Sebagai asas industri moden, variasi prestasi bahan logam secara langsung mempengaruhi pemilihan mereka untuk aplikasi tertentu. Magnesium, zink, titanium dan aloi aluminium-empat bahan logam ringan utama-mempamerkan perbezaan ketara dalam metrik teras seperti ketumpatan, kekuatan, rintangan kakisan dan kebolehkerjaan.
I. Perbandingan Sifat Fizikal Asas
1. Ketumpatan dan Kekuatan Khusus
Aloi magnesium, dengan ketumpatan 1.7–1.9 g/cm³, berpangkat sebagai logam struktur paling ringan. Kekuatan spesifiknya (kekuatan/ketumpatan) mencapai 150–250 MPa/(g/cm³), dengan ketara melebihi aloi aluminium (80–120 MPa/(g/cm³)). Sebagai contoh, aloi magnesium AZ91D mengekalkan kekuatan tegangan 280 MPa manakala berat hanya 68% daripada 6061 aloi aluminium. Walaupun aloi titanium mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi (4.5 g/cm³), kekuatan spesifiknya masih melebihi 300 MPa/(g/cm³), mencapai pengurangan berat sebanyak 30% dalam bilah enjin aeroangkasa.
Aloi zink mempunyai ketumpatan tinggi 6.6–7.2 g/cm³ dengan kekuatan khusus hanya 40–60 MPa/(g/cm³). Walau bagaimanapun, graviti tentu yang tinggi membolehkan pengacuan gear ketepatan kepada ketebalan 0.5 mm dalam-aplikasi tuangan-die yang tidak dapat dicapai dengan aloi aluminium (memerlukan ketebalan dinding 1.2 mm).
2. Sifat Fizikal-Terma
Kekonduksian haba aloi magnesium (156 W/(m·K)) adalah 23 kali ganda daripada aloi titanium (6.7 W/(m·K)). Dalam modul penyejukan komputer riba, sarung aloi magnesium boleh mengurangkan suhu CPU sebanyak 8–10 darjah . Aloi aluminium mempamerkan kekonduksian terma yang unggul (237 W/(m·K)), namun kelebihan ringan aloi magnesium memastikan penguasaannya dalam pengurusan terma peranti mudah alih.
Aloi titanium mengekalkan 80% kekuatan suhu biliknya-pada 500 darjah, manakala aloi aluminium kehilangan 40% kekuatannya pada 200 darjah . Perbezaan dalam rintangan haba ini menjadikan aloi titanium sebagai bahan pilihan untuk kebuk pembakaran enjin pesawat, manakala aloi aluminium kebanyakannya digunakan dalam-komponen struktur suhu ambien.
II. Sifat Kimia dan Rintangan Kakisan
1. Kelakuan Pengoksidaan
Magnesium dengan cepat membentuk filem MgO setebal 0.5–1μm di udara, tetapi filem ini berliang dan rapuh, mempamerkan kakisan pitting dalam masa 24 jam dalam larutan NaCl 3.5%. Teknologi pengoksidaan arka-mikro boleh menjana salutan seramik 20μm-tebal pada permukaan magnesium, meningkatkan rintangan kakisan sepuluh kali ganda.
Filem Al₂O₃ yang terbentuk secara semula jadi (3-5nm) pada permukaan aloi aluminium mempunyai sifat penyembuhan sendiri, mengekalkan hayat perkhidmatan melebihi sepuluh tahun dalam persekitaran marin. Aloi aluminium 6061 beranodis mencapai ketebalan salutan 25μm, dengan rintangan semburan garam melebihi 2000 jam.
Filem TiO₂ (2-10 nm) yang terbentuk pada permukaan aloi titanium mempamerkan sifat pempasifan yang sempurna, kekal stabil walaupun dalam media yang sangat menghakis seperti aqua regia dan asid sulfurik pekat. Kadar kakisan titanium tulen industri dalam air laut hanyalah 0.001 mm/a, satu perdua puluh daripada keluli tahan karat 316L.
2. Hakisan Elektrokimia
Aloi zink terdedah kepada kakisan antara butiran dalam persekitaran lembap. Apabila unsur kekotoran (Pb, Cd) melebihi kandungan 0.005%, kadar kakisan meningkat tiga kali ganda. Menambah 0.1% Mg membentuk fasa Zn-Mg, menghalang kakisan elektrokimia dengan ketara.
Aloi magnesium mempunyai potensi elektrod piawai yang jauh lebih rendah (-2.37 V) daripada aloi aluminium (-1.66 V) dalam elektrolit, yang membawa kepada kakisan galvanik pada antara muka magnesium/aluminium. Melaksanakan salutan penebat atau perlindungan anod korban boleh mengawal kadar kakisan di bawah 0.1 mm/a.
III. Kebolehmesinan dan Kebolehsuaian Proses
1. Sifat Casting
Aloi magnesium mempunyai takat lebur (650 darjah ) 10 darjah lebih rendah daripada aloi aluminium (660 darjah ), namun mempamerkan kelikatan yang lebih rendah, kecairan unggul dan keupayaan pengisian yang lebih baik. Dalam penghasilan tuangan-die, acuan aloi magnesium mencapai hayat perkhidmatan 200,000 kitaran, dua kali ganda daripada aloi aluminium.
Aloi zink mempunyai takat lebur paling rendah (385 darjah ), membolehkan pengeluaran berterusan melalui-mesin tuang-panas. Ini menghasilkan peningkatan 40% dalam kecekapan pengeluaran berbanding tuangan sejuk-chamber die- aloi aluminium. Walau bagaimanapun, aloi zink mempamerkan kadar pengecutan yang lebih tinggi (0.6%) daripada aloi magnesium (0.5%), memerlukan reka bentuk acuan yang lebih tepat.
2. Pemprosesan Ubah Bentuk
Aloi aluminium boleh mencapai lebih 90% ubah bentuk melalui proses seperti rolling dan extrusion, dengan 6061 aloi aluminium dalam keadaan T6 mencapai kekuatan hasil 290 MPa. Aloi magnesium, walau bagaimanapun, mempamerkan keupayaan ubah bentuk plastik yang lemah pada suhu bilik disebabkan oleh struktur hablur-heksagon tertutup (HCP) mereka. Ini memerlukan penggunaan-penyemperitan sudut sudut (ECAP) yang sama untuk mencapai struktur butiran ultra-halus, meningkatkan pemanjangan daripada 8% kepada 25%.
Aloi titanium mempamerkan kadar pengerasan kerja yang sangat tinggi (n=0.4), dengan daya pemotongan 1.5 kali ganda kekuatan keluli. Penempaan-suhu tinggi (900–1000 darjah ) menghasilkan -struktur mikro fasa, walaupun ini meningkatkan penggunaan tenaga peralatan sebanyak 30%. Aloi titanium jenis -novel (cth, Ti-5553) meningkatkan{15}}kebolehbentukan suhu bilik sebanyak 50% melalui kandungan unsur penstabil terkawal.
IV. Analisis Senario Aplikasi Biasa
1. Sektor Aeroangkasa
Aloi titanium membentuk 41% daripada struktur jet pejuang F-22. Rasuk gear pendaratannya, yang direka daripada aloi TC4, mengekalkan prestasi yang stabil merentas suhu antara -55 darjah hingga 600 darjah . Aloi magnesium AZ31B mencapai pengurangan berat sebanyak 40% dalam pemasangan satelit, walaupun memerlukan penyaduran nikel untuk memenuhi keperluan rintangan kakisan persekitaran ruang.
Aloi aluminium 7075-T6 merupakan 15% daripada pesawat Boeing 787. Spar sayapnya, dicantumkan melalui kimpalan kacau geseran (FSW), mencapai kekuatan sendi mencapai 90% daripada bahan asas, berbanding hanya 70% untuk struktur terpaku tradisional.
2. Industri Automotif
Roda aloi magnesium (cth, AM60B) mengurangkan berat sebanyak 35% berbanding roda aloi aluminium, walaupun pada kos dua kali ganda. Teknologi pengacuan suntikan separuh -pejal (SSM) boleh mengurangkan kos pengeluaran roda aloi magnesium sebanyak 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 darjah ), mengehadkan penggunaannya dalam komponen enjin.
3. 3C Elektronik
Aloi magnesium menguasai 65% bahagian pasaran dalam sarung komputer riba. Aloi AZ91D mencapai kekerasan permukaan 1200 HV selepas mikro-pengoksidaan arka, mengatasi keluli tahan karat dalam rintangan haus. Aloi aluminium 6063 membentuk 80% bingkai pertengahan-telefon pintar, membolehkan pemprosesan tekstur dengan ketepatan 0.1mm melalui teknologi pencetakan nano.
Aloi titanium digunakan dalam engsel telefon bimbit skrin lipatan. Aloi -jenis Ti-3Al-2.5V mengalami putaran sejuk, meningkatkan modulus keanjalannya daripada 105 GPa kepada 120 GPa, memenuhi keperluan untuk 200,000 kitaran lipatan.
