veel industrieën zijn op zoek naar innovatieve manieren om hun kosten te verlagen, het gewicht van hun producten te verlagen en hun totale energieverbruik te verminderen. Als gevolg hiervan worden lichtgewicht metalen, zoals aluminium, magnesium en titanium in toenemende mate beschouwd als alternatieven voor staal. Met nieuw onderzoek naar legeringen en oppervlaktetechnologieën zoals PEO, zijn ingenieurs in staat om deze lichtgewicht metalen te gebruiken op manieren die eerder als ongepast zouden zijn beschouwd., Om de juiste materiaaloplossingen te vinden, is het belangrijk om een idee te hebben van de potentiële voor-en nadelen van elk metaal, en hoe deze van invloed kunnen zijn op het project in kwestie.
Aluminium
Aluminium wordt al lang gebruikt als een alternatief voor roestvrij staal:
- Het is goedkoper dan staal om te gieten en te fabriceren, en de goedkoopste van de metalen die we nu bekijken Pond Voor Pond.
- de passieve oxidelaag geeft het een hoge corrosieweerstand, die verder kan worden verbeterd door anodiseren of PEO.,het is ongeveer een derde van de dichtheid van staal, waardoor het een nuttige sterkte-gewichtsverhouding heeft. Zijn dat gemakkelijk verder wordt verbeterd door legeringen en coatingtechnieken.
- Aluminium heeft een hoge rekbaarheid en kneedbaarheid. Hierdoor kan het met gemak nauwkeurig worden bewerkt. Dit bespaart tijd in het proces van fabricage, waardoor het een groenere en meer economische optie.ondanks deze voordelen is het de moeite waard om in gedachten te houden:
- De lage hardheid van aluminium geeft het over het algemeen een slechte slijtvastheid en slijtvastheid., Daarom zijn slijtvaste coatings in veel omstandigheden nodig om het gebruik ervan mogelijk te maken wanneer het anderszins geschikte mechanische eigenschappen biedt.hoewel aluminium een vrij lage treksterkte heeft, zijn er legeringen die het kunnen verhogen van 70 MPa tot ongeveer 700 MPa, wat een zeer hoge sterkte / gewichtsverhouding oplevert. Opgemerkt moet worden dat de prijs voor een dergelijke hoge sterkte de neiging om een significant verlies van corrosieweerstand. Coatings zijn normaal gesproken essentieel om corrosie te voorkomen waar legeringen met hoge sterkte zoals 7xxx en 2xxx series worden gebruikt.,
- hoewel het veel wordt gebruikt in voedselverpakkingen en kookgerei, is er enige bezorgdheid over de biocompatibiliteit van aluminium en mogelijke verbanden met de ziekte van Alzheimer. Ook hier kunnen beschermende coatings in veel gevallen het antwoord bieden, zodat er geen reactie van het substraat optreedt.,van de romp van vliegtuigen tot cokesblikken, aluminium, met zijn lichte gewicht, lage kosten en gemak van fabricage leent zich voor een groot aantal technische toepassingen: Apple heeft de weg gewezen in het wijdverbreide gebruik van aluminium om de onderscheidende lichamen van hun MacBooks, iPhones en iPads te maken. Steve Jobs ‘ enthousiasme voor het metaal leidde er zelfs toe om een aluminium jacht op maat te bestellen. Sinds Apple ‘ s baanbrekende gebruik van aluminium, het is nu de keuze materiaal voor laptops en telefoons.
- veel auto ‘ s hebben een lichtgewicht aluminium kap en andere carrosseriepanelen., Meestal worden belangrijke motoronderdelen zoals motorblokken en zuigers nu bijna uitsluitend gemaakt van gegoten aluminiumlegeringen. Andere lichtgewicht aluminium componenten zoals remklauwen, elektrische behuizingen en interieurdelen helpen het gewicht van het voertuig te verminderen en de brandstofefficiëntie te verhogen.,
Magnesium
een stijging van de belangstelling in de afgelopen tien jaar heeft aangetoond hoe magnesiumlegeringen en coatingtechnieken optimaal kunnen profiteren van zijn aantrekkelijke eigenschappen:
- Magnesium is extreem licht: het is 75% lichter dan staal, 50% lichter dan titaan en 33% lichter dan aluminium.
- het heeft de hoogste bekende dempingscapaciteit van enig structureel metaal en kan 10x meer dan aluminium, titaan of staal weerstaan.
- het is zeer eenvoudig te bewerken en kan worden spuitgegoten.,
- Magnesium is volledig biocompatibel en vormt geen gevaar voor toxiciteit.
aan de andere kant heeft het een aantal bekende tekortkomingen die de bredere toepasbaarheid ervan beperken.
- het metaal is chemisch zeer actief, zodat de chemische en corrosiebestendigheid meestal laag is
- lage oppervlaktehardheid, zoals aluminium, maakt het moeilijk te gebruiken in tribologische toepassingen zonder coating
- blijvende bezorgdheid over de ontvlambaarheid sluit soms het gebruik van magnesium uit, soms zonder rechtvaardiging., Dit aspect moet echter nog steeds worden beschouwd als onderdeel van een holistisch materiaalselectieproces.sinds de ACEA-overeenkomst van 1998 heeft wetgeving ter beperking van de koolstofuitstoot de automobielindustrie ertoe gebracht na te gaan hoe het extreem lichte gewicht van magnesium geschikt kan worden gemaakt voor het beoogde doel. Voorafgaand aan deze stijging van de belangstelling leek magnesium in vele industriële contexten onbruikbaar: de hoge reactiviteit van Magnesium had het gevoelig gemaakt voor corrosie., Echter, onlangs ontdekte legeringen en hogere zuiverheid varianten van traditionele legeringen hebben een veel beter bestand tegen corrosie, en nieuwe coatingtechnieken zoals plasma elektrolytische oxidatie (PEO) maken een grondig resistent neutraal oxide van het metaal substraat.de slechte kruipweerstand van Magnesium maakte het ongeschikt voor hoge temperaturen, maar recent ontdekte legeringen zoals ZE41 & ZWO8203 zijn hittebestendig bij extreme temperaturen (c. 400 F). PEO coatings maken magnesium ook extreem hittebestendig.,de lage treksterkte van Magnesium maakte het ongeschikt voor structurele toepassingen, maar nieuwe legeringen en coatings betekenen dat dit niet langer het geval is.
als gevolg van deze ontwikkelingen wordt magnesium in toenemende mate gebruikt in een reeks van instellingen:
- autostoelen, elektrisch gereedschap, bagage en camera ‘ s zijn allemaal ontworpen om het beste te maken van lichtgewicht, sterk magnesium.militaire ingenieurs zijn begonnen met het gebruik van magnesium in helikopterreductoren en generatorbehuizingen, als middel om lichtgewicht weerstand te bieden tegen extreme temperaturen.,
- High-performance mountainbike frames en wielen worden steeds vaker gemaakt van lichtgewicht, corrosiebestendig magnesium.
- in de luchtvaart en de auto-industrie wordt steeds meer gekeken naar manieren waarop magnesium de brandstofefficiëntie kan verhogen en broeikasgassen kan verminderen.
- complexe, lichte en sterke componenten zoals die in motoren kunnen gemakkelijk uit magnesium worden gegoten.,interessante ontwikkelingen op het gebied van magnesiumlegeringen, productiemethoden en coatingtechnologieën maken van magnesium een steeds meer levensvatbare kandidaat voor een sterke, lichte en kosteneffectieve oplossing.
Titaan
Titaan is aanzienlijk sterker dan aluminium en magnesium, hoewel de hogere dichtheid betekent dat de sterkte-gewichtsverhoudingen voor de drie metalen vergelijkbaar zijn. Het is vaak de eerste aanloophaven voor ingenieurs die staal willen vervangen in een lichtgewichtoefening voor gestreste componenten., Het heeft het extra voordeel dat het zeer corrosiebestendig is en heeft ook een zeer hoge biocompatibiliteit.
helaas kunnen de hoge kosten van winning en fabricage het gebruik ervan voor de Algemene consumentenmarkt uitsluiten.
in de industrie kan titanium worden gevonden:
- Op scheepsrompen, onderzeeërs en andere aan zeewater blootgestelde structuren, vanwege zijn hoge corrosiebestendigheid
- in heupprothesen en tandheelkundige implantaten, vanwege zijn hoge biocompatibiliteit en sterkte.
- In luchtvaartuigen, ruimtevaartuigen en raketten.,
als geld geen probleem is, is titanium een uitstekende keuze voor een sterk, lichtgewicht materiaal. Dankzij de ontwikkelingen in coatingtechnologieën en nieuw onderzochte legeringen komt kosteneffectief magnesium steeds meer naar voren als de lichtste oplossing. Deze drie metalen worden vaak gelijktijdig beschouwd in lichtgewichtoefeningen, samen met composietmaterialen en zelfs hoogsterkte staalsoorten.
een andere overweging die vaak over het hoofd wordt gezien is de kwestie van stijfheid. Het creëren van een staal of lichte legering (bijv., aluminium) component van een vergelijkbare sterkte zal in veel gevallen het gebruik van hogere wanddiktes voor de aluminium component in vergelijking met de stalen component vereisen. Een positief gevolg hiervan bij de aluminium component kan zelfs stijver zijn dan de stalen tegenhanger. Dit is bijvoorbeeld merkbaar in carrosseriepanelen voor auto ‘ s, waar een aluminium monocoque carrosserie stijver kan zijn dan zijn stalen tegenhanger. In dit geval is er een voordeel in de behandeling van het voertuig, bijvoorbeeld, en ook crashweerstand.
