Алюминий и магний — два самых популярных легких металла, когда речь идет об облегчении промышленных конструкций. Каждый из них обладает уникальными свойствами, которые полезны для конкретных приложений, но также имеют свои недостатки в разных средах.
В этой статье мы рассмотрим свойства алюминия и магния относительно их промышленного применения. Затем мы раскроем их конкретные недостатки и то, как их можно преодолеть с помощью передовых решений по нанесению покрытий.
Алюминий для промышленного применения
Алюминий — хорошо зарекомендовавший себя легкий металл, который широко используется в промышленности с середины 20 века. Его популярность можно объяснить легкими особенностями, которые снижают стоимость и вес конструкции без значительного ущерба для прочности на разрыв.
Свойства алюминия
- Соотношение прочности к весу . Алюминий имеет приличную прочность на разрыв примерно 70–111 МПа , учитывая его плотность 2,7 г/см3. Это можно улучшить за счет легирования: самая высокая серия (7000) достигает впечатляющих 750 МПа.
- Устойчивость к естественной коррозии . Алюминий имеет естественную оксидную пленку, которая защищает металл от естественной коррозии. В условиях отсутствия высоких температур, влажности и/или агрессивных элементов алюминиевые компоненты достаточно защищены.
- Теплопроводность . Алюминий имеет высокую теплопроводность (210 Вт/мК), сохраняя при этом хорошую механическую стабильность при температуре около 100°C . Это делает его идеальным для отвода тепла.
Подходящие области применения алюминия
Структурное облегчение
Алюминий широко используется для изготовления конструктивных элементов из-за его высокой прочности на разрыв при низкой плотности. Уменьшая структурный вес промышленных устройств, инженеры могут значительно снизить стоимость и топливную эффективность конструкций.
Автомобильные рамы, аэрокосмические фюзеляжи и компоненты корпусов кораблей обычно состоят из алюминия, и с каждым годом в них внедряется все больше интеграций для снижения веса.
Охлаждение
Высокая теплопроводность алюминия делает его чрезвычайно полезным для охлаждения. Отвод тепла от термически уязвимых компонентов может продлить срок их службы и снизить затраты, которые в противном случае были бы потрачены на теплоизоляцию.
Электронные радиаторы, охлаждающие ребра в транспортных средствах и охлаждающие вентиляторы в аэрокосмической технике — все они обеспечивают отвод тепла от уязвимых компонентов. Они помогают улучшить функциональность, снизить затраты и максимально увеличить срок службы компонентов.
Основные недостатки алюминия
Износ, вызванный трением
Алюминий имеет низкую твердость по сравнению с более тяжелыми металлами, такими как сталь, которые используются для изготовления соседних компонентов во многих автомобильных и аэрокосмических приложениях. Это может привести к износу, вызванному трением , что может значительно сократить срок службы компонентов, если не принять соответствующие меры.
Ограниченная производительность при высоких температурах
Несмотря на то, что алюминий обладает впечатляющей теплопроводностью, температуры, превышающие предел 100–150 °C, могут привести к пластической деформации металла. Здесь механическая прочность металла постоянно снижается, что затрудняет его интеграцию в среду с высокими температурами.
Магний для промышленного применения
Магний — исключительно распространенный, легкий и интересный металл с точки зрения современной техники. Он демонстрирует некоторые уникальные функции, которые могут значительно улучшить промышленные образцы, но в то же время имеют некоторые ограничения по интеграции.
Свойства магния
- Самый легкий конструкционный металл . Магний — самый легкий конструкционный металл на планете с плотностью 1,7 г/см3. Он также демонстрирует превосходные литейные качества, что делает его идеальным для облегчения веса.
- Гашение вибрации . Магний обладает естественными свойствами гашения вибрации благодаря высокой подвижности дислокаций внутри металла. Это может уменьшить износ , вызванный вибрацией, для конкретных применений и предоставить уникальные возможности для других.
- Электромагнитное экранирование . Магний также обладает естественными свойствами электромагнитного экранирования , которые можно использовать в электронике и смежных отраслях для изоляции и защиты определенных компонентов от помех.
Подходящие области применения магния
Электроника
Магний регулярно используется в современных технологиях из-за его легкого веса и устойчивости к электромагнитным помехам (ЭМИ). Это позволяет сделать ноутбуки, телефоны и другую электронику легче, одновременно защищая чувствительные компоненты от помех.
Интегрируя магний, производители электроники могут снизить затраты на разработку, которые в противном случае были бы потрачены на снижение веса и создание специальных компонентов, защищающих от электромагнитных помех.
Облегчение компонентов
Магний используется в конкретных компонентах, которые позволяют воспользоваться его уникальными свойствами и снизить общий вес конструкций. Функции гашения вибрации и простота литья упрощают этот процесс, что приводит к снижению затрат и значительному снижению веса.
Магний используется в широком спектре конкретных компонентов в различных отраслях промышленности. Лопасти несущего винта вертолетов , корпуса коробок передач и биомедицинские устройства используют преимущества гашения вибраций и снижения веса металла.
Основные недостатки магния
Высокая подверженность коррозии
Магний — чрезвычайно химически активный металл с относительно слабым внешним оксидным слоем. Это делает его чрезвычайно восприимчивым практически ко всем формам коррозии в условиях окружающей среды : например, к равномерной, гальванической, точечной коррозии и коррозии под напряжением. Это быстро приводит к механическому повреждению, в результате чего нелегированный магний становится невозможным даже в слегка агрессивных средах.
Низкая усталость и предел текучести
Магний имеет низкий предел усталости и текучести, что серьезно ограничивает срок службы компонентов. Даже при легировании магнием распространенные производственные дефекты, такие как усадочные отверстия и оксидные включения, не обеспечивают достаточной усталости и предела текучести. Это затрудняет правильную интеграцию магния в условиях высокой усталости.