Madame Lelica

många branscher letar efter innovativa sätt att minska sina kostnader, sänka vikten på sina produkter och minska deras totala energiförbrukning. Som ett resultat anses lätta metaller, såsom aluminium, magnesium och Titan, alltmer som alternativ till stål. Med ny forskning om legeringar och ytteknik som PEO kan ingenjörer använda dessa lätta metaller på ett sätt som tidigare skulle ha ansetts olämpligt., För att hitta rätt materiallösningar är det viktigt att ha en känsla av de potentiella fördelarna och nackdelarna med varje metall och hur de kan påverka det aktuella projektet.

Aluminium

Aluminium har länge använts som ett alternativ till rostfritt stål:

• Det är billigare än stål att gjuta och tillverka, och det billigaste av metallerna vi tittar på pund för Pund.
• dess passiva oxidskikt ger hög korrosionsbeständighet, vilket kan förbättras ytterligare genom anodisering eller PEO.,
• Det är ungefär en tredjedel av densiteten av stål, vilket ger en användbar styrka-till-vikt-förhållande. Dess som lätt förbättras ytterligare genom legeringar och beläggningstekniker.
• Aluminium har en hög duktilitet och formbarhet. Som ett resultat kan det precisionsbearbetas med lätthet. Detta sparar tid i tillverkningsprocessen, vilket gör det till ett grönare och mer ekonomiskt alternativ.

trots dessa fördelar är det värt att komma ihåg:

• den låga hårdheten hos aluminium tenderar att ge den Dålig nötning och slitstyrka., Därför krävs hårda beläggningar under många omständigheter för att möjliggöra användning där det annars ger lämpliga mekaniska egenskaper.
• medan aluminium har en ganska låg draghållfasthet, finns det legeringar som kan höja den från 70 MPa till cirka 700 MPa, vilket ger ett mycket högt hållfasthetsförhållande. Det bör noteras att priset för en sådan hög hållfasthet tenderar att vara en betydande förlust av korrosionsbeständighet. Beläggningar är normalt nödvändiga för att förhindra korrosion där höghållfasta legeringar som 7xxx och 2xxx-serien används.,
• även om det används ofta i livsmedelsförpackningar och köksredskap, finns det viss oro över aluminiums biokompatibilitet och potentiella länkar till Alzheimers sjukdom. Återigen kan skyddande beläggningar ge svaret i många fall, vilket hjälper till att säkerställa att ingen reaktion av substratet uppstår.,

från flygplanskropp till koksburkar, aluminium, med låg vikt, låg kostnad och enkel tillverkning lämpar sig för en myriad av tekniska applikationer:

• Apple har lett vägen i den utbredda användningen av aluminium för att göra de distinkta kropparna av sina MacBooks, iPhone och iPads. Steve Jobs entusiasm för metallen ledde till och med honom att beställa en anpassad aluminium yacht. Eftersom Apples banbrytande användning av aluminium, är det nu valet material för bärbara datorer och telefoner.
• många bilar har en lätt aluminium huva och andra kroppspaneler., Vanligtvis är stora motorkomponenter som motorblock och kolvar nu nästan uteslutande gjorda av gjutna aluminiumlegeringar. Andra lätta aluminiumkomponenter som bromskalliprar, elektriska Höljen, inredningsdetaljer bidrar alla till att minska fordonets vikt och öka bränsleeffektiviteten.,

Magnesium

en ökning i intresse under det senaste decenniet har visat hur magnesiumlegeringar och beläggningstekniker kan göra det mesta av sina attraktiva egenskaper:

• Magnesium är extremt lätt: det är 75% lättare än stål, 50% lättare än titan och 33% lättare än aluminium.
• den har den högsta kända dämpningskapaciteten hos någon strukturell metall, som kan motstå 10x mer än aluminium, titan eller stål.
• Det är mycket lätt att Maskin, och kan formas injektion.,
• Magnesium är helt biokompatibelt och utgör inga toxicitetsrisker.

å andra sidan har det några välkända brister som begränsar dess bredare tillämplighet.

• metallen är kemiskt mycket aktiv, så kemisk och korrosionsbeständighet tenderar att vara låg
• låg ythårdhet, som aluminium, gör det svårt att använda i tribologiska applikationer utan beläggning
• fleråriga farhågor om brandfarlighet utesluter ibland användningen av magnesium, ibland utan motivering., Denna aspekt bör dock fortfarande betraktas som en del av en holistisk materialvalsprocess.

sedan ACEA-avtalet från 1998 har lagstiftning som begränsar koldioxidutsläpp lett bilindustrin till att undersöka hur den extremt lätta vikten av magnesium kan passa för ändamålet. Före denna ökning av intresse hade magnesium verkade oanvändbart i många industriella sammanhang:

• magnesiums höga reaktivitet hade gjort den mottaglig för korrosion., Men nyligen upptäckta legeringar och varianter med högre renhet av traditionella legeringar har en mycket större korrosionsbeständighet, och nya beläggningstekniker som plasmaelektrolytisk oxidation (PEO) gör en grundligt resistent neutral oxid från metallets substrat.
• magnesiums dåliga krypmotstånd hade gjort det olämpligt för höga temperaturer, men upptäckte nyligen legeringar som ZE41 & ZWO8203 är värmebeständiga vid extrema temperaturer (C. 400 F). PEO-beläggningar gör också magnesium extremt värmebeständigt.,
• magnesiums låga draghållfasthet hade gjort det olämpligt för konstruktionsändamål, men nya legeringar och beläggningar betyder att detta inte längre är fallet.

som ett resultat av denna utveckling används magnesium alltmer i en rad inställningar:

• bilstolar, elverktyg, bagage och kameror har alla utformats för att göra det mesta av lätt, starkt magnesium.
• militära ingenjörer har börjat använda magnesium i helikopterväxlar och generatorhus, som ett sätt att ge lätt motstånd mot extrema temperaturer.,
• högpresterande mountainbikeramar och hjul är alltmer gjorda av lätt, korrosionsbeständigt magnesium.
• flyg-och bilindustrin tittar alltmer på hur magnesium kan öka bränsleeffektiviteten och minska växthusgaserna.
• komplexa, lätta och starka komponenter som de som finns i motorer kan lätt formas ut ur magnesium.,

spännande utveckling inom magnesiumlegeringar, tillverkningsmetoder och beläggningsteknik gör magnesium till en alltmer livskraftig kandidat för en stark, lätt och kostnadseffektiv lösning.

Titan

Titan är signifikant starkare än både aluminium och magnesium, även om dess högre densitet innebär att förhållandet mellan styrka och vikt för de tre metallerna tenderar att vara liknande. Det är ofta den första anlöpshamnen för ingenjörer som vill ersätta stål i en lightweighting övning för stressade komponenter., Den har den extra fördelen av att vara mycket korrosionsbeständig och har också mycket hög biokompatibilitet.

tyvärr kan den höga kostnaden för utvinning och tillverkning utesluta dess användning för den allmänna konsumentmarknaden.

inom industrin kan Titan hittas:

• på fartygsskrov, ubåtar och andra strukturer som utsätts för havsvatten, på grund av dess höga korrosionsbeständighet
• i höftproteser och tandimplantat, på grund av dess höga biokompatibilitet och styrka.
• i flygplan, rymdfarkoster och missiler.,

om pengar inte är något problem är titanium ett utmärkt val för ett starkt, lättviktsmaterial. Tack vare utvecklingen inom beläggningsteknik och nyligen undersökta legeringar växer kostnadseffektivt magnesium alltmer fram som den lättaste lösningen. Dessa tre metaller anses ofta samtidigt i lättviktsövningar, tillsammans med kompositmaterial och till och med höghållfasta stål.

ett annat övervägande som ofta förbises är frågan om styvhet. Skapa en stål-eller lättlegering (t. ex., aluminium) komponent av liknande styrka kommer i många fall att kräva användning av högre väggtjocklekar för aluminiumkomponenten jämfört med stålkomponenten. En positiv konsekvens av detta vid aluminiumkomponenten kan faktiskt vara styvare än dess stål motsvarighet. Detta märks t.ex. i fordonspaneler, där en aluminiummonocoque kropp kan vara styvare än dess stål motsvarighet. I det här fallet finns det en fördel vid fordonshantering, till exempel, och även kraschmotstånd.