경량 금속의 유형

1. 경량 금속의 유형 도입

1.1 경량 금속의 정의

경량 금속은 강철의 밀도보다 실질적으로 밀도가 있습니다 (7.8 g/cm3). 실제로, "경량"분류는 약 12의 밀도를 의미합니다 3 g/cm3, 높은 강도 대 중량비와 결합합니다.

이 금속에는 알루미늄이 포함됩니다 (2.70 g/cm3), 마그네슘 (1.74 g/cm3), 티탄 (4.51 g/cm3), 베릴륨 (1.85 g/cm3), 리튬 (0.53 g/cm3), 그리고 스칸디움 (2.99 g/cm3) ⚒.

단위량당 질량이 낮은 것은 디자이너가 강성 또는 내구성을 희생하지 않고 구조 중량을 줄일 수 있도록합니다..

1.2 현대 산업의 중요성

항공 우주 전역의 제조업체, 자동차, 소비자 전자 제품은 연비를 개선하기 위해 가벼운 부품을 위해 노력합니다., 배터리 수명을 연장합니다, 성능 향상.

예를 들어, 스틸 섀시 패널을 자동차에 알루미늄으로 교체하면 차량 무게를 과도하게 줄일 수 있습니다. 200 kg, 연료 소비 감소 10 %¹.

항공 우주에서, 저축 된 각 킬로그램은 직접 항공사의 생애에 대한 운영 비용으로 수천 달러로 변환됩니다..

그 동안에, 전기 자동차 및 휴대용 전자 장치와 같은 신흥 필드는 가벼움을 높은 열 및 전기 전도도와 결합하는 금속을 요구합니다..

2. 경량 금속 표준

경량 금속을 분류하고 비교합니다, 엔지니어는 표준화 된 메트릭에 의존합니다:

2.1 밀도와 특정 강도

• 밀도 (아르 자형): 단위 볼륨 당 질량, g/cm³로 측정. 밀도가 낮 으면 가벼운 구조가 가능합니다.
• 특정 강도 (s/r): 수율 또는 궁극적 인 인장 강도 (MPa) 밀도로 나뉩니다. 높은 특정 강도는 최소 질량에 대한 미결제 하중 용량을 나타냅니다..

2.2 부식 저항

• 알류미늄 & 티탄: 안정적인 형태, 산화 및 많은 화학 물질로부터 보호하는자가 치유 산화물 층.
• 마그네슘 & 리튬: 야외 사용을 위해 코팅 또는 합금이 필요합니다; 보호되지 않은, 습한 식염수 또는 식염수 환경에서 쉽게 부식됩니다.
• 베릴륨 & 스칸듐: 대기 부식성이 우수하지만 독성을 포기하십시오 (BE) 또는 비용 (SC) 도전.

2.3 열 및 전기 전도도

• 전기 전도도:
  • 알류미늄: ~ 37ms/m
  • 마그네슘: ~ 23ms/m
  • 티탄: ~ 2.4ms/m
• 열전도율:
  • 알류미늄: ~ 205 w/m · k
  • 마그네슘: ~ 156 w/m · k
  • 티탄: ~ 22 w/m · k

높은 전도도는 방열판과 전기 버스 바를 선호합니다; 티타늄 슈트 고온 구조 부품과 같은 저전동 금속.

2.4 가공 가능성 및 제조 가능성

• 가공성 등급 (% 프리 컷팅 스틸):
  • 알류미늄: 67 %
  • 마그네슘: 25 %
  • 티탄: 5 %
• 형성 & 용접:
  • 알루미늄 및 마그네슘 용접 (MG의 가연성에 대한 예방 조치로).
  • 티타늄에는 불활성 차폐가 필요합니다; 리튬 및 스캔듐은 반응성과 부족으로 인한 특수 처리.

3. 일반적인 경량 금속

3.1 알류미늄 (알)

알루미늄 합금은 더 많은 것을 설명합니다 25 % 글로벌 금속 사용의, 저밀도로 유명합니다 (2.70 g/cm3) 및 다재다능한 기계적 특성.

제조업체는 SI와 같은 요소와 함께 순수한 AL을 합금합니다, 구리, 마그네슘, 그리고 Zn은 강도를 조정합니다, 전도도, 항공 우주 기체에서 소비자 전자 장치에 이르기까지의 응용에 대한 부식 저항.

1 차 처리 경로에는 주조가 포함됩니다, 뜨겁고 냉기 롤링, 압출, 단조, 반 고체 형성 및 첨가제 제조와 같은 고급 방법.

열처리 가능한 합금 (2트리플 엑스, 6트리플 엑스, 7XXX 시리즈) 강수 경화를 통해 힘을 얻습니다, 비열 처리 가능한 시리즈 (1트리플 엑스, 3트리플 엑스) 작업 경화에 의존하십시오.

일반적인 항복 강도는 100–550 MPa에 걸쳐 있습니다, 열전도율은 ~ 205 w/m · k에 도달합니다, 알루미늄을 열 싱크 및 구조적 역할에서 일꾼으로 만듭니다.

3.2 마그네슘 (마그네슘)

마그네슘 합금 구조 금속 중에서 가장 낮은 밀도의 구별을 유지하십시오 (1.74 g/cm3), ~ 33 제공 % 체중 절약 대 알루미늄.

주요 합금 시스템 —AZ (Al – Zn – Mg), 오전 (Al -Mn), 그리고 ZK (Zn – Zr – Mg)—Combine 합리적인 강점 (120–300 MPa를 생산합니다) 주파수와 크리프 저항.

그들의 육각형 가까운 포장 된 결정 구조는 실내 온도 형성성을 제한한다; 제조업체는 일반적으로 핫 엑스트레드입니다, 다이 캐스트, 또는 부서지기 쉬운 골절을 피하기 위해 따뜻한 단조를 사용하십시오.

MG 합금의 마찰 교반 용접 및 첨가제 제조는 활성 연구 영역으로 남아 있습니다., 높은 증기 압력과 반응성이 강한 열에서 도전에 도전함에 따라.

식염수 또는 습한 환경에서 부식에도 불구하고, 보호 코팅 및 합금 설계 자동차 및 항공 우주 구성 요소의 서비스 수명 확장.

3.3 티탄 (의)

티타늄 합금 놀라운 특이 적 강도를 나타냅니다 240 MPA · cm³/g - 고온 에서이 성능을 유지합니다 (최대 600 ℃), 제트 엔진 및 화학 플랜트에서의 사용을 뒷받침하는 속성.

합금은 세 가지 클래스에 속합니다: 에이 (ti -al, ti – sn), a+b (ti -al -v, 예를 들어. ti 6al-4v), 및 β (of-i, ti -v) 시스템, 각각 강도를 위해 최적화되었습니다, 인성, 및 성형성.

기존의 처리에는 진공 아크 리멜팅이 포함됩니다, 단조, 구르는, 및 온도 역학적 치료; 첨가제 제조 (레이저 분말 침대 융합) 최소한의 스크랩으로 복잡한 형상으로가는 경로로 나타납니다..

티타늄의 열전도율이 낮습니다 (~ 22 w/m · k) 해수 또는 염소 환경에서 높은 부식성 저항은 기계적 능력을 보완합니다..

3.4 베릴륨 (BE)

베릴륨은 매우 낮은 밀도를 결합합니다 (1.85 g/cm3) 강성이 높은 (모듈러스 ~ 287 GPA), 모든 구조 금속의 최고 특유의 강성을 제공.

주로 Be -CU 또는 Be -Ni 합금으로 발견됩니다, 경도가 높아집니다, 열전도율 (~ 200 w/m · k), 전기 접촉에서의 피로 강도, 스팟 웰링 전극, 항공 우주 스프링.

원소는 이온화 방사선에 대한 투명성으로 인해 X- 선 창 및 입자 감지기에서 제공됩니다..

독성 위험은 엄격한 먼지 제어 및 개인 보호 프로토콜을 요구합니다 CNC 가공 그리고 취급.

오일 및 가스 센서의 특수 응용 프로그램, 군사 구성 요소, 고해상도 이미징 익스플로잇 BE의 비자 성 특성 및 차원 안정성.

3.5 리튬 (리)

만 0.53 g/cm3, 리튬은 가장 가벼운 고체 요소입니다, 배터리 전극 및 특수 합금에서 중요한 역할을하는 속성.

리튬 이온 배터리가 소비됩니다 70 % 채굴 된 Li, 높은 에너지 밀도를 활성화합니다 (>250 WH/kg) 전기 자동차 및 휴대용 전자 제품.

야금에서, 알루미늄 또는 마그네슘 합금에 Li 첨가는 곡물 구조를 정제합니다., 연성을 향상시킵니다, 밀도를 최대로 줄입니다 10 % 강성을 높이는 동안.

리튬 금속은 또한 고온 용접의 플럭스와 유기 합성의 시약으로서 작용한다..

솔리드 스테이트 및 리튬 공화 배터리의 최근 발전은 LI 기반 에너지 저장의 경계를 계속 밀고 있습니다..

3.6 스칸듐 (SC)

Scandium의 부족하지만 강력한 합금 효과는 알루미늄 합금의 강도와 용접성을 확대합니다. (최대 +20 % 항복 강도) 저밀도를 유지하는 동안 (~ 2.99 g/cm³).

알루미늄 -SC 합금은 재결정 화를 억제하는 미세한 AllOSC 침전물을 형성합니다, 초 미세한 곡물 구조 및 열 내성 압출을 가능하게합니다.

높은 비용 (자주 >우리를 $2 000/kg) 제한 SC 소개 (<0.5 wt %) 항공 우주 구조 부품, 고성능 스포츠 장비, 및 금속 헤이 라이드 램프.

스칸듐이 풍부한 부산물로부터의 신흥 공급 (예를 들어, 우라늄 채굴 잔류 물) 액세스를 넓힐 수 있습니다, 새로운 고온 및 부가 제조 SC 함유 합금 육성.

4. 경량 금속의 비교 분석

4.1 밀도 대. 특정 강도

가벼운 재료 선택은 종종 특정 강도를 플로팅하는 것으로 시작합니다 (궁극적 인 인장 강도는 밀도로 나뉩니다) 각 금속의 밀도에 대해.

• 리튬 매우 낮은 밀도를 달성하지만 절대 강도는 낮습니다; 그것의 구체적인 강도 라이벌 또는 더 무거운 금속을 초과합니다 ($1).
• 베릴륨 구조 금속들 사이에서 가장 높은 특이 적 강도를 제공합니다, 독성 문제에도 불구하고 강성 크리티컬 성분에 이상적입니다 ($1).
• 티탄 적당한 밀도로 매우 높은 궁극적 인 강도를 균형을 유지합니다, 항공 우주 및 의료 임플란트에 탁월한 특이 적 강도를 산출합니다 ($1).

4.2 강성과 탄성 계수

엔지니어는 탄성 계수를 고려합니다 (영률) 특정 강성을 측정하기 위해 밀도에 비해:

• 베릴륨 탁월한 계수 대 밀도 비율 (특정 강성) 정밀 구조 및 X- 레이 윈도우에 귀중합니다 ($1).
• 티탄, 알류미늄, 마그네슘, 그리고 스칸디움 특정 계수에서 면밀히 클러스터, 티타늄의 절대 강성이 높을수록 더 무거운 하중이 지원됩니다.

4.3 열 및 전기 전도도

전도도는 방열판에 사용됩니다, 전기 버스 바, 또는 구조 부품 절연.

• 알류미늄 높은 열 및 전기 전도성을 저밀도와 결합합니다, 범용 열교환 기 및 지휘자의 기본값 ($1).
• 티탄 낮은 전도도를 나타냅니다, 열 흐름으로 인한 단열재가 유익 해지는 고온 구조 부품에 더 적합합니다. ($1).

4.4 부식성 및 제조 가능성

부식 거동과 처리의 용이성이 금속을 더 차별화합니다.:

• 알류미늄 그리고 티탄 안정적인 산화 층을 형성합니다, 추가 코팅없이 대부분의 환경에서 탁월한 부식 저항 부여 ($1) ($1).
• 마그네슘 그리고 리튬 습한 또는 식염수 조건에서 빠르게 부식; 내구성을 높이기 위해 보호 코팅 또는 합금이 필요합니다 ($1).
• 베릴륨 부식에 저항하지만 독성 먼지로 인해 가공 중에 엄격한 안전 제어가 필요합니다. ($1).
• 스칸듐-강화 된 알루미늄 합금은 알루미늄의 형성성과 용접 성을 유지하면서 곡물 정제를 향상시킵니다., Scandium의 높은 비용 제한은 널리 사용됩니다 ($1).

제조 공정도 다양합니다:

• 가공성: 알루미늄 속도 ~ 67 % 프리 컷팅 스틸, 마그네슘 ~ 25 %, 티타늄 ~ 5 % ($1).
• 용접: 알루미늄 및 마그네슘 용접 (Mg의 플럭스 및 불활성 가스), 티타늄에는 불활성 차폐가 필요합니다; 리튬 및 스칸듐 합금에는 특수 처리가 필요합니다 ($1).

이 비교 프레임 워크는 재료 엔지니어가 각 경량 금속의 밀도와 일치하도록합니다., 힘, 단단함, 전도도, 내식성, 및 특정 응용 프로그램의 요구에 대한 제조 가능성, 비용 및 비용 및 처리 제약 조건에 대한 성능 균형.

5. 경량 금속의 산업 응용

5.1 제약 물집 포장

제약 물집 팩은 PTP 포일의 수분에 의존합니다- 유적 수명 전반에 걸쳐 활성 성분을 보호하기위한 산소 방지 장벽. 제조업체 열 밀봉 래커 알루미늄은 PVC 또는 PVDC 물집 웹에 알루미늄, 환자가 호일을 통해 정제를 밀어 넣을 때까지 불임을 유지하는 개별 포켓 생성.

PTP Blister Foil은 또한 탬퍼 암시 및 방지 방지 기능을 포함하여 마이크로 텍스트와 마찬가지로, 숨겨진 바코드 인쇄, 또는 홀로그램 엠보싱-고 부가가치 의약품의 공급망 보안을 향상시킵니다.

펑크 강도와 제어 된 눈물 특성은 수송 및 취급 중에 보호를받는 환자의 접근 용이성 균형.

5.2 음식과 과자

식품 및 제과 생산 업체는 단일 서비스 블리스 터 팩에 PTP 포일을 사용합니다., 껌, 초콜릿, 그리고 스낵바.

호일의 가벼운 차폐 및 향기 능력은 맛을 보존합니다, 색상, 생산에서 소비까지의 질감.

브랜드는 PTP 포일이 열차 손상없이 열 멸균 및 확장 된 냉장 보관소를 견딜 수 있다는 점에 감사합니다..

유연한 물집 기계는 식품 등급 PVC 필름과 호일을 모두 처리합니다., 일관된 씰 무결성으로 개별 부분을 포장하는 고속 선 활성화.

5.3 화장품 및 개인 관리

화장품에서, 알루미늄 호일 향 주머니는 위생을 가능하게합니다, 크림 용 단일 사용 패킷, 로션, 샴푸, 그리고 얼굴 마스크.

이 샘플러는 심각한 기계적 압력을 견뎌냅니다 1.5 운송 시험에서 톤 - 파열없이, 소비자 사용까지 제품 품질을 보존합니다.

포일 향 주머니도 생생한 지원을합니다, 프리미엄 포장을 모방 한 풀 컬러 인쇄 및 조직 마감, 잡지 인서트 및 직접 메일 캠페인의 브랜드 호소력 향상.

그들의 소형 폼 팩터와 조명 보호는 정확한 투약과 시험 크기의 화장품에 대한 새로운 경험을 보장.

5.4 전기 및 전자 장치

포장 너머, 초박형, 고급 PTP 스타일 알루미늄 호일 (래커가 아닙니다) 전해 커패시터 및 리튬 이온 배터리 라미네이트 파우치에서 전극 재료 역할을합니다..

커패시터 포일은 커패시턴스를 최적화하고자가 차지를 최소화하기 위해 매우 낮은 불순물 수준과 정확한 게이지 제어를 요구합니다..

배터리 파우치에서, 알루미늄 호일 가벼운 역할을합니다, 다층 폴리머 필름을 밀봉하는 부식 방지 외관, 수분 유입 및 기계적 손상으로부터 세포를 보호합니다.

5.5 신흥 및 틈새 사용

똑똑하고 안전한 포장

• RFID 가능 포일: 초박형 안테나를 호일 라미네이트에 통합하면 고가의 제품의 실시간 추적 및 인증이 가능합니다..
• 방지 방지 홀로그래피: PTP 호일 표면에 엠보싱 또는 인쇄 홀로그램이 가짜 약물 및 고급 제품을 방해합니다..

전도성 및 인쇄 전자 장치

• 인쇄 회로: Flexible Electronics는 호일의 전도성을 활용하여 일회용 의료 카드에 인쇄 된 센서 및 상호 연결.
• 에너지 수확기: 포일 표면은 자체 힘 스마트 포장 프로토 타입에서 박막 태양 전지 또는 트리 보전 발전기의 기질 역할을합니다..

특수 물집 형식

• 복합 필름 물집: 산화 알루미늄과 같은 배리어 필름과 PTP 포일을 결합하는 것은 매우 민감한 API를위한 하이브리드 구조를 생성합니다..
• 생분해 성 코팅: 연구 시험은 중합체 폐기물을 줄이기 위해 바이오 기반 실란트를 적용합니다, 보다 지속 가능한 물집 팩을 가능하게합니다.

이 최첨단 응용 프로그램은 간단한 소비자 포장에서 산업 전반에 걸쳐 혁신을 주도하는 다기능 자료 플랫폼으로 PTP 알루미늄 호일의 진화를 보여줍니다..

6. 결론

경량 금속 - 불안정 알루미늄, 마그네슘, 티탄, 베릴륨, 리튬, 및 Scandium- 저밀도의 맞춤형 조합을 제공하여 현대 공학을 강화합니다., 높은 특이 적 강도, 내식성, 열 또는 전기 성능.

항공 우주 및 자동차 부문은 이러한 속성을 이용하여 효율성을 높이고 배출량을 줄입니다., 전자 기기 동안, 의료기기, 및 스포츠 장비 하네스 특수 애플리케이션을위한 특정 금속 특성.

합금 개발의 지속적인 발전, 첨가제 제조, 공급망 다각화는 경량 금속의 사용을 더욱 넓힐 것입니다., 산업 전반의 지속 가능성과 혁신 주도.