Sem hornsteinn nútíma iðnaðar hefur frammistöðuafbrigði málmefna bein áhrif á val þeirra fyrir tiltekin notkun. Magnesíum, sink, títan og álblöndur -fjögur helstu létt málmefnin- sýna verulegan mun á kjarnamælingum eins og þéttleika, styrk, tæringarþol og vinnsluhæfni.
I. Samanburður á eðlisfræðilegum grundvallareiginleikum
1. Þéttleiki og sérstakur styrkur
Magnesíum málmblöndur, með þéttleika 1,7–1,9 g/cm³, eru léttustu byggingarmálmarnir. Sérstakur styrkur þeirra (styrkur/þéttleiki) nær 150–250 MPa/(g/cm³), sem er töluvert meiri en álblöndur (80–120 MPa/(g/cm³)). Til dæmis, AZ91D magnesíumblendi viðheldur togstyrk upp á 280 MPa en vegur aðeins 68% af 6061 álblöndu. Þrátt fyrir að títan málmblöndur búi yfir meiri eðlismassa (4,5 g/cm³), þá fer sértækur styrkur þeirra samt yfir 300 MPa/(g/cm³), sem gerir 30% þyngdarminnkun á flugvélablöðum.
Sink málmblöndur hafa háan eðlismassa sem er 6,6–7,2 g/cm³ með sérstakan styrk sem er aðeins 40–60 MPa/(g/cm³). Hins vegar gerir hár eðlisþyngd þeirra kleift að móta gír með nákvæmni upp í 0,5 mm þykkt í-steypu-árangri sem ekki er hægt að ná með álblöndur (sem krefst 1,2 mm veggþykktar).
2. Varma-líkamlegir eiginleikar
Hitaleiðni magnesíumblendis (156 W/(m·K)) er 23 sinnum meiri en títanblendi (6,7 W/(m·K)). Í kælieiningum fyrir fartölvur geta hlífar úr magnesíumblendi lækkað CPU-hitastig um 8–10 gráður. Ál álfelgur sýnir yfirburða hitaleiðni (237 W/(m·K)), en samt tryggir léttur kostur magnesíumblendisins yfirburði þess í hitastjórnun fartækja.
Títan álfelgur heldur 80% af herbergis-hitastyrk sínum við 500 gráður, en álblendi missir 40% af styrkleika sínum við 200 gráður. Þessi mismunur á hitaþoli gerir títan málmblöndu að vali efnis fyrir brunahólf flugvélahreyfla, en álblöndur eru aðallega notaðar í byggingarhluta -umhverfishita.
II. Efnafræðilegir eiginleikar og tæringarþol
1. Oxunarhegðun
Magnesíum myndar fljótt 0,5–1μm þykka MgO filmu í lofti, en þessi filma er gljúp og viðkvæm og sýnir gryfjutæringu innan 24 klukkustunda í 3,5% NaCl lausn. Ör-bogaoxunartækni getur myndað 20μm-þykkt keramikhúð á magnesíumyfirborði, sem tífalt aukið tæringarþol.
Náttúrulega myndað Al₂O₃ filman (3-5nm) á yfirborði álblendis hefur sjálfgræðandi eiginleika, sem heldur endingartíma í meira en tíu ár í sjávarumhverfi. Anodized 6061 álblendi nær 25μm húðþykkt, með saltúðaþol sem fer yfir 2000 klukkustundir.
TiO₂ filman (2-10 nm) sem myndast á yfirborði títan álfelgur sýnir fullkomna aðgerðareiginleika, helst stöðug, jafnvel í mjög ætandi miðlum eins og vatnsvatni og óblandaðri brennisteinssýru. Tæringarhraði hreins iðnaðartítans í sjó er aðeins 0,001 mm/a, einn tuttugasta af 316L ryðfríu stáli.
2. Rafefnafræðileg tæring
Sink málmblöndur eru viðkvæm fyrir tæringu á milli korna í röku umhverfi. Þegar óhreinindi (Pb, Cd) fara yfir 0,005% innihald eykst tæringarhraðinn þrefalt. Ef 0,1% Mg er bætt við myndar Zn-Mg fasa, sem hindrar rafefnafræðilega tæringu verulega.
Magnesíum málmblöndur hafa umtalsvert lægri staðlaða rafskautsgetu (-2,37 V) en álblöndur (-1,66 V) í raflausnum, sem leiðir til galvanískrar tæringar við magnesíum/ál tengi. Með því að innleiða einangrunarhúð eða fórnarskautvörn getur það stjórnað tæringarhraða undir 0,1 mm/a.
III. Vinnanleiki og ferli aðlögunarhæfni
1. Steypueignir
Magnesíum málmblöndur hafa bræðslumark (650 gráður) 10 gráður lægra en álblöndur (660 gráður), samt sýna lægri seigju, yfirburða vökva og betri fyllingargetu. Í-steypuframleiðslu ná magnesíumblendimót endingartíma upp á 200.000 lotur, tvöfalt lengri en álblöndur.
Sink málmblöndur eru með lægsta bræðslumarkið (385 gráður), sem gerir stöðuga framleiðslu kleift í gegnum heita-hólfsmóta-steypuvélar. Þetta skilar 40% aukningu á framleiðsluhagkvæmni samanborið við kalda-kafla-steypu úr áli. Hins vegar sýna sink málmblöndur meiri rýrnunarhraða (0,6%) en magnesíum málmblöndur (0,5%), sem krefst nákvæmari mótshönnunar.
2. Aflögunarvinnsla
Álblöndur geta náð yfir 90% aflögun í gegnum ferla eins og velting og útpressun, þar sem 6061 álblendi í T6 ástandi nær 290 MPa flæðistyrk. Magnesíum málmblöndur sýna hins vegar lélega plastaflögunargetu við stofuhita vegna sexhyrndrar -þéttrar kristalbyggingar (HCP). Þetta krefst þess að nota jafn-hornhornsútpressun (ECAP) til að ná ofur-fínum kornabyggingu, sem eykur lengingu úr 8% í 25%.
Títan málmblöndur sýna einstaklega mikla vinnu herðingarhraða (n=0.4), með skurðkrafti sem er 1,5 sinnum meiri en stál. Há-smíði (900–1000 gráður) gefur af sér -fasa örbyggingu, þó það auki orkunotkun búnaðar um 30%. Nýjar títan málmblöndur af -gerð (td Ti-5553) auka mótunarhæfni við stofuhita um 50% með stýrðu innihaldi stöðugleika.
IV. Greining á dæmigerðum umsóknarsviðum
1. Geimferðasvið
Títan málmblöndur eru 41% af byggingu F-22 orrustuþotunnar. Geislarnir á lendingarbúnaði hans, framleiddir úr TC4 álfelgur, halda stöðugum frammistöðu yfir hitastig á bilinu -55 gráður til 600 gráður. Magnesíumblendi AZ31B nær 40% þyngdarminnkun í gervihnattafestingum, en þarfnast nikkelhúðun til að uppfylla kröfur um tæringarþol í umhverfi umhverfisins.
Ál 7075-T6 er 15% af Boeing 787 flugvélunum. Vængspjöld þess, tengd með núningshræru suðu (FSW), ná samskeyti sem nær 90% af grunnefninu, samanborið við aðeins 70% fyrir hefðbundin hnoðvirki.
2. Bílaiðnaður
Magnesíum álfelgur (td AM60B) draga úr þyngd um 35% samanborið við álfelgur, þó með tvöföldum kostnaði. Hálf-solid injection molding (SSM) tækni getur lækkað framleiðslukostnað magnesíum álfelgur um 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 gráður), sem takmarkar notkun þeirra í vélarhlutum.
3. 3C rafeindatækni
Magnesíum málmblöndur hafa 65% markaðshlutdeild í fartölvuhylkjum. AZ91D álfelgur nær 1200 HV yfirborðshörku eftir ör-bogaoxun, sem fer fram úr ryðfríu stáli hvað varðar slitþol. Ál 6063 myndar 80% af meðalrömmum snjallsíma-, sem gerir áferðarvinnslu kleift með 0,1 mm nákvæmni með nanoimprinting tækni.
Títan málmblöndur eru notaðar til að leggja saman skjá farsíma lamir. -gerð Ti-3Al-2.5V málmblöndunnar gangast undir kaldsnúning og eykur mýktarstuðulinn úr 105 GPa í 120 GPa, sem uppfyllir kröfuna um 200.000 samanbrotslotur.