Fel conglfaen diwydiant modern, mae amrywiadau perfformiad deunyddiau metelaidd yn dylanwadu'n uniongyrchol ar eu dewis ar gyfer cymwysiadau penodol. Mae aloion magnesiwm, sinc, titaniwm ac alwminiwm-mae'r pedwar prif ddeunydd metelaidd ysgafn-yn dangos gwahaniaethau sylweddol mewn metrigau craidd megis dwysedd, cryfder, ymwrthedd cyrydiad, ac ymarferoldeb.
I. Cymhariaeth o Nodweddion Corfforol Sylfaenol
1. Dwysedd a Chryfder Penodol
Mae aloion magnesiwm, gyda dwysedd o 1.7–1.9 g/cm³, yn cael eu rhestru fel y metelau strwythurol ysgafnaf. Mae eu cryfder penodol (cryfder / dwysedd) yn cyrraedd 150-250 MPa / (g / cm³), sy'n sylweddol uwch na chryfder aloion alwminiwm (80-120 MPa / (g / cm³)). Er enghraifft, mae aloi magnesiwm AZ91D yn cynnal cryfder tynnol o 280 MPa tra'n pwyso dim ond 68% o aloi alwminiwm 6061. Er bod gan aloion titaniwm ddwysedd uwch (4.5 g / cm³), mae eu cryfder penodol yn dal i fod yn fwy na 300 MPa / (g / cm³), gan gyflawni gostyngiad pwysau o 30% mewn llafnau injan awyrofod.
Mae gan aloion sinc ddwysedd uchel o 6.6–7.2 g/cm³ gyda chryfder penodol o ddim ond 40–60 MPa/(g/cm³). Fodd bynnag, mae eu disgyrchiant penodol uchel yn galluogi mowldio gêr manwl gywir i 0.5 mm o drwch mewn cymwysiadau castio marw-gamp anghyraeddadwy gydag aloion alwminiwm (sy'n gofyn am drwch wal 1.2 mm).
2. Priodweddau Corfforol-Thermol
Mae dargludedd thermol aloi magnesiwm (156 W/(m·K)) 23 gwaith yn fwy na aloi titaniwm (6.7 W/(m·K)). Mewn modiwlau oeri gliniaduron, gall casinau aloi magnesiwm leihau tymheredd CPU 8-10 gradd. Mae aloi alwminiwm yn arddangos dargludedd thermol uwch (237 W/(m·K)), ac eto mae mantais ysgafn aloi magnesiwm yn sicrhau ei oruchafiaeth mewn rheolaeth thermol dyfeisiau symudol.
Mae aloi titaniwm yn cadw 80% o gryfder ei dymheredd ystafell ar 500 gradd, tra bod aloi alwminiwm yn colli 40% o'i gryfder ar 200 gradd. Mae'r gwahaniaeth hwn mewn ymwrthedd gwres yn gwneud aloi titaniwm yn ddeunydd o ddewis ar gyfer siambrau hylosgi injan awyrennau, tra bod aloion alwminiwm yn cael eu defnyddio'n bennaf mewn cydrannau strwythurol tymheredd amgylchynol.
II. Priodweddau Cemegol a Gwrthsefyll Cyrydiad
1. Ymddygiad Ocsidiad
Mae magnesiwm yn gyflym yn ffurfio ffilm MgO 0.5-1μm o drwch mewn aer, ond mae'r ffilm hon yn fandyllog ac yn fregus, gan arddangos cyrydiad tyllu o fewn 24 awr mewn datrysiad NaCl 3.5%. Gall technoleg ocsidiad arc micro gynhyrchu gorchudd ceramig trwchus 20μm ar arwynebau magnesiwm, gan wella ymwrthedd cyrydiad ddeg gwaith.
Mae'r ffilm Al₂O₃ a ffurfiwyd yn naturiol (3-5nm) ar arwynebau aloi alwminiwm yn meddu ar briodweddau hunan-iachau, gan gynnal bywyd gwasanaeth yn fwy na deng mlynedd mewn amgylcheddau morol. Mae aloi alwminiwm anodedig 6061 yn cyflawni trwch cotio o 25μm, gyda gwrthiant chwistrellu halen yn fwy na 2000 awr.
Mae'r ffilm TiO₂ (2-10 nm) a ffurfiwyd ar arwynebau aloi titaniwm yn arddangos priodweddau goddefol perffaith, gan aros yn sefydlog hyd yn oed mewn cyfryngau cyrydol iawn fel aqua regia ac asid sylffwrig crynodedig. Dim ond 0.001 mm/a yw cyfradd cyrydiad titaniwm pur diwydiannol mewn dŵr môr, un rhan o ugeinfed o ddur di-staen 316L.
2. Corydiad electrocemegol
Mae aloion sinc yn dueddol o rydu rhyng-gronynnog mewn amgylcheddau llaith. Pan fydd elfennau amhuredd (Pb, Cd) yn fwy na 0.005% o gynnwys, mae'r gyfradd cyrydiad yn cynyddu deirgwaith. Mae ychwanegu 0.1% Mg yn ffurfio cyfnod Zn-Mg, gan atal cyrydiad electrocemegol yn sylweddol.
Mae gan aloion magnesiwm botensial electrod safonol sylweddol is (-2.37 V) nag aloion alwminiwm (-1.66 V) mewn electrolytau, gan arwain at gyrydiad galfanig ar ryngwynebau magnesiwm / alwminiwm. Gall gosod haenau inswleiddio neu amddiffyniad anod aberthol reoli cyfraddau cyrydiad o dan 0.1 mm/a.
III. Peiriannu a Hyblygrwydd Proses
1. Priodweddau Castio
Mae gan aloion magnesiwm bwynt toddi (650 gradd) 10 gradd yn is nag aloion alwminiwm (660 gradd), ond eto'n arddangos gludedd is, hylifedd uwch, a gallu llenwi gwell. Wrth gynhyrchu castio marw, mae mowldiau aloi magnesiwm yn cyflawni bywyd gwasanaeth o 200,000 o gylchoedd, dwywaith cymaint ag aloi alwminiwm.
Mae aloion sinc yn meddu ar y pwynt toddi isaf (385 gradd ), sy'n galluogi cynhyrchu parhaus trwy beiriannau castio poeth. Mae hyn yn arwain at gynnydd o 40% mewn effeithlonrwydd cynhyrchu o'i gymharu â chastio marw siambr oer aloi alwminiwm. Fodd bynnag, mae aloion sinc yn dangos cyfradd crebachu uwch (0.6%) nag aloion magnesiwm (0.5%), sy'n gofyn am ddyluniad llwydni mwy manwl gywir.
2. Prosesu anffurfiannau
Gall aloion alwminiwm gyflawni dros 90% o anffurfiad trwy brosesau megis rholio ac allwthio, gyda 6061 o aloi alwminiwm mewn cyflwr T6 yn cyrraedd cryfder cynnyrch o 290 MPa. Fodd bynnag, mae aloion magnesiwm yn dangos gallu anffurfio plastig gwael ar dymheredd ystafell oherwydd eu strwythur grisial llawn hecsagonol (HCP). Mae hyn yn golygu bod angen defnyddio allwthiad ongl gornel cyfartal (ECAP) i gyflawni strwythur graen mân iawn, gan gynyddu'r estyniad o 8% i 25%.
Mae aloion titaniwm yn arddangos cyfraddau caledu gwaith eithriadol o uchel (n=0.4), gyda grymoedd torri 1.5 gwaith yn fwy na rhai dur. Mae -gofannu tymheredd uchel (900–1000 gradd ) yn cynhyrchu -microstrwythurau cyfnod, er bod hyn yn cynyddu defnydd ynni offer 30%. Newydd -mathau aloeon titaniwm (ee, Ti-5553) gwella ystafell-ffurfiant tymheredd 50% drwy gynnwys elfen sefydlogi rheoledig.
IV. Dadansoddiad o Senarios Cymhwysiad Nodweddiadol
1. Sector Awyrofod
Mae aloion titaniwm yn cyfrif am 41% o strwythur y jet ymladd F-22. Mae ei drawstiau gêr glanio, wedi'u gwneud o aloi TC4, yn cynnal perfformiad sefydlog ar draws tymereddau sy'n amrywio o -55 gradd i 600 gradd. Mae aloi magnesiwm AZ31B yn cyflawni gostyngiad pwysau o 40% mewn mowntiau lloeren, er bod angen platio nicel i fodloni gofynion ymwrthedd cyrydiad amgylchedd y gofod.
Mae aloi alwminiwm 7075-T6 yn cyfrif am 15% o awyrennau Boeing 787. Mae ei spars adain, wedi'i ymuno trwy weldio tro ffrithiant (FSW), yn cyflawni cryfderau ar y cyd gan gyrraedd 90% o'r deunydd sylfaen, o'i gymharu â dim ond 70% ar gyfer strwythurau rhybedog traddodiadol.
2. Diwydiant Modurol
Mae olwynion aloi magnesiwm (ee, AM60B) yn lleihau pwysau 35% o'i gymharu ag olwynion aloi alwminiwm, er ar ddwbl y gost. Gall technoleg mowldio chwistrelliad lled-solet (SSM) ostwng costau cynhyrchu olwynion aloi magnesiwm 40%.
Zinc alloy die-cast components hold an 80% market share in automotive door locks. The ZA8 alloy, after T5 heat treatment, achieves a hardness of 120 HB and exhibits three times the wear resistance of aluminium alloys. However, zinc alloys suffer from poor dimensional stability at elevated temperatures (>120 gradd ), gan gyfyngu ar eu cymhwysiad mewn cydrannau injan.
3. 3C Electroneg
Mae aloion magnesiwm yn rheoli cyfran o'r farchnad o 65% mewn casinau gliniaduron. Mae'r aloi AZ91D yn cyflawni caledwch wyneb o 1200 HV ar ôl ocsidiad arc micro, gan ragori ar ddur di-staen mewn ymwrthedd gwisgo. Mae aloi alwminiwm 6063 yn cyfrif am 80% o fframiau canol ffonau clyfar, gan alluogi prosesu gwead gyda thrachywiredd 0.1mm trwy dechnoleg nanoimprinting.
Defnyddir aloion titaniwm mewn colfachau ffôn symudol sgrin blygu. Mae'r aloi -math Ti-3Al-2.5V yn cael ei nyddu'n oer, gan gynyddu ei fodwlws elastig o 105 GPa i 120 GPa, gan fodloni'r gofyniad am 200,000 o gylchoedd plygu.
