Bi armanca gerdûnî ya bêalîbûna karbonê, sivikkirina metal bûye pêşniyara bingehîn ji bo veguherîn û nûjenkirina pîşesaziya çêkirinê. Aluminium, bi taybetmendiyên xwe yên fîzîkî û kîmyewî yên bêhempa, ji "rolek piştgirî" di pîşesaziya kevneşopî de bûye "materyalek stratejîk" ji bo hilberîna asta bilind. Ev gotar dê bi awayekî sîstematîk nirxa nûjen a materyalên aluminiumê yên sivik ji çar pîvanan veqetîne: prensîbên teknîkî, avantajên performansê, astengiyên serîlêdanê, û rêwerzên pêşerojê.

I. Bingeha teknîkî ya materyalên sivik ên alumînyûmê

Alumînyûma sivik ne tenê "materyalek kêmkirina giraniyê" ye, lê di heman demê de pêşveçûnek performansê ye ku bi rêya pergalek teknolojîk a sê-di-yek a sêwirana alloykirinê, mîkrokontrol û nûjeniya pêvajoyê tê bidestxistin:

Xurtkirina dopkirina hêmanan: Zêdekirina magnezyûm, silîkon, sifir û hêmanên din ji bo avakirina qonaxên xurtkirinê yên wekî Mg ₂ Si, Al ₂ Cu, hwd., da ku sînorê hêza kişandinê ya 500MPa were şikandin (wek mînakAlava aluminiumê ya 6061-T6).

Rêkxistina nanostruktûrî: Bi karanîna teknolojiya hişkbûna bilez an jî alloykirina mekanîkî, nanobermayît têne danîn nav matrîksa alumînyûmê da ku başbûnek sinerjîk di hêz û hişkbûnê de were bidestxistin.

Pêvajoya dermankirina germê ya deformasyonê: Bi hevberkirina pêvajoyên deformasyona plastîk û dermankirina germê yên wekî gêrkirin û kolandinê, mezinahiya dendikê digihîje asta mîkrometerê, û taybetmendiyên mekanîkî yên berfireh bi girîngî baştir dike.

Bi mînaka alumînyûma qalibkirina yekgirtî ya Teslayê, ew teknolojiya qalibkirina mezin a Gigacasting bikar tîne da ku 70 parçeyên kevneşopî di yek pêkhateyê de entegre bike, giraniya wê %20 kêm bike û di heman demê de karîgeriya hilberînê %90 baştir bike, ku ev jî nirxa şoreşger a nûjeniya hevkariyê ya pêvajoya materyalê piştrast dike.

1. Feydeyên sereke yên materyalên sivik ên aluminiumê

Karîgeriya sivik a bêhempa

Avantaja densiteyê: Densiteya alumînyûmê tenê sêyeka densiteya pola ye (2.7g/cm³ li hember 7.8g/cm³), û ew dikare di senaryoyên guheztina bi qebareya wekhev de bandorek kêmkirina giraniyê ji %60 zêdetir bi dest bixe. Otomobîla elektrîkê ya BMW i3 xwedan laşek bi tevahî alumînyûmê ye, ku giraniya bi 300 kg kêm dike û menzîlê bi %15 zêde dike.

Rêjeya hêza berbiçav: Dema ku rêjeya hêzê li ber çavan tê girtin, hêza taybetî (hêz/tîrbûn) a hevbendiya alumînyûmê ya rêzeya 6-an dikare bigihîje 400MPa/(g/cm³), ku ji 200MPa/(g/cm³) ya pola kêm-karbon a asayî derbas dibe.

Pêşketineke mezin di performansa piralî de

Berxwedana li hember korozyonê: Qata oksîda alumînyûmê ya zirav (Al ₂ O3) materyalê bi berxwedana xwezayî ya li hember korozyonê dide çêkirin, û temenê karûbarê pirên li deverên peravê dikare ji 50 salan zêdetir bigihêje.

Germahiya guhêrbar: Koefîsyenta germahiya guhêrbar digihêje 237W/(m · K), ku sê qat ji ya pola ye, û bi berfirehî di qalikê belavkirina germê ya stasyonên bingehîn ên 5G de tê bikar anîn.

Ji nû ve bikar anîn: Xerckirina enerjiyê ya hilberîna alumînyûma vegerandî tenê %5ê ya alumînyûma seretayî ye, û emîsyonên karbonê %95 kêm dibin, ku ev jî pêdiviyên aboriya dorhêlî pêk tîne.

Lihevhatina pêvajoyê

Nermbûna Çêkirinê: Ji bo pêvajoyên cûrbecûr ên wekî stampkirin, derxistin, çêkirina bizmaran, çapkirina 3D, û hwd. guncaw e. Tesla Cybertruck laşê stampkirina plakaya aluminiumê ya sar-gêrkirî bikar tîne, hêz û azadiya modelkirinê hevseng dike.

Teknolojiya girêdana gihîştî: Kaynakirina CMT, kaynakirina bi friction stir û teknolojîyên din ên gihîştî pêbaweriya avahiyên tevlihev misoger dikin.

Ⅲ. Astengiya sepandina materyalên aluminum ên sivik

Pirsgirêkên aborî

Mesrefên materyalên bilind: Buhayên aluminumê demek dirêj e ku 3-4 qat ji bihayê pola bilindtir in (bihayê navînî yê şikeftên aluminumê 2500 dolar/ton li hember bihayê pola 800 dolar/ton di 2023an de), ku ev yek rê li ber populerbûna di asta mezin de digire.

Asta veberhênana alavan: Qalibkirina entegrekirî sazkirina makîneyên qalibkirinê yên pir mezin ên ku giraniya wan ji 6000 tonî zêdetir e, û lêçûna yek alavê ji 30 mîlyon yuanî zêdetir e, ku ji bo pargîdaniyên piçûk û navîn zehmet e ku bikirin.

Sînorkirinên performansê

Sînorê hêzê: Her çend bi rêbazên xurtkirinê dikare bigihîje 600MPa jî, dîsa jî ji pola-bi hêz bilind (1500MPa) û alloy tîtanyûmê (1000MPa) kêmtir e, ku sepandina wê di senaryoyên erkê giran de sînordar dike.

Şikestina Germahiya nizm: Di hawîrdorên li jêr -20 ℃ de, berxwedana bandorê ya aluminiumê ji sedî 40 kêm dibe, ku divê bi guhertina alloy were derbaskirin.

Astengiyên teknolojîk ên ji bo hilberandinêg

Pirsgirêka kontrola vegerê: Vegera stampkirina plakaya aluminiumê 2-3 caran ji plakaya pola zûtir e, ku sêwirana tezmînata qalibê ya rastîn hewce dike.

Aloziya dermankirina rûberê: Kontrolkirina yekrengiya qalindahiya fîlma anodîzekirî dijwar e, ku bandorê li estetîk û berxwedana korozyonê dike.

Ⅳ. Rewşa serlêdana pîşesaziyê û perspektîfên wê

Qadên serlêdana gihîştî

Wesayîtên nû yên enerjiyê: Karoseriya NIO ES8 bi tevahî ji alumînyûmê giraniya wê %30 kêm dike, bi hişkbûna zivirînê ya 44900Nm/deg; tepsiya bataryayê ya Ningde Times CTP ji alumînyûmê hatiye çêkirin, ku dendika enerjiyê %15 zêde dike.

Hewayî: %40ê avahiya fuselageya Airbus A380 ji alloyûma lîtyûmê ya aluminiumê hatiye çêkirin, ku giraniya wê 1,2 ton kêm dike; Depoyên sotemeniyê yên keştîyên fezayê yên SpaceXê ji pola zengarnegir a 301ê hatine çêkirin, lê avahiya laşê roketê hîn jî bi giranî alloyûma 2024-T3 bi kar tîne.

Veguhestina Trenê: Bogieya N700S ya Shinkansen a Japonya ji hêrandina alumînyûmê hatiye çêkirin, ku giraniya wê %11 kêm dike û temenê westandinê %30 dirêj dike.

Rêya potansiyel

Tanka depokirina hîdrojenê: Tanka depokirina hîdrojenê ya ji alloyûma magnezyûmê ya rêzeya 5000 dikare li hember zexta bilind a 70MPa bisekine û bûye pêkhateyeke sereke ya wesayîtên pîlên sotemeniyê.

Elektronîkên Xerîdar: MacBook Pro xwedan laşek yekpare ya ji alumînyûmê ye ku rêjeya ekranê bi laş re %90 di qalindahiya 1.2 mm de diparêze.

Rêya serkeftinê ya pêşerojê

Nûjeniya pêkhatî: Materyalê pêkhatî yê fîbera karbonê yê li ser bingeha aluminiumê (6061/CFRP) di hêz û sivikiyê de du pêşketinan bi dest dixe, û baskê Boeing 777X vê materyalê bikar tîne da ku giraniya xwe bi rêjeya %10 kêm bike.

Hilberîna aqilmend: Pergala optîmîzasyona parametreyên qalibkirina bi qalibê ya bi ajotina AI rêjeya bermayiyê ji %8 kêm dike bo %1,5.

Ⅴ. Encam: "Şikandin" û "rawestandin" a materyalên sivik ên alumînyûmê

Materyalên sivik ên alumînyûmê li ser rêya şoreşa teknolojîk û veguherîna pîşesaziyê ne:

Ji guheztina materyalan bigire heya nûjeniya pergalê: Nirxa wê ne tenê di kêmkirina giraniyê de ye, lê di heman demê de di pêşvebirina ji nû ve sazkirina sîstematîk a pêvajoyên çêkirinê (wek rijandina qalibê ya yekgirtî) û mîmariya hilberê (sêwirana modular) de jî ye.

Balansa dînamîk di navbera lêçûn û performansê de: Bi pêşketina teknolojiya vezîvirandinê (rêjeya alumînyûma vezîvirandî ji %50î derbas dibe) û hilberîna di asta mezin de (kapasîteya hilberînê ya kargeha super-casting a Tesla zêde dibe), xala werçerxê ya aborî dibe ku bileztir bibe.

Guhertina paradîgmayê ya hilberîna kesk: Şopa karbonê ya her tonek alumînyûmê di tevahiya çerxa jiyana wê de li gorî pola, ku hewcedariyên veguherîna karbona kêm a zincîra dabînkirina gerdûnî pêk tîne, %85 kêm dibe.

Bi polîtîkayên wekî rêjeya derbasbûna wesayîtên enerjiya nû yên ku ji %40î derbas dibin û sepandina bacên karbonê di pîşesaziya hewavaniyê de, pîşesaziya alumînyûma sivik ji "teknolojiyek bijarte" ber bi "bijarteyek mecbûrî" ve diçe. Ev şoreşa pîşesaziyê ya ku li ser nûjeniya materyalê disekine, di dawiyê de dê sînorên têgihîştina mirovan a "giraniyê" ji nû ve şekil bide û serdemeke nû ya pîşesaziya bikêrhatî û paqij bide destpêkirin.