انتخاب انواع فلز سبک وزن می تواند یکی از گزینه های موثر در سود آوری پروژه های مختلف صنعتی و ساختمانی باشد. حتی انتخاب انواع فلز سبک وزن ممکن است در کاهش هزینه ها و قیمت های نهایی هر پروژه ای موثر باشند. این در حالی است که بسیاری از صنایع برای تولید محصولات خود به دنبال راه های جدید و مدرن برای کاهش هزینهها، کاهش وزن محصولات و کاهش مصرف انرژی هستند. در نتیجه، انتخاب انواع سبک وزن مانند آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم می تواند به عنوان جایگزینی برای فولاد در نظر گرفته شود.
با انجام تحقیقات جدید روی آلیاژها و فناوریهای سطحی مانند PEO، مهندسان میتوانند از فلزات سبک وزن به روشهای موثری برای ساخت پروژه های خودشان استفاده کنند. با توجه به اهمیت شناخت و کاربرد انواع فلز سبک وزن ما سعی کرده ایم در این مقاله از hbboard مهمترین و کاربردی ترین فلزات سبک وزن را همراه با ویژگی های منحصر به فردشان مورد بررسی قرار دهیم.
آلومینیوم
آلومینیوم به عنوان یکی از انواع فلز سبک وزن از سالها قبل به عنوان جایگزینی برای فولاد ضد زنگ استفاده میشود. از جمله مزایای استفاده از این فلز سبک وزن در صنایع، عبارتاند از:
- چگالی این فلز حدود یک سوم چگالی فولاد است که نسبت به وزن آن استحکام خوبی دارد.
- ریختهگری و ساخت آن ارزانتر از فولاد است و ارزانترین فلزی است میتوان در صنایع مختلف از آن استفاده کرد.
- لایه اکسید غیرفعال موجود در سطح به این فلز توانایی مقاومت در برابر خوردگی بالایی میدهد که قابلیت بهبود هم دارد.
- آلومینیوم انعطاف پذیری و چکش خواری بالایی دارد. این ویژگی باعث صرفه جویی در زمان در طول فرآیند ساخت میشود و آن را به یک مصالح سبز و حتی اقتصادی برای صنعت ساخت و ساز تبدیل میکند.
علیرغم همه این مزایا، لازم به ذکر است که این فلز معایبی نیز دارد. از جمله معایب آلومینیوم، عبارتاند از:
- در حالی که آلومینیوم دارای استحکام کششی نسبتاً کمی است، آلیاژهایی وجود دارند که میتوانند آن را از 70 مگاپاسکال به حدود 700 مگاپاسکال برسانند و نسبت استحکام به وزن بسیار بالایی را فراهم کنند.
- اگرچه به طور گستردهای در بسته بندی مواد غذایی و ظروف پخت و پز از آلومینیوم استفاده میشود، با این حال نگرانی هایی در مورد زیست سازگاری آلومینیوم و ارتباط بالقوه آن با بیماری آلزایمر وجود دارد.
کاربرد آلومینیوم به عنوان فلز سبک وزن
اآلومینیوم، با وزن سبک، هزینه کم و سهولت ساخت، به عنوان گزینهای محبوب و پرکاربرد در انواع صنایع محسوب می شود.
شرکت اپل در استفاده گسترده از آلومینیوم برای ساخت بدنههای متمایز مک بوکها، آیفونها و آیپدهای خود پیشتاز بوده است. اشتیاق استیو جابز به این فلز حتی باعث شد که او یک قایق آلومینیومی سفارشی تهیه کند. از آنجایی که اپل از آلومینیوم استفاده زیادی کرده، اکنون این ماده، فلز انتخابی برای ساخت لپ تاپها و تلفنها است.
بسیاری از خودروها دارای کاپوت آلومینیومی سبک وزن و سایر پانلهای بدنه آلومینیومی هستند. به طور معمول، اجزای اصلی موتور مانند بلوک موتور و پیستون در حال حاضر تقریباً به طور انحصاری از آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری ساخته میشوند. سایر اجزای آلومینیومی سبک وزن مانند کالیپرهای ترمز، محفظههای الکتریکی، قطعات تزئینی داخلی همگی به کاهش وزن خودرو و افزایش بهره وری سوخت کمک میکنند.
منیزیم
منیزیم یکی دیگر از انواع فلز سبک وزن است. این فلز 75٪ سبک تر از فولاد، 50٪ سبک تر از تیتانیوم و 33٪ سبک تر از آلومینیوم است.این فلز دارای بالاترین ظرفیت میرایی شناخته شده در بین هر فلز ساختاری است. حتی میتواند 10 برابر بیشتر از آلومینیوم، تیتانیوم یا فولاد مقاومت کند.
منیزیم کاملاً با محیط زیست سازگار است و هیچ گونه خطر سمی بودن ندارد. این فلز از نظر شیمیایی بسیار فعال است، بنابراین تحمل شیمیایی و مقاومت خوردگی پایین تری دارد. منیزیم مانند آلومینیوم دارای سختی سطحی پایینی است. همین مسئله استفاده از آن را در کاربردهای خاص، بدون استفاده از پوشش، دشوار میکند. نگرانیهای همیشگی در مورد اشتعال پذیری، گاهی اوقات استفاده از منیزیم را محدود میکند.
از زمان ایجاد توافقنامه ACEA در سال 1998، قوانین محدود کننده انتشار کربن، فعالان صنعت خودروسازی به دنبال روش هایی هستند که از طریق آنها بتوان از ویژگی های منیزیم در صنایع مختلف استفاده کنند. قبل از افزایش محبوبیت این فلز، منیزیم در بسیاری از زمینههای صنعتی غیرقابل استفاده به نظر میرسید.
به طور کلی، واکنش پذیری بالای منیزیم آن را مستعد خوردگی میکند. با این حال، انواع آلیاژها و محصولات جدید ساخته شده از منیزیم مقاومت بسیار بیشتری در برابر خوردگی دارند. علاوه براین تکنیکهای پوشش دهی جدید مانند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما (PEO) یک اکسید خنثی کاملاً مقاوم را از بستر فلزی منیزیم میسازند.
مقاومت ضعیف منیزیم در برابر حرارت، این محصول را برای استفاده در دماهای بالا نامناسب کرده بود، اما آلیاژهای اخیراً کشف شده مانند ZE41 و ZWO8203 در دماهای بسیار بالا (حدود 400 درجه فارنهایت) در برابر حرارت مقاوم هستند. علاوه براین پوششهای PEO منیزیم را در برابر حرارت بسیار مقاوم میکند.
همچنین استحکام کششی کم منیزیم آن را برای مصارف ساختاری نامناسب کرده بود. اما آلیاژها و پوششهای جدید این معایب را برطرف کردهاند.
کاربرد منیزیم به عنوان یک فلز سبک وزن
با توجه به پیشرفت های اخیر در مورد آلیاژهای جدید، منیزیم به طور فزایندهای در طیف وسیعی از محصولات تولیدی استفاده میشود. از جمله این موارد، عبارتاند از:
- اجزای پیچیده، سبک و قوی مانند اجزای موجود در موتورها را میتوان به راحتی از طریق استفاده از فاز منیزیم قالب گیری کرد.
- قابها و چرخهای دوچرخه کوهستانی با کارایی بالا به طور فزایندهای از منیزیم سبک وزن و مقاوم در برابر خوردگی ساخته میشوند.
- صندلیهای ماشین، ابزارهای برقی، چمدانها و دوربینهاهمگی به گونهای طراحی شدهاند که در ساختار آنها از منیزیم سبک و قوی استفاده میشود.
- مهندسان نظامی استفاده از منیزیم را درگیربکس هلیکوپتر و محفظه ژنراتورها به عنوان وسیلهای برای ایجاد محصولی مقاوم با وزن سبک در برابر دماهای بسیار بالا آغاز کردهاند.
- در صنایع هوانوردی و خودروسازی به طور فزایندهای به دنبال راههایی هستند که از طریق استفاده از منیزیم بتوان بازده مصرف سوخت را افزایش داد و از میزان تولید گازهای گلخانهای کاهید.
پیشرفتهای هیجانانگیز در تولید آلیاژهای منیزیم، فلز سبک وزن منیزیم را به یک گزینه مناسب و به عنوان راهحلی قوی، سبک و مقرونبهصرفه برای استفاده در صنایع مختلف تبدیل کرده است. یکی از مهمترین این پیشرفت ها، ساخت پنل های منیزیمی است که استفاده از آنها در ساختمان سازی مزایای بسیار زیادی دارد. برهمین اساس شرکت آدرین اطلس ماندگار سعی کرده است با تولید باکیفیت ترین و بهترین پنل های منیزیمی، نیاز های صنایع مختلف برای استفاده از منیزیم سبک وزن را برطرف کند.
تیتانیوم
تیتانیوم به عنوان یکی از انواع فلز سبک وزن به طور قابل توجهی از آلومینیوم و منیزیم قوی تر است. حتی اغلب اولین فلز مورد نظر برای مهندسانی است که به دنبال جایگزینی فولاد در تولید یک محصول سبک وزن هستند.
مزیت برجسته تیتانیوم این است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. همچنین سازگاری بسیار بالایی با محیط زیست دارد. متأسفانه هزینه بالای استخراج و ساخت آن ممکن است استفاده از تیتانیوم را برای بازار مصرف عمومی تحت تاثیر قرار دهد. در صنعت، استفاده از تیتانیوم را میتوان در موارد زیر یافت:
- در هواپیما، فضاپیما و موشک
- در تعویض ایمپلنتهای دندانی به علت زیست سازگاری و استحکام بالا
- دربدنه کشتیها، زیردریاییها و سایر سازههایی که در معرض آب دریا هستند، به علت مقاومت بالای تیتانیوم در برابر خوردگی
سخن آخر
در انتخاب انواع فلز سبک وزن در صنایع مختلف با کاربرد های متفاوت باید بهترین نوع را متناسب با نیاز پروژه انتخاب کنید. این در حالی است که تیتانیوم یک انتخاب عالی و یک ماده قوی و سبک وزن برای پروژههایی است که بودجه بسیار زیادی دارند. به لطف پیشرفت در فناوریهای پوشش دهی و وجود آلیاژهای تازه کشف شده، منیزیم به عنوان فلزی مقرون به صرفه به طور فزایندهای به عنوان “سبک ترین فلز” کاربرد های بسیاری ممکن است در صنایع مختلف پیدا کند. به طور کلی، این سه فلز اغلب به طور همزمان در محصولات سبک وزن، همراه با مواد کامپوزیت و حتی فولادهایی با استحکام بالا مورد استفاده قرار میگیرند.
منبع:
https://blog.keronite.com/selecting-the-right-lightweight-metal