá jako alternativa k nerezové oceli:
- je To levnější než ocel obsazení a vyrobit, a nejlevnější z kovů, hledáme libra pro libru.
- jeho pasivní oxidová vrstva mu dává vysokou odolnost proti korozi, kterou lze dále zlepšit anodizací nebo PEO.,
- je to asi třetina hustoty oceli, což jí dává užitečný poměr pevnosti k hmotnosti. Jeho to je snadno dále zlepšit prostřednictvím slitin a nátěrových technik.
- hliník má vysokou tažnost a tvárnost. V důsledku toho může být precizně obrobena s lehkostí. To šetří čas v procesu výroby, což z něj činí zelenější a ekonomičtější variantu.
navzdory těmto výhodám stojí za to mít na paměti:
- nízká tvrdost hliníku má tendenci dávat mu špatnou odolnost proti oděru a opotřebení., Proto jsou v mnoha případech vyžadovány tvrdé povlaky, které umožňují jeho použití tam, kde jinak poskytují vhodné mechanické vlastnosti.
- Zatímco hliník má poměrně nízkou pevnost v tahu, jsou slitiny, které mohou zvýšit ze 70 MPa do přibližně 700 MPa, poskytuje velmi vysokou sílu-k-hmotnostní poměr. Je třeba poznamenat, že cena za tak vysokou pevnost má tendenci být významnou ztrátou odolnosti proti korozi. Povlaky jsou obvykle nezbytné, aby se zabránilo korozi, kde jsou použity vysoce pevné slitiny, jako jsou řady 7xxx a 2xxx.,
- ačkoli je široce používán v balení potravin a kuchyňském náčiní, existuje určitá obava z biokompatibility hliníku a potenciálních vazeb na Alzheimerovu chorobu. Opět platí, že ochranné povlaky mohou v mnoha případech poskytnout odpověď, což pomáhá zajistit, aby nedošlo k žádné reakci substrátu.,
Od trupu letadla na koksu plechovky, hliník, s jeho nízká hmotnost, nízká cena a snadnost výroby se hodí pro nesčetné množství inženýrských aplikací:
- Apple vedl v rozsáhlé použití hliníku, aby se výrazný těla svých Macbooky, iphony a ipady. Nadšení Steva Jobse pro kov ho dokonce vedlo k objednání vlastní hliníkové jachty. Vzhledem k tomu, Apple průkopnické použití hliníku, to je nyní volba materiál pro notebooky a telefony.
- mnoho vozů má lehkou hliníkovou kapotu a další panely karoserie., Obvykle jsou hlavní součásti motoru, jako jsou bloky motoru a písty, nyní téměř výhradně vyrobeny z litých hliníkových slitin. Další lehké hliníkové komponenty, jako jsou brzdové třmeny, elektrická pouzdra, vnitřní části obložení, pomáhají snižovat hmotnost vozidla a zvyšovat účinnost paliva.,
Hořčík
nárůst zájmu v průběhu posledních desetiletí ukázal, jak slitiny hořčíku a povlak techniky, aby co nejvíce z jeho atraktivní vlastnosti:
- Hořčíku je extrémně lehký: jedná se o 75% lehčí než ocel, o 50% lehčí než titan, a 33% lehčí než hliník.
- má nejvyšší známou tlumicí kapacitu jakéhokoli konstrukčního kovu, schopného odolat 10x více než hliník, titan nebo ocel.
- stroj je velmi snadný a lze jej vstřikovat.,
- hořčík je zcela biokompatibilní a nepředstavuje žádné nebezpečí toxicity.
Na druhé straně má některé dobře známé nedostatky, které omezují jeho širší použitelnost.
- kov je chemicky velmi aktivní, takže chemická a korozní odolnost má tendenci být nízké
- Nízká tvrdost povrchu, jako je hliník, je obtížné používat v tribologickými aplikace bez nátěru
- Trvalé obavy o hořlavosti někdy vyloučit použití hořčíku, někdy i bez odůvodnění., Tento aspekt by však měl být stále považován za součást holistického procesu výběru materiálu.
od dohody ACEA z roku 1998 vedly právní předpisy omezující emise uhlíku automobilový průmysl k prozkoumání způsobů, jak lze extrémně nízkou hmotnost hořčíku přizpůsobit účelu. Před tímto nárůstem zájmu se hořčík v mnoha průmyslových kontextech zdál nepoužitelný: vysoká reaktivita hořčíku z něj učinila náchylnou ke korozi., Nicméně, nedávno zjistil, slitiny a vyšší čistotu variant tradiční slitiny mají mnohem větší odolnost proti korozi, a nové nátěrové techniky, jako jsou plazmatické elektrolytické oxidace (PEO), aby se důkladně odolný neutrální oxid z kovu substrátu.
Jako důsledek tohoto vývoje, hořčík je stále více používán v rozsah nastavení:
- autosedačky, nářadí, zavazadla a kamery byly navrženy tak, aby co nejvíce z lehké, silné hořčíku.
- vojenští inženýři začali používat hořčík v vrtulníkových převodovkách a pouzdrech generátorů jako prostředek k zajištění lehké odolnosti vůči extrémním teplotám.,
- vysoce výkonné rámy a kola horských kol jsou stále více vyrobeny z lehkého hořčíku odolného proti korozi.
- letecký a automobilový průmysl stále více hledá způsoby, jak hořčík může zvýšit účinnost paliva a snížit skleníkové plyny.
- komplexní, lehké a silné komponenty, jako jsou ty, které se nacházejí v motorech, lze snadno vyrobit z hořčíku.,
Vzrušující vývoj hořčíkových slitin, výrobní metody a povlak technologie dělají hořčíku stále životaschopný kandidát pro silné, lehké a nákladově efektivní řešení.
Titan
Titan je výrazně silnější než hliník i hořčík, i když jeho vyšší hustota znamená, že poměry pevnosti k hmotnosti u těchto tří kovů bývají podobné. Často se jedná o první přístav výzvy pro inženýry, kteří chtějí nahradit ocel v lehkém cvičení pro namáhané komponenty., Má další výhodu, že je vysoce odolný proti korozi a má také velmi vysokou biokompatibilitu.
bohužel vysoké náklady na těžbu a výrobu mohou vyloučit jeho použití pro obecný spotřebitelský trh.
V průmyslu, titanu, lze nalézt:
- Na trupy lodí, ponorek a jiných konstrukcí vystavených mořské vody, vzhledem k jeho vysoká odolnost proti korozi
- V kyčelní náhrady a zubní implantáty, vzhledem k jeho vysokou biokompatibilitu a sílu.
- v letadlech, kosmických lodích a raketách.,
Pokud peníze nejsou problémem, Titan je vynikající volbou pro silný, lehký materiál. Díky vývoji technologií povlaků a nově zkoumaných slitin se nákladově efektivní hořčík stále více objevuje jako nejlehčí řešení. Tyto tři kovy jsou často považovány současně v lehkých cvičeních, spolu s kompozitními materiály a dokonce i vysoce pevnými ocelemi.
jednou z dalších úvah, která je často přehlížena, je otázka tuhosti. Vytvoření oceli nebo lehké slitiny (např., hliníková) součást podobné pevnosti bude v mnoha případech vyžadovat použití vyšších tloušťek stěn pro hliníkovou součást ve srovnání s ocelovou komponentou. Jeden pozitivní důsledek toho u hliníkové komponenty může být ve skutečnosti tužší než jeho ocelový protějšek. To je patrné například u panelů automobilových karoserií, kde může být hliníkové monokokové tělo tužší než jeho ocelový protějšek. V tomto případě je výhodou například manipulace s vozidlem a také odolnost proti nárazu.
