Нүүрстөрөгчийг саармагжуулах дэлхийн зорилгод тулгуурлан хөнгөн жин нь үйлдвэрлэлийн салбарыг өөрчлөх, шинэчлэх гол санаа болж байна. Физик, химийн өвөрмөц шинж чанартай хөнгөн цагаан нь уламжлалт үйлдвэрлэлийн "тулах үүрэг"-ээс өндөр зэрэглэлийн үйлдвэрлэлийн "стратегийн материал" болтлоо өсчээ. Энэхүү нийтлэл нь хөнгөн хөнгөн цагаан материалын шинэлэг үнэ цэнийг техникийн зарчим, гүйцэтгэлийн давуу тал, хэрэглээний саад тотгор, ирээдүйн чиглэл гэсэн дөрвөн хэмжигдэхүүнээс системтэйгээр задлах болно.

I. Хөнгөн хөнгөн цагаан материалын техникийн цөм

Хөнгөн хөнгөн цагаан бол зүгээр л "жин бууруулах материал" биш, харин хайлшлах дизайн, бичил хяналт, процессын инновацийн гурвын нэг технологийн системийн үр дүнд бий болсон гүйцэтгэлийн үсрэлт юм.

Элементийн допинг бэхжүүлэх: Магни, цахиур, зэс болон бусад элементүүдийг нэмж Mg ₂ Si, Al ₂ Cu гэх мэт суналтын бат бэхийн босгыг 500 МПа (жишээ нь) эвдэхийн тулд бэхжүүлэх үе шатуудыг бүрдүүлэх.6061-T6 хөнгөн цагаан хайлш).

Нано бүтэцтэй зохицуулалт: Хурдан хатууруулах технологи эсвэл механик хайлшийг ашиглан нано тунадасыг хөнгөн цагааны матрицад нэвтрүүлж, хүч чадал, бат бөх чанарыг синергетик байдлаар сайжруулдаг.

Деформацийн дулааны боловсруулалтын үйл явц: Хуванцар хэв гажилт болон өнхрөх, хуурамчаар үйлдэх зэрэг дулааны боловсруулалтын процессыг хослуулснаар үр тарианы хэмжээг микрометрийн түвшинд хүртэл сайжруулж, иж бүрэн механик шинж чанарыг эрс сайжруулдаг.

Теслагийн нэгдмэл цутгамал хөнгөн цагааныг жишээ болгон авч үзвэл, уламжлалт 70 эд ангиудыг нэг бүрэлдэхүүн хэсэг болгон нэгтгэхийн тулд Gigacasting аварга цутгамал цутгах технологийг нэвтрүүлж, жинг 20% бууруулж, үйлдвэрлэлийн үр ашгийг 90% сайжруулсан нь материаллаг процессын хамтын инновацийн үнэ цэнийг бататгаж байна.

Ⅱ. Хөнгөн хөнгөн цагаан материалын үндсэн давуу тал

Хөнгөн жинтэй орлуулшгүй үр ашиг

Нягтын давуу тал: Хөнгөн цагааны нягт нь гангийнхаас ердөө гуравны нэг (2.7г/см³-ийн эсрэг 7.8г/см³) бөгөөд ижил хэмжээгээр солих хувилбарт жинг 60%-иар бууруулах боломжтой. BMW i3 цахилгаан машин нь бүхэлдээ хөнгөн цагаан их биетэй бөгөөд ачааны жинг 300 кг-аар багасгаж, зайг 15%-иар нэмэгдүүлдэг.

Гайхамшигтай бат бэхийн харьцаа: Хүч ба жингийн харьцааг авч үзэхэд 6 цуврал хөнгөн цагааны хайлшийн хувийн бат бэх (хүч/нягт) нь 400МПа/(г/см³) хүрч, энгийн нүүрстөрөгч багатай гангийн 200МПа/(г/см³)-аас давж гардаг.

Олон хэмжээст гүйцэтгэлийн нээлт

Зэврэлтэнд тэсвэртэй: Хөнгөн цагааны ислийн нягт давхарга (Al ₂ O3) нь материалыг байгалийн зэврэлтэнд тэсвэртэй болгодог бөгөөд далайн эрэг орчмын гүүрний ашиглалтын хугацаа 50 гаруй жил хүрдэг.

Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр: Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь 237Вт/(м · К) хүрдэг бөгөөд энэ нь гангаас 3 дахин их бөгөөд 5G суурь станцын дулаан ялгаруулах бүрхүүлд өргөн хэрэглэгддэг.

Дахин боловсруулах чадвар: Дахин боловсруулсан хөнгөн цагааны үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний хэрэглээ нь анхдагч хөнгөн цагааны дөнгөж 5%, нүүрстөрөгчийн ялгаралт 95% -иар буурсан нь дугуй эдийн засгийн хэрэгцээг хангадаг.

Процессын нийцтэй байдал

Уян хатан байдлыг бий болгох: Тамгалах, шахах, хуурамчаар үйлдэх, 3D хэвлэх гэх мэт янз бүрийн процессуудад тохиромжтой. Tesla Cybertruck нь хүйтэн цувисан хөнгөн цагаан хавтан тамгалах их биеийг ашиглаж, бат бөх чанарыг тэнцвэржүүлж, загварчлах эрх чөлөөг бий болгодог.

Боловсорч гүйцсэн холболтын технологи: CMT гагнуур, үрэлтийн хутгагч гагнуур болон бусад боловсорч гүйцсэн технологиуд нь нарийн төвөгтэй бүтцийн найдвартай байдлыг хангадаг.

Ⅲ. Хөнгөн хөнгөн цагаан материалын хэрэглээний гацаа

Эдийн засгийн сорилтууд

Материалын өндөр зардал: Хөнгөн цагааны үнэ гангийн үнээс 3-4 дахин өндөр түвшинд удаан хугацаанд хадгалагдаж ирсэн (хөнгөн цагааны ембүүгийн дундаж үнэ 2023 онд 2500 ам.доллар/тн, гангийн үнэ 800 ам.доллар байсан) нь томоохон хэмжээний сурталчилгаанд саад болж байна.

Тоног төхөөрөмжийн хөрөнгө оруулалтын босго: Цутгамал цутгахад 6000 гаруй тонн жинтэй, нэг тоног төхөөрөмжийн өртөг нь 30 сая юаниас давсан хэт том цутгах машин суурилуулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь жижиг дунд аж ахуйн нэгжүүдэд хүндрэлтэй байдаг.

Гүйцэтгэлийн хязгаарлалт

Хүч чадлын тааз: Арматурын аргаар 600МПа хүрч чаддаг ч өндөр бат бэх ган (1500МПа) болон титан хайлшаас (1000МПа) доогуур хэвээр байгаа нь хүнд даацын хувилбаруудад хэрэглэхийг хязгаарладаг.

Бага температурт хэврэгшил: -20 ℃-аас доош орчинд хөнгөн цагааны цохилтын бат бөх чанар 40% -иар буурч, хайлшийг өөрчлөх замаар даван туулах шаардлагатай.

Боловсруулах технологийн саад бэрхшээлg

Сэргээх хяналтын сорилт: Хөнгөн цагаан хавтангийн тамга нь ган хавтангаас 2-3 дахин их байдаг тул хэвний нөхөн олговрын нарийн дизайн шаарддаг.

Гадаргуугийн боловсруулалтын нарийн төвөгтэй байдал: Аноджуулсан хальсны зузааны жигд байдлыг хянахад хэцүү бөгөөд энэ нь гоо зүй, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдалд нөлөөлдөг.

Ⅳ. Аж үйлдвэрийн хэрэглээний байдал, хэтийн төлөв

Насанд хүрсэн хэрэглээний талбарууд

Шинэ эрчим хүчний машинууд: NIO ES8 бүх хөнгөн цагаан их бие нь жинг 30% бууруулж, мушгирах хөшүүн чанар нь 44900 Нм/град; Ningde Times CTP батерейны тавиур нь хөнгөн цагаанаар хийгдсэн бөгөөд эрчим хүчний нягтралыг 15% нэмэгдүүлдэг.

Сансар: Airbus A380 онгоцны их биений бүтцийн 40% нь хөнгөн цагаан лити хайлшаар хийгдсэн бөгөөд жинг 1.2 тонноор бууруулдаг; SpaceX оддын хөлөг онгоцны түлшний савнууд нь 301 зэвэрдэггүй гангаар хийгдсэн боловч пуужингийн их биений бүтэц нь 2024-T3 хөнгөн цагаан хайлшийг их хэмжээгээр ашигладаг хэвээр байна.

Төмөр замын дамжин өнгөрөх тээвэр: Японы Шинкансен компанийн N700S ачааны машин нь хөнгөн цагааны хуурамч материалыг ашиглаж, жинг 11% бууруулж, ядрах хугацааг 30% уртасгадаг.

Боломжит зам

Устөрөгчийн агуулах сав: 5000 цуврал хөнгөн цагаан магнийн хайлштай устөрөгчийн хадгалах сав нь 70МПа өндөр даралтыг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд түлшний эсийн тээврийн хэрэгслийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болсон.

Хэрэглээний электрон бараа: MacBook Pro нь нэг хэсэг хөнгөн цагаан биетэй бөгөөд 1.2 мм-ийн зузаантай дэлгэцийн биеийн харьцааг 90% хадгалдаг.

Ирээдүйн нээлтийн чиглэл

Нийлмэл инноваци: Хөнгөн цагаан дээр суурилсан карбон файбер нийлмэл материал (6061/CFRP) нь бат бөх, хөнгөн жингийн давхар амжилтад хүрсэн бөгөөд Boeing 777X далавч нь жингээ 10% бууруулахын тулд энэ материалыг ашигладаг.

Ухаалаг үйлдвэрлэл: AI-д суурилсан цутгамал параметрийн оновчлолын систем нь хаягдлын хэмжээг 8% -иас 1.5% хүртэл бууруулдаг.

Ⅴ. Дүгнэлт: Хөнгөн хөнгөн цагаан материалын "эвдрэх", "зогсох"

Хөнгөн хөнгөн цагаан материалууд нь технологийн хувьсгал ба үйлдвэрлэлийн өөрчлөлтийн уулзвар дээр зогсож байна.

Материалыг орлуулахаас системийн инноваци хүртэл: Үүний үнэ цэнэ нь жингээ хасахад төдийгүй үйлдвэрлэлийн үйл явц (нэгдсэн цутгамал цутгамал гэх мэт) болон бүтээгдэхүүний архитектур (модуль дизайн) -ын системчилсэн бүтцийн өөрчлөлтийг дэмжихэд оршдог.

Зардал ба гүйцэтгэлийн динамик тэнцвэр: Дахин боловсруулах технологи (дахин боловсруулсан хөнгөн цагааны эзлэх хувь 50% -иас давж) болон томоохон хэмжээний үйлдвэрлэл (Теслагийн супер цутгах үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нэмэгдэж) дэвшилтэт эдийн засгийн эргэлтийн цэг хурдасч магадгүй юм.

Ногоон үйлдвэрлэлийн парадигмын өөрчлөлт: Бүх амьдралынхаа туршид тонн хөнгөн цагааны нүүрстөрөгчийн ул мөр нь гантай харьцуулахад 85%-иар багассан нь дэлхийн нийлүүлэлтийн сүлжээний нүүрстөрөгч багатай өөрчлөлтийн хэрэгцээг хангадаг.

Шинэ эрчим хүчний тээврийн хэрэгслийн нэвтрэлтийн түвшин 40%-иас давж, агаарын тээврийн салбарт нүүрстөрөгчийн тарифыг хэрэгжүүлэх зэрэг бодлогын дагуу хөнгөн хөнгөн цагааны үйлдвэрлэл нь "заавал биш технологи" -оос "заавал хийх сонголт" болж хөгжиж байна. Материаллаг инновацид төвлөрсөн энэхүү аж үйлдвэрийн хувьсгал нь эцсийн дүндээ хүний ​​“жингийн” талаарх ойлголтын хил хязгаарыг өөрчилж, үр ашигтай, цэвэр үйлдвэрлэлийн шинэ эрин үеийг эхлүүлэх болно.