Madame Lelica

wiele branż poszukuje innowacyjnych sposobów na obniżenie kosztów, zmniejszenie masy swoich produktów i zmniejszenie ogólnego zużycia energii. W rezultacie metale lekkie, takie jak aluminium, magnez i tytan, są coraz częściej uważane za alternatywy dla stali. Dzięki nowym badaniom nad stopami i technologiami powierzchniowymi, takimi jak PEO, inżynierowie mogą wykorzystywać te lekkie metale w sposób, który wcześniej uznano za nieodpowiedni., Aby znaleźć odpowiednie rozwiązania materiałowe, ważne jest, aby mieć poczucie potencjalnych zalet i wad każdego metalu i jak mogą one wpłynąć na projekt pod ręką.

Aluminium

Aluminium od dawna jest używane jako alternatywa dla stali nierdzewnej:

• jest tańsze niż stal do odlewania i wytwarzania, a Najtańszy z metali, na które patrzymy Funt za Funt.
• jego pasywna warstwa tlenku zapewnia wysoką odporność na korozję, którą można jeszcze poprawić poprzez anodowanie lub PEO.,
• jest to około jedna trzecia gęstości stali, co daje jej użyteczny stosunek wytrzymałości do masy. Jest to łatwe do dalszej poprawy dzięki stopom i technikom powlekania.
• Aluminium ma wysoką ciągliwość i plastyczność. W rezultacie może być precyzyjnie obrabiany z łatwością. Oszczędza to czas w procesie produkcji, dzięki czemu jest to bardziej ekologiczna i ekonomiczna opcja.

pomimo tych zalet, warto o tym pamiętać:

• niska twardość aluminium ma tendencję do słabej odporności na ścieranie i zużycie., W związku z tym, powłoki odporne na ścieranie są wymagane w wielu okolicznościach, aby umożliwić ich stosowanie tam, gdzie w przeciwnym razie zapewnia odpowiednie właściwości mechaniczne.
• chociaż aluminium ma dość niską wytrzymałość na rozciąganie, istnieją stopy, które mogą podnieść go z 70 MPa do około 700 MPa, zapewniając bardzo wysoki stosunek wytrzymałości do masy. Należy zauważyć, że cena za tak wysoką wytrzymałość wydaje się być znaczna utrata odporności na korozję. Powłoki są zwykle niezbędne do zapobiegania korozji, w których stosowane są stopy o wysokiej wytrzymałości, takie jak seria 7xxx i 2xxx.,
• chociaż jest on szeroko stosowany w opakowaniach żywności i naczyniach do gotowania, istnieją pewne obawy dotyczące biokompatybilności aluminium i potencjalnych powiązań z chorobą Alzheimera. Ponownie, powłoki ochronne mogą zapewnić odpowiedź w wielu przypadkach, pomagając zapewnić, że nie zachodzi reakcja podłoża.,

od kadłubów samolotów po puszki po koks, aluminium dzięki swojej lekkiej wadze, niskim kosztom i łatwości wytwarzania nadaje się do niezliczonych zastosowań inżynierskich:

• Apple przodowało w powszechnym stosowaniu aluminium do tworzenia charakterystycznych korpusów swoich MacBooków, iphone ' ów i iPadów. Entuzjazm Steve' a Jobsa do metalu skłonił go nawet do zamówienia niestandardowego aluminiowego jachtu. Od pionierskiego zastosowania aluminium przez Apple, jest on obecnie materiałem wybieranym do laptopów i telefonów.
• wiele samochodów ma lekką aluminiową maskę i inne panele nadwozia., Zazwyczaj główne elementy silnika, takie jak bloki silnika i tłoki, są obecnie prawie wyłącznie wykonane z odlewanych stopów aluminium. Inne lekkie elementy aluminiowe, takie jak zaciski hamulcowe, obudowy elektryczne, elementy wykończenia wnętrza, pomagają zmniejszyć masę pojazdu i zwiększyć zużycie paliwa.,

magnez

wzrost zainteresowania w ciągu ostatniej dekady ujawnił, w jaki sposób stopy magnezu i techniki powlekania mogą w pełni wykorzystać jego atrakcyjne właściwości:

• magnez jest niezwykle lekki: jest 75% lżejszy od stali, 50% lżejszy od tytanu i 33% lżejszy od aluminium.
• ma najwyższą znaną zdolność tłumienia ze wszystkich metali konstrukcyjnych, zdolną wytrzymać 10x więcej niż aluminium, tytan lub stal.
• jest bardzo łatwy w obróbce i może być formowany wtryskowo.,
• magnez jest całkowicie biokompatybilny, nie stwarzając zagrożenia toksycznością.

z drugiej strony ma pewne dobrze znane niedociągnięcia, które ograniczają jego szersze zastosowanie.

• metal jest wysoce aktywny chemicznie, więc odporność chemiczna i korozja jest niska
• niska twardość powierzchni, podobnie jak aluminium, utrudnia stosowanie go w zastosowaniach tribologicznych bez powłoki
• wieloletnie obawy o Palność czasami wykluczają stosowanie magnezu, czasami bez uzasadnienia., Niemniej jednak aspekt ten należy nadal rozpatrywać jako część całościowego procesu doboru materiałów.

od czasu porozumienia w ACEA z 1998 r.przepisy ograniczające emisję dwutlenku węgla doprowadziły przemysł motoryzacyjny do zbadania sposobów, w jaki niezwykle lekka waga magnezu może być dostosowana do celu. Przed tym wzrostem zainteresowania magnez wydawał się bezużyteczny w wielu kontekstach przemysłowych:

• wysoka reaktywność magnezu sprawiła, że był podatny na korozję., Jednak niedawno odkryte stopy i warianty tradycyjnych stopów o wyższej czystości mają znacznie większą odporność na korozję, a nowe techniki powlekania, takie jak plazmowe utlenianie elektrolityczne (PEO), tworzą całkowicie odporny tlenek neutralny z podłoża metalu.
• słaba odporność na pełzanie magnezu sprawiła, że nie nadaje się do wysokich temperatur, ale niedawno odkryte stopy, takie jak ZE41 & ZWO8203 są odporne na wysoką temperaturę w ekstremalnych temperaturach (c. 400 F). Powłoki PEO sprawiają, że magnez jest wyjątkowo odporny na ciepło.,
• niska wytrzymałość na rozciąganie magnezu sprawiła, że nie nadaje się do zastosowań konstrukcyjnych, ale nowe stopy i powłoki oznaczają, że tak już nie jest.

w wyniku tych zmian magnez jest coraz częściej używany w różnych ustawieniach:

• foteliki samochodowe, elektronarzędzia, bagaż i Kamery zostały zaprojektowane tak, aby jak najlepiej wykorzystać lekki, mocny magnez.
• inżynierowie wojskowi zaczęli używać magnezu w przekładniach śmigłowców i obudowach generatorów, jako środka zapewniającego lekką odporność na ekstremalne temperatury.,
• wysokowydajne ramy i koła rowerów górskich są coraz częściej wykonane z lekkiego, odpornego na korozję magnezu.
• przemysł lotniczy i motoryzacyjny coraz częściej poszukuje sposobów na zwiększenie efektywności paliwowej i zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych.
• złożone, lekkie i mocne komponenty, takie jak te występujące w silnikach, można łatwo formować z magnezu.,

ekscytujące zmiany w stopach magnezu, metodach produkcji i technologiach powlekania sprawiają, że magnez staje się coraz bardziej opłacalnym kandydatem do mocnego, lekkiego i opłacalnego rozwiązania.

Tytan

Tytan jest znacznie silniejszy niż aluminium i magnez, chociaż jego większa gęstość oznacza, że stosunek wytrzymałości do masy dla trzech metali wydają się być podobne. Jest to często pierwszy port połączenia dla inżynierów, którzy chcą zastąpić stal w lekkich ćwiczeniach dla elementów obciążonych., Dodatkową zaletą jest wysoka odporność na korozję, a także bardzo wysoka biokompatybilność.

Niestety wysoki koszt wydobycia i wytworzenia może wykluczać jego wykorzystanie na ogólnym rynku konsumenckim.

w przemyśle Tytan można znaleźć:

• na kadłubach statków, okrętach podwodnych i innych konstrukcjach narażonych na działanie wody morskiej, ze względu na wysoką odporność na korozję
• w zamiennikach stawu biodrowego i implantach dentystycznych, ze względu na wysoką biokompatybilność i wytrzymałość.
• w samolotach, statkach kosmicznych i rakietach.,

Jeśli pieniądze nie są problemem, tytan jest doskonałym wyborem dla mocnego, lekkiego materiału. Dzięki rozwojowi technologii powlekania i nowo zbadanym stopom, ekonomiczny magnez coraz częściej pojawia się jako najlżejsze rozwiązanie. Te trzy metale są często rozważane jednocześnie w lekkim ćwiczeniu, wraz z materiałami kompozytowymi, a nawet stalami o wysokiej wytrzymałości.

jedną z często pomijanych kwestii jest kwestia sztywności. Tworzenie stali lub stopów lekkich (np., aluminium) składnik o podobnej wytrzymałości będzie w wielu przypadkach wymagać zastosowania większej grubości ścianek dla elementu aluminiowego w porównaniu do elementu stalowego. Jedna pozytywna konsekwencja tego faktu w przypadku elementu aluminiowego może być w rzeczywistości sztywniejsza niż jego stalowy odpowiednik. Jest to zauważalne na przykład w samochodowych panelach nadwozia, gdzie aluminiowy monocoque może być sztywniejszy niż jego stalowy odpowiednik. W tym przypadku istnieje korzyść w obsłudze pojazdu, na przykład, a także odporność na zderzenia.