Врсте лаганих метала

1. Увођење врста лаганих метала

1.1 Дефиниција лаганих метала

Лагани метали имају густина значајно испод оних челика (7.8 г/цм³). У пракси, "лагана" класификација подразумева густине испод 3 г/цм³, спојени са високим омјерима снаге до тежине.

Ови метали укључују алуминијум (2.70 г/цм³), магнезијум (1.74 г/цм³), титанијум (4.51 г/цм³), берилијум (1.85 г/цм³), литијум (0.53 г/цм³), и скандијум (2.99 г/цм³) ⚒.

Њихова ниска маса по јединици запремине омогућава дизајнерима да смање тежину структуре без жртвовања ригидности или издржљивости.

1.2 Важност у модерној индустрији

Произвођачи преко ваздухопловства, аутомобилске, а потрошачка електроника тежа да ће лакше компоненте побољшати економију горива, продужите трајање батерије, и побољшати перформансе.

На пример, Замена челичних шасијаних плоча са алуминијумом у аутомобилима може се смањити тежину возила 200 кг, смањујући потрошњу горива до 10 %¹.

У ваздухопловству, Сваки килограм је сачуван директно предивно у неколико хиљада долара у оперативним трошковима преко целог живота АирЛинер-а.

У међувремену, Поља у настајању попут електричних возила и преносне електронике захтевају метале који комбинују лакоћу са високом термалном и електричном проводљивошћу.

2. Лагани метални стандарди

Да класификују и упоређују лагане метале, Инжињери се ослањају на стандардизоване метрике:

2.1 Густина и посебна снага

• Густина (р): Маса по јединици запремине, мерено у Г / цм³. Доња густина омогућава лакше структуре.
• Специфична снага (С / Р): Принос или крајња затезна чврстоћа (МПа) подељено са густином. Висока специфична чврстоћа указује на изванредан капацитет носивости за минималну масу.

2.2 Отпорност на корозију

• Алуминијум & Титанијум: Образац стабилан, Слободни слојеви за самоцељење оксида који штите од оксидације и многих хемикалија.
• Магнезијум & Литијум: Захтевају премазе или легирање за употребу на отвореном; незаштићен, они се лако нагрижу у влажном или физиолошком окружењу.
• Берилијум & Скандијум: Показују добру атмосферску отпорност на корозију, али представља токсичност (Бити) или коштати (Одбити) изазови.

2.3 Топлотна и електрична проводљивост

• Елецтрицал Цондуцтивити:
  • Алуминијум: ~ 37 мс / м
  • Магнезијум: ~ 23 мс / м
  • Титанијум: ~ 2.4 МС / М
• Тхермал Цондуцтивити:
  • Алуминијум: ~ 205 в / м · к
  • Магнезијум: ~ 156 в / м · к
  • Титанијум: ~ 22 в / м · к

Високи проводници фаворизују топлотне судопере и електричне барове; МЕТАЛЛИ НИСКЕ ПРОВЕДБЕ попут титанијумских структуралних делова високе температуре.

2.4 Машина и производња и производња

• Оцена машинебилности (% од челика за сечење слободног сечења):
  • Алуминијум: 67 %
  • Магнезијум: 25 %
  • Титанијум: 5 %
• Формирање & Заваривање:
  • Алуминијум и магнезијум лако заваривају (са мере предострожности за самосталност МГ-а).
  • Титанијум захтева инертну заштиту; Литијум и скандијум представља специјализовано руковање због реактивности и недостатка.

3. Уобичајене лагане метале

3.1 Алуминијум (Ал)

Алуминијум легури представљају више од 25 % глобалне употребе метала, цена за своју ниску густину (2.70 г/цм³) и свестрана механичка својства.

Произвођачи легура чисти ал са елементима као што су си, Цу, Мг, и зн за прилагођавање снаге, проводљивост, и отпорност на корозију за апликације из ваздухопловних ваздухопловних оквира до потрошачке електронике.

Примарна рута за обраду укључују ливење, вруће и хладно ваљање, екструзија, ковање, и напредне методе попут получврсте и производње адитивних производа.

Топлотне легуре (2ккк, 6ккк, 7КСКСКС серија) Снага стећи каљење падавина, Док серија без топлоте (1ккк, 3ккк) ослањајући се на очвршћавање на радном месту.

Типична снага приноса обухватају 100-550 МПА, и термичка проводљивост достиже ~ 205 в / м · к, Израда алуминијума радног коња у топлину и структуралним улогама.

3.2 Магнезијум (Мг)

Легуре магнезијума Држите разлику од најниже густине међу структурним металима (1.74 г/цм³), Понуда ~ 33 % Уштеда тежине насупрот алуминијуму.

Главни алегативни системи-АЗ (Ал-Зн-МГ), У ам (Ал -мн), и зк (Зн-ЗР-МГ)-Мајбинова разумна снага (Принос 120-300 МПА) са кастима и отпорношћу на пузање.

Њихова шестерокутна кристална структура са затварачем ограничава способност собе-температуре; Произвођачи обично вруће екструдирају, учтиница, или користите топло ковање да бисте избегли крхку прелом.

Заваривање трење и адитивна производња мг легура остају активна истраживачка подручја, као висок притисак паре и реактивност позивају изазове под интензивном топлотом.

Упркос подложности корозије у физиолошком отопису или влажним окружењима, Заштитни премази и дизајн легура продужавају радни век у аутомобилским и ваздухопловним компонентама.

3.3 Титанијум (Оф)

Легуре титанијума Изложите изузетну специфичну чврстоћу на 240 МПА · ЦМ³ / Г и одржавање ове перформансе на повишеним температурама (до 600 °Ц), Атрибути који подмањују употребу у млазним моторима и хемијским биљкама.

Легуре спадају у три класе: а (Ти -ал, Ти-сн), А + Б (Ти -ал -в, нпр. ТИ 6АЛ-4В), и β (Од-и, Ти -в) системи, сваки оптимизован за снагу, жилавост, и формабилност.

Конвенционална обрада укључује вакуум АРЦ Ремелтинг, ковање, ваљање, и термомеханички третмани; Додатна производња (Фузија ласера ​​у праху) настаје као рута за замршене геометрије са минималним отпадом.

Ниска топлотна проводљивост титанијума (~ 22 в / м · к) и висока отпорност на корозију у окружењу морске воде или хлора допуњују његову механичку већу.

3.4 Берилијум (Бити)

Берилијум комбинује ултра-ниску густину (1.85 г/цм³) са великом крутом (Модул ~ 287 ГПА), дајући јој највишу специфичну чврстину свих структурних метала.

Пронађена првенствено као бити-цу или бе-ни легуре, Појачава тврдоћу, топлотна проводљивост (~ 200 в / м · к), и снага умора у електричним контактима, Електроде за заваривање спотова, и Аероспаце Спрингс.

Елементал се служи у рендгенском Виндовс-у и детекторима честица због транспарентности до јонизујућег зрачења.

Опасност од токсичности Мандат строге контроле прашине и протоколи за личне заштите током ЦНЦ обрада и руковање.

Специјализоване апликације у сензорима нафте и гаса, војне компоненте, и снимање високе резолуције биће не-магнетна природа и димензијска стабилност.

3.5 Литијум (Налик на)

Само 0.53 г/цм³, Литијумски стоји као најлакши чврсти елемент, Некретнина која покреће своју критичну улогу у електродима за батерије и специјалне легуре.

Литијум-јонске батерије троше преко 70 % минед ли, Омогућавање високих густина енергије (>250 Вх / кг) у електричним возилима и преносним електроником.

У металургији, ЛИ додаци алуминијуму или магнезијум легуре прерачујуће структуре зрна, побољшати дуктилност, и смањити густину до 10 % док подижете укоченост.

Литијумски метал такође служи као ток у заваривању високог температура и као реагенс у органској синтези.

Недавни напредак у чврстим и литијум-сумпорским батеријама и даље гурају границе складиштења енергије на бази ЛИ.

3.6 Скандијум (Одбити)

Сцандиум је оскудан, али снажан алегацијски ефекат увећава снагу и заваривост алуминијумских легура (до +20 % снага приноса) Док задржава ниску густину (~ 2,99 г / цм³).

Алуминијум-СЦ легуре формирају Фине АЛ₃СЦ талог тог инхибиције рекристализације, Омогућавање ултра-финих структура зрна и екструзија отпорне на топлоте.

Високи трошак (често >Нас $2 000/кг) ограничава увод СЦ (<0.5 венчање %) до структуралних делова ваздухопловства, Спортска опрема високе перформансе, и металне лампе.

Израда понуде од нугањачких нулаца (нпр., Остаци рударског уранијума) Може проширити приступ, подстицање нове легуре са високим температурама и додатком који је произвео додатак.

4. Упоредна анализа лаких метала

4.1 Густина вс. Специфична снага

Избор лаких материјала често почиње са цртањем специфичне снаге (крајња затезна чврстоћа подијељена са густином) против густине за сваки метал.

• Литијум постиже ултра-ниску густину, али нижа апсолутна снага; његова специфична ривала снаге или прелази теже метале ($1).
• Берилијум нуди највишу специфичну чврстоћу међу структурним металима, чинећи га идеалним за крутости - критичне компоненте упркос томе што су забринутости токсичности ($1).
• Титанијум Стање врло високе крајње снаге са умереном густином, дајући одличну специфичну чврстоћу за ваздухопловни и медицински имплантати ($1).

4.2 Крутост и еластични модул

Инжењери разматрају еластични модул (Иоунг'с Модул) у односу на густину да мери специфичну чврстину:

• Берилијум Изузетни омјер модул-то-густине (специфична крутост) чини га непроцењивим за прецизне структуре и рендгенске Виндовс ($1).
• Титанијум, алуминијум, магнезијум, и скандијум Кластер уско у одређеном модулу, иако виша виша фризура титанијума подржава теже оптерећења.

4.3 Топлотна и електрична проводљивост

Проводљивост утиче на употребу у хладњаку, Електрични сабирници, или изолациони структурални делови.

• Алуминијум Комбинује високу термалну и електричну проводљивост са ниском густином, Израда задавања за измењиваче и проводнике опште намене ($1).
• Титанијум показује ниске проводнике, боље погодан за структурне делове високих температура у којима изолација топлотног тока постане корисна ($1).

4.4 Отпорност на корозију и производња

Понашање корозије и једноставност обраде даље разликују ове метале:

• Алуминијум и титанијум формирају стабилне слојеве оксида, давање одличне отпорности на корозију у већини окружења без додатног премаза ($1) ($1).
• Магнезијум и литијум нагризете на брзину у влажним или физиолошким условима; Потребни су заштитни премази или легирајуће да би побољшали издржљивост ($1).
• Берилијум Одабире корозију, али захтева строгу контролу безбедности током обраде због токсичне прашине ($1).
• Скандијум-Ојачани алуминијумске легуре задржавају облика и заваривање алуминијума током појачања рафинирања зрна, Иако високе трошкове сцандијума широкој употреби ($1).

Производни процеси такође се разликују:

• Обрадивост: Алуминијумске цене ~ 67 % од челика за сечење слободног сечења, Магнезијум ~ 25 %, Титаниум ~ 5 % ($1).
• Заваривање: Алуминијум и магнезијум лако заваривају (са флуксом и инертним гасом за мг), титанијум захтева инертну заштиту; Легуре литијума и скандијума захтевају специјализовано руковање ($1).

Овај компаративни оквир омогућава материјалне инжењере да одговарају сваком густину лагане металне метала, снагу, укоченост, проводљивост, отпорност на корозију, и производња за потребе специфичних апликација, уравнотежење перформанси добитак против ограничења трошкова и обраде.

5. Индустрије апликације лаких метала

5.1 Фармацеутска блистерна амбалажа

Фармацеутски блистер пакети се ослањају на влагу ПТП фолије- и баријеру отпорне на кисеоник да заштите активне састојке против разградње током живота. Произвођачи топлотни топлотни лакирани алуминијум на ПВЦ или ПВДЦ блистер мрежи, Стварање појединачних џепова који одржавају стерилитет све док пацијенти не гурају таблете кроз фолију.

ПТП Блистер фолија такође укључује овидљиве и анти-фалсификоване функције - као што је микро-текст, Скривена штампарија баркода, или холографски умањивање - да би се побољшала сигурност ланца снабдевања у лијековима велике вредности.

Његова јачина пробијања и контролисане сузавања Својства билансирања је уједначене за приступ пацијентима са заштитом током транспорта и руковања.

5.2 Храна и кондиторски подаци

Произвођачи хране и сластичара користе ПТП фолију за клизање мених паковања једним сервисима, жвакаћа гума, чоколаде, и снацк барови.

Светлосни и ароматични способности за заштиту фолије и чувају арому, боја, и текстура из производње до потрошње.

Брендови цене да ПТП фолија може да издржи топлотну стерилизацију и продужено хладњача без баријера компромиса.

Флексибилне машине за блистере рукују и ПВЦ филмовима и фолијом за храну, Омогућавање линија велике брзине које пакетирају појединачне делове са доследном интегритетом бртве.

5.3 Козметика и лична нега

У козметици, Алуминијумске фолије захтјеве омогућавају хигијенску, пакети за једну употребу за креме, лосиони, шампоне, и маске за лице.

Ови узорци издрже озбиљне механичке притиске до 1.5 тона у транзитним тестовима - без пуцања, Очување квалитета производа до употребе потрошача.

Фолијске вреће такође подржавају живописно, Штампарија и текстуална опрема за пуне боје и текстуалне обраде које мимиц премиум паковање, Јачање жалбе марке у уметцима часописа и кампање за директну пошту.

Њихов компактну фактор обрасца и заштита светлости осигуравају тачно дозирање и свеже искуство за козметику величине пробне величине.

5.4 Електрична и електроника

Беионд Амбалажа, ултравити, Алуминијумска фолија са високим чистоћим ПТП-ом (не лакиран) служи као материјал електроде у електролитичким кондензаторима и литијум-јонским ламинираним торбама.

Кондензаторске фолије захтевају изузетно ниске нивое нечистоће и прецизну контролу мерача да оптимизују капацитет и минимизирају само-пражњење.

У врећицама за батерије, алуминијумска фолија делује као лагана, Екстеријер отпорна на корозију која заптива вишеслојне полимерне филмове, Заштита ћелија од врећа и механичка оштећења.

5.5 Улази и ниша

Паметно и сигурно паковање

• ФОИЛ Омогућена РФИД-ом: Интегрисање ултра-танким антенама у ламинате фолије омогућава праћење у реалном времену и аутентификацији производа велике вредности.
• Холографија против фалсификовања: Утиснути или штампани холограми на ПТП фолији који одређује лажне лекове и луксузну робу.

Проводљива и штампана електроника

• Штампани кругови: Флексибилна електроника користи проводљивост фолије да би се створила штампане сензоре и међусобно повезане са медицинским картицама за једнократну употребу.
• Енергетски комбајни: Површине фолије служе као подлоге за танковно филмове соларне ћелије или тримоелектричне генераторе у самопокретним прототиповима паметних амбалажа.

Специјални блистер формати

• Композитни филмски блистери: Комбинујући ПТП фолију са баријерским филмовима попут Алуминијум-оксид-кућног љубимца даје хибридне структуре за ултра осетљиве АПИ.
• Биоразградиви премази: Истраживачка испитивања наносе се заптивне масе засноване на био-за смањење полимерног отпада, Омогућавање више одрживих блистер пакета.

Ове врхунске апликације приказују еволуцију ПТП алуминијумске фолије од једноставног амбалаже потрошача на вишефункционалну платформу за вожњу у индустрији.

6. Закључак

Лагани алуминијум који се протеже и лагани метали, магнезијум, титанијум, берилијум, литијум, и скандијум-оснажити модерног инжењерства пружајући прилагођене комбинације ниске густине, Висока специфична чврстоћа, отпорност на корозију, и топлотни или електрични наступ.

Аероспаце и аутомобилски сектори искориштавају ове атрибуте да би побољшали ефикасност и смањили емисију, Док електроника, медицинских средстава, и спортска опрема Апликација специфична метална својства за специјализоване апликације.

У току је напредак у развоју легура, Додатна производња, и диверзификација ланаца на снабдевање додатно ће проширити употребу лаких метала, Вожња одрживости и иновације у индустрији.