多くの産業は、コストを削減し、製品の重量を下げ、全体的なエネルギー消費を削減する革新的な方法を探しています。 その結果、アルミニウム、マグネシウムおよびチタニウムのような軽量の金属は、鋼鉄へ代わりとしてますます考慮され Peoのような合金や表面技術に関する新しい研究により、エンジニアはこれまで不適切と考えられていた方法でこれらの軽量金属を使用すること, 適切な材料ソリューションを見つけるためには、各金属の潜在的な利点と欠点、およびそれらが手元のプロジェクトにどのように影響するかを知ることが重要です。
アルミニウム
アルミニウムは長いステンレス鋼の代替として使用されてきました：
- それは鋳造し、製造するために鋼よりも安く、我々はポンドのためにポンドを見ている金属の中で最も安いです。
- その受動酸化物層は高い耐食性を与え、陽極酸化またはPEOによってさらに改善することができる。,
- それはそれに有用な強度対重量比を与え、鋼の密度の約三分の一です。 合金およびコーティングの技術によって容易に更に改良されるその。
- アルミニウムは、高い延性および可鍛性を有する。 その結果、容易に精密加工することができる。 これはそれに環境に優しく、経済的な選択をする製作の過程において時間を節約する。
これらの利点にもかかわらず、心に留めておく価値があります：
- アルミニウムの硬度が低いと、耐摩耗性と耐摩耗性が低下する傾向があります。, そのため、ハードの着コーティングに必要な多くの状況により利用でき別段の定に適した機械的性質を有するもの
- アルミニウムはかなり低い引張強度を有するが、70MPaから約700MPaに引き上げることができる合金があり、非常に高い強度対重量比を提供する。 このような高強度の価格は、耐食性の著しい損失になる傾向があることに留意すべきである。 コーティングは7xxxおよび2xxxシリーズのような高力合金が用いられる腐食を防いで普通必要です。,
- 食品包装および調理器具に広く使用されていますが、アルミニウムの生体適合性およびアルツハイマー病への潜在的なリンクについていくつか 再る保護コーティングを提供できるの答えは多くの場合、確実な反応の基板上に発生します。,
航空機の胴体からコークス缶まで、アルミニウムは、軽量、低コスト、製造の容易さで、無数のエンジニアリングアプリケーションに適しています。
- Appleは、Macbook、iphone、ipadの特徴的なボディを作るためにアルミニウムの普及に道をリードしてきました。 金属のためのSteve Jobsの熱意は注文のアルミニウムヨットを発注するために彼を導いた。 アルミニウムのAppleの開拓の使用以来、それは今ラップトップおよび電話のための選択材料です。
- 多くの車は軽量アルミボンネットや他のボディパネルを持っています。, 通常、主要なエンジン部品などのエンジンブロックとピストンはほとんどの作から鋳造アルミニウム合金です。 ブレーキキャリパー、電気ハウジング、内部のトリムの部品のような他の軽量アルミニウム部品はすべて車の重量を減らし、燃料効率を高めるのを助け,
マグネシウム
マグネシウム合金とコーティング技術がその魅力的な特性を最大限に活用する方法を明らかにしました。
- マグネシウムは非常に軽く、鋼より75％軽く、チタンより50％軽く、アルミニウムより33％軽い。
- これは、アルミニウム、チタン、または鋼よりも10倍以上に耐えることができる任意の構造金属の最高の既知の減衰能力を持っています。
- 機械加工が非常に簡単で、射出成形することができます。,
- マグネシウムは完全に生体適合性があり、毒性の危険性はありません。一方、より広い適用性を制限するいくつかのよく知られた欠点があります。
- 金属は化学的に活性が高いため、耐薬品性と耐食性が低くなる傾向があります
- アルミニウムのような表面硬度が低いため、コーティングなしでトライボロジー用途で使用することが困難になります
- 可燃性に関する長年の懸念は、時には正当な理由なしに、マグネシウムの使用を除外することがあります。, しかし、この側面からだの一部であると考えられる包括的な材料の選択です。
1998年のACEA協定以来、炭素排出量を制限する法律により、自動車産業は非常に軽量のマグネシウムを目的に合わせる方法を調査するようになりました。 この関心の高まりの前に、マグネシウムは多くの産業状況で使用できないように見えました。
- マグネシウムの高い反応性は腐食の影響を受けやす, しかし、最近発見された合金や従来の合金の高純度の変種は、腐食に対してはるかに耐性があり、プラズマ電解酸化（PEO）などの新しいコーティング技術
- マグネシウムの耐クリープ性が悪いため、高温には適さなかったが、ZE41&ZWO8203のような合金は極端な温度（c.400F）で耐熱性があることが最近発見された。 PEOコーティングはまた、マグネシウムを非常に耐熱性に,
- マグネシウムの低い引張強度は、構造用途には適さなかったが、新しい合金およびコーティングは、これがもはやそうではないことを意味する。
これらの開発の結果、マグネシウムはますます設定の範囲で使用されています：
- カーシート、電動工具、荷物、およびカメラはすべて、軽量で強いマグネシ
- 軍事技術者は、極端な温度に対する軽量の耐性を提供する手段として、ヘリコプターの変速機および発電機ハウジングにマグネシウムを使用,
- 高性能マウンテンバイクのフレームとホイールは、軽量で耐腐食性のあるマグネシウムで作られています。
- 航空および自動車産業は、マグネシウムが燃料効率を向上させ、温室効果ガスを削減できる方法をますます検討しています。
- エンジンに見られるような複雑で軽くて強い成分は、マグネシウムから容易に成形することができます。,
マグネシウム合金、製造方法およびコーティング技術のエキサイティングな開発は、マグネシウムを強力で軽量で費用対効果の高いソリューションのためのますます実行可能な候補にしています。
Titanium
Titaniumはアルミニウムとマグネシウムの両方よりも著しく強いが、密度が高いため、三つの金属の強度対重量比は類似する傾向がある。 それは頻繁に重点を置かれた部品のための軽量化の練習の鋼鉄を取り替えるために見ているエンジニアのための呼出しの最初の港, それに非常に防蝕である付加的な利点があり、また非常に高いbiocompatibilityがあります。
残念ながら、抽出および製造の高いコストは、一般消費者市場へのその使用を排除する可能性がある。
産業では、チタンを見つけることができます：
- 船体、潜水艦、およびその高い耐腐食性のために海水にさらされる他の構造上
- 股関節置換術および歯科インプラントにおいて、その高い生体適合性および強度のために。
- 航空機、宇宙船、およびミサイルで。,
お金が問題でなければ、チタンは強力で軽量な材料に最適です。 コーティングの技術および最近研究された合金の開発のおかげで、費用効果が大きいマグネシウムは最も軽い解決としてますます これら三つの金属は、多くの場合、複合材料、さらには高強度鋼と一緒に、軽量化演習で同時に考慮されています。
しばしば見落とされるもう一つの考慮事項は、剛性の問題です。 鋼鉄または軽合金を作成する（例えば, アルミニウム）同じような強さの部品は、多くの場合、鋼鉄部品と比較されるアルミニウム部品のためにより高い壁厚さの使用を要求します。 アルミニウム部品のこれの一つの肯定的な結果は、実際にはその鋼の対応よりも硬いかもしれません。 これはアルミニウムmonocoqueボディが鋼鉄対応より堅い場合もある例えば自動車ボディパネルで顕著である。 この場合、例えば、車両の取り扱いに利益があり、また衝突抵抗もある。
