കാർബൺ ന്യൂട്രാലിറ്റി എന്ന ആഗോള ലക്ഷ്യത്താൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന, നിർമ്മാണ വ്യവസായത്തിന്റെ പരിവർത്തനത്തിനും നവീകരണത്തിനുമുള്ള പ്രധാന നിർദ്ദേശമായി ലൈറ്റ്‌വെയ്‌റ്റിംഗ് മാറിയിരിക്കുന്നു. അതുല്യമായ ഭൗതിക, രാസ ഗുണങ്ങളുള്ള അലുമിനിയം, പരമ്പരാഗത വ്യവസായത്തിലെ "സപ്പോർട്ടിംഗ് റോളിൽ" നിന്ന് ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള നിർമ്മാണത്തിനുള്ള "തന്ത്രപരമായ മെറ്റീരിയലായി" ഉയർന്നുവന്നിരിക്കുന്നു. ഈ ലേഖനം ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളുടെ നൂതന മൂല്യത്തെ നാല് മാനങ്ങളിൽ നിന്ന് ക്രമാനുഗതമായി വിഘടിപ്പിക്കും: സാങ്കേതിക തത്വങ്ങൾ, പ്രകടന ഗുണങ്ങൾ, ആപ്ലിക്കേഷൻ തടസ്സങ്ങൾ, ഭാവി ദിശകൾ.

I. ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളുടെ സാങ്കേതിക കാമ്പ്

ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വെറുമൊരു "ഭാരം കുറയ്ക്കുന്ന മെറ്റീരിയൽ" മാത്രമല്ല, മറിച്ച് അലോയിംഗ് ഡിസൈൻ, മൈക്രോ കൺട്രോൾ, പ്രോസസ് നവീകരണം എന്നിവയുടെ ത്രീ ഇൻ വൺ സാങ്കേതിക സംവിധാനത്തിലൂടെ നേടിയെടുക്കുന്ന ഒരു പ്രകടന കുതിപ്പാണ്:

മൂലക ഡോപ്പിംഗ് ശക്തിപ്പെടുത്തൽ: മഗ്നീഷ്യം, സിലിക്കൺ, ചെമ്പ്, മറ്റ് ഘടകങ്ങൾ എന്നിവ ചേർത്ത് Mg ₂ Si, Al ₂ Cu തുടങ്ങിയ ശക്തിപ്പെടുത്തൽ ഘട്ടങ്ങൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ, 500MPa യുടെ ടെൻസൈൽ ശക്തി പരിധി (ഉദാഹരണത്തിന്6061-T6 അലുമിനിയം അലോയ്).

നാനോസ്ട്രക്ചേർഡ് റെഗുലേഷൻ: റാപ്പിഡ് സോളിഡിഫിക്കേഷൻ ടെക്നോളജി അല്ലെങ്കിൽ മെക്കാനിക്കൽ അലോയിംഗ് ഉപയോഗിച്ച്, ശക്തിയിലും കാഠിന്യത്തിലും സിനർജിസ്റ്റിക് പുരോഗതി കൈവരിക്കുന്നതിനായി നാനോ പ്രിസിപിറ്റേറ്റുകൾ അലുമിനിയം മാട്രിക്സിലേക്ക് അവതരിപ്പിക്കുന്നു.

രൂപഭേദം വരുത്തൽ താപ സംസ്കരണ പ്രക്രിയ: പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദവും റോളിംഗ്, ഫോർജിംഗ് തുടങ്ങിയ താപ സംസ്കരണ പ്രക്രിയകളും സംയോജിപ്പിച്ച്, ധാന്യത്തിന്റെ വലുപ്പം മൈക്രോമീറ്റർ തലത്തിലേക്ക് പരിഷ്കരിക്കുകയും സമഗ്രമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു.

ടെസ്‌ലയുടെ സംയോജിത ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് അലുമിനിയം ഒരു ഉദാഹരണമായി എടുക്കുമ്പോൾ, പരമ്പരാഗത 70 ഭാഗങ്ങൾ ഒരൊറ്റ ഘടകത്തിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഗിഗാകാസ്റ്റിംഗ് ഭീമൻ ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ അത് സ്വീകരിക്കുന്നു, ഇത് 20% ഭാരം കുറയ്ക്കുകയും നിർമ്മാണ കാര്യക്ഷമത 90% മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് മെറ്റീരിയൽ പ്രോസസ് സഹകരണ നവീകരണത്തിന്റെ വിനാശകരമായ മൂല്യത്തെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.

Ⅱ. ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളുടെ പ്രധാന ഗുണങ്ങൾ

പകരം വയ്ക്കാനാവാത്ത ഭാരം കുറഞ്ഞ കാര്യക്ഷമത

സാന്ദ്രതാ നേട്ടം: അലൂമിനിയത്തിന്റെ സാന്ദ്രത സ്റ്റീലിന്റെ മൂന്നിലൊന്ന് മാത്രമാണ് (2.7g/cm ³ vs 7.8g/cm ³), തുല്യ വോളിയം മാറ്റിസ്ഥാപിക്കൽ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഇതിന് 60% ത്തിലധികം ഭാരം കുറയ്ക്കൽ പ്രഭാവം നേടാൻ കഴിയും. BMW i3 ഇലക്ട്രിക് കാറിൽ പൂർണ്ണമായും അലൂമിനിയം ബോഡി ഉണ്ട്, ഇത് കർബ് ഭാരം 300 കിലോഗ്രാം കുറയ്ക്കുകയും റേഞ്ച് 15% വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

മികച്ച ശക്തി അനുപാതം: ശക്തിയും ഭാരവും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, 6-സീരീസ് അലുമിനിയം അലോയ്യുടെ പ്രത്യേക ശക്തി (ശക്തി/സാന്ദ്രത) 400MPa/(g/cm ³) വരെ എത്താം, ഇത് സാധാരണ ലോ-കാർബൺ സ്റ്റീലിന്റെ 200MPa/(g/cm ³) നെ മറികടക്കുന്നു.

മൾട്ടി-ഡൈമൻഷണൽ പ്രകടന മുന്നേറ്റം

നാശന പ്രതിരോധം: സാന്ദ്രമായ അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് പാളി (Al ₂ O3) ഈ വസ്തുവിന് സ്വാഭാവിക നാശന പ്രതിരോധം നൽകുന്നു, കൂടാതെ തീരപ്രദേശങ്ങളിലെ പാലങ്ങളുടെ സേവന ആയുസ്സ് 50 വർഷത്തിൽ കൂടുതലാകാം.

താപ ചാലകത: താപ ചാലകത ഗുണകം 237W/(m · K) ൽ എത്തുന്നു, ഇത് സ്റ്റീലിന്റെ മൂന്നിരട്ടിയാണ്, കൂടാതെ 5G ബേസ് സ്റ്റേഷനുകളുടെ താപ വിസർജ്ജന ഷെല്ലിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

പുനരുപയോഗക്ഷമത: പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന അലുമിനിയം ഉൽപ്പാദനത്തിന്റെ ഊർജ്ജ ഉപഭോഗം പ്രാഥമിക അലുമിനിയത്തിന്റെ 5% മാത്രമാണ്, കൂടാതെ കാർബൺ ഉദ്‌വമനം 95% കുറയുന്നു, ഇത് വൃത്താകൃതിയിലുള്ള സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥയുടെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നു.

പ്രോസസ്സ് അനുയോജ്യത

വഴക്കം രൂപപ്പെടുത്തൽ: സ്റ്റാമ്പിംഗ്, എക്സ്ട്രൂഷൻ, ഫോർജിംഗ്, 3D പ്രിന്റിംഗ് തുടങ്ങിയ വിവിധ പ്രക്രിയകൾക്ക് അനുയോജ്യം. ടെസ്‌ല സൈബർട്രക്ക് കോൾഡ്-റോൾഡ് അലുമിനിയം പ്ലേറ്റ് സ്റ്റാമ്പിംഗ് ബോഡി, ബാലൻസിംഗ് ശക്തി, മോഡലിംഗ് സ്വാതന്ത്ര്യം എന്നിവ സ്വീകരിക്കുന്നു.

മുതിർന്ന കണക്ഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ: സിഎംടി വെൽഡിംഗ്, ഫ്രിക്ഷൻ സ്റ്റിർ വെൽഡിംഗ്, മറ്റ് മുതിർന്ന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവ സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനകളുടെ വിശ്വാസ്യത ഉറപ്പാക്കുന്നു.

Ⅲ. ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളുടെ പ്രയോഗത്തിലെ തടസ്സം

സാമ്പത്തിക വെല്ലുവിളികൾ

ഉയർന്ന മെറ്റീരിയൽ ചെലവ്: അലൂമിനിയം വിലകൾ വളരെക്കാലമായി സ്റ്റീലിന്റെ വിലയുടെ 3-4 മടങ്ങ് നിലനിർത്തിയിട്ടുണ്ട് (ശരാശരി അലുമിനിയം ഇൻഗോട്ട് വില ടണ്ണിന് $2500, 2023 ൽ സ്റ്റീൽ വില ടണ്ണിന് $800), ഇത് വലിയ തോതിലുള്ള ജനപ്രിയതയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു.

ഉപകരണ നിക്ഷേപ പരിധി: സംയോജിത ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗിന് 6000 ടണ്ണിൽ കൂടുതൽ ഭാരമുള്ള അൾട്രാ ലാർജ് ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് മെഷീനുകൾ സ്ഥാപിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഒരൊറ്റ ഉപകരണത്തിന്റെ വില 30 ദശലക്ഷം യുവാൻ കവിയുന്നു, ഇത് ചെറുകിട, ഇടത്തരം സംരംഭങ്ങൾക്ക് താങ്ങാൻ പ്രയാസമാണ്.

പ്രകടന പരിമിതികൾ

ശക്തി പരിധി: ബലപ്പെടുത്തൽ രീതികളിലൂടെ ഇതിന് 600MPa വരെ എത്താൻ കഴിയുമെങ്കിലും, ഉയർന്ന ശക്തിയുള്ള സ്റ്റീൽ (1500MPa), ടൈറ്റാനിയം അലോയ് (1000MPa) എന്നിവയേക്കാൾ ഇത് ഇപ്പോഴും കുറവാണ്, ഇത് ഹെവി-ഡ്യൂട്ടി സാഹചര്യങ്ങളിൽ അതിന്റെ പ്രയോഗം പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.

താഴ്ന്ന താപനിലയിലെ പൊട്ടൽ: -20 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ താഴെയുള്ള അന്തരീക്ഷത്തിൽ, അലൂമിനിയത്തിന്റെ ആഘാത കാഠിന്യം 40% കുറയുന്നു, ഇത് അലോയ് പരിഷ്കരണത്തിലൂടെ മറികടക്കേണ്ടതുണ്ട്.

പ്രോസസ്സിംഗിനുള്ള സാങ്കേതിക തടസ്സങ്ങൾg

റീബൗണ്ട് കൺട്രോൾ ചലഞ്ച്: അലുമിനിയം പ്ലേറ്റ് സ്റ്റാമ്പിംഗിന്റെ സ്പ്രിംഗ്ബാക്ക് സ്റ്റീൽ പ്ലേറ്റിന്റെ 2-3 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്, ഇതിന് കൃത്യമായ മോൾഡ് നഷ്ടപരിഹാര രൂപകൽപ്പന ആവശ്യമാണ്.

ഉപരിതല ചികിത്സ സങ്കീർണ്ണത: ആനോഡൈസ്ഡ് ഫിലിമിന്റെ കനത്തിന്റെ ഏകീകൃതത നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, ഇത് സൗന്ദര്യശാസ്ത്രത്തെയും നാശന പ്രതിരോധത്തെയും ബാധിക്കുന്നു.

Ⅳ. വ്യവസായ ആപ്ലിക്കേഷൻ നിലയും സാധ്യതകളും

മുതിർന്നവർക്കുള്ള ആപ്ലിക്കേഷന്റെ മേഖലകൾ

ന്യൂ എനർജി വാഹനങ്ങൾ: NIO ES8 പൂർണ്ണമായും അലൂമിനിയം ബോഡി ഭാരം 30% കുറയ്ക്കുന്നു, 44900Nm/deg എന്ന ടോർഷണൽ കാഠിന്യം; നിങ്‌ഡെ ടൈംസ് CTP ബാറ്ററി ട്രേ അലൂമിനിയം കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഇത് ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത 15% വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു.

എയ്‌റോസ്‌പേസ്: എയർബസ് A380 ഫ്യൂസ്‌ലേജിന്റെ ഘടനയുടെ 40% അലുമിനിയം ലിഥിയം അലോയ് കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഇത് ഭാരം 1.2 ടൺ കുറയ്ക്കുന്നു; സ്‌പേസ് എക്‌സ് സ്റ്റാർഷിപ്പുകളുടെ ഇന്ധന ടാങ്കുകൾ 301 സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീൽ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, പക്ഷേ റോക്കറ്റ് ബോഡി ഘടന ഇപ്പോഴും 2024-T3 അലുമിനിയം അലോയ് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

റെയിൽ ഗതാഗതം: ജപ്പാനിലെ ഷിങ്കൻസെനിലെ N700S ബോഗിയിൽ അലുമിനിയം ഫോർജിംഗുകൾ ഉപയോഗിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഭാരം 11% കുറയ്ക്കുകയും ക്ഷീണ ആയുസ്സ് 30% വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

സാധ്യതയുള്ള ട്രാക്ക്

ഹൈഡ്രജൻ സംഭരണ ​​ടാങ്ക്: 5000 സീരീസ് അലുമിനിയം മഗ്നീഷ്യം അലോയ് ഹൈഡ്രജൻ സംഭരണ ​​ടാങ്കിന് 70MPa ഉയർന്ന മർദ്ദം പോലും താങ്ങാൻ കഴിയും, ഇത് ഇന്ധന സെൽ വാഹനങ്ങളുടെ പ്രധാന ഘടകമായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

കൺസ്യൂമർ ഇലക്ട്രോണിക്സ്: മാക്ബുക്ക് പ്രോയിൽ 1.2mm കനത്തിൽ 90% സ്‌ക്രീൻ ടു ബോഡി അനുപാതം നിലനിർത്തുന്ന ഒരു വൺ-പീസ് അലുമിനിയം ബോഡി ഉണ്ട്.

ഭാവിയിലെ മുന്നേറ്റ ദിശ

സംയോജിത നവീകരണം: അലൂമിനിയം അധിഷ്ഠിത കാർബൺ ഫൈബർ സംയോജിത മെറ്റീരിയൽ (6061/CFRP) ശക്തിയിലും ഭാരം കുറഞ്ഞതിലും ഇരട്ട മുന്നേറ്റം കൈവരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ബോയിംഗ് 777X വിംഗ് ഭാരം 10% കുറയ്ക്കാൻ ഈ മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഇന്റലിജന്റ് മാനുഫാക്ചറിംഗ്: AI അധിഷ്ഠിത ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് പാരാമീറ്റർ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ സിസ്റ്റം സ്ക്രാപ്പ് നിരക്ക് 8% ൽ നിന്ന് 1.5% ആയി കുറയ്ക്കുന്നു.

Ⅴ. ഉപസംഹാരം: ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളുടെ "തകർക്കൽ", "നിൽക്കൽ"

ഭാരം കുറഞ്ഞ അലുമിനിയം വസ്തുക്കൾ സാങ്കേതിക വിപ്ലവത്തിന്റെയും വ്യാവസായിക പരിവർത്തനത്തിന്റെയും കവലയിൽ നിൽക്കുന്നു:

മെറ്റീരിയൽ സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷൻ മുതൽ സിസ്റ്റം നവീകരണം വരെ: അതിന്റെ മൂല്യം ഭാരം കുറയ്ക്കുന്നതിൽ മാത്രമല്ല, നിർമ്മാണ പ്രക്രിയകളുടെ (ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് ഡൈ കാസ്റ്റിംഗ് പോലുള്ളവ) വ്യവസ്ഥാപിതമായ പുനഃക്രമീകരണം, ഉൽപ്പന്ന വാസ്തുവിദ്യ (മോഡുലാർ ഡിസൈൻ) എന്നിവ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിലും ഉണ്ട്.

ചെലവും പ്രകടനവും തമ്മിലുള്ള ചലനാത്മക സന്തുലിതാവസ്ഥ: പുനരുപയോഗ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയും (പുനരുപയോഗം ചെയ്ത അലുമിനിയത്തിന്റെ അനുപാതം 50% കവിയുന്നു) വലിയ തോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനവും (ടെസ്‌ലയുടെ സൂപ്പർ ഡൈ-കാസ്റ്റിംഗ് ഫാക്ടറിയുടെ ഉൽപ്പാദന ശേഷി വർദ്ധിക്കുന്നു) സാമ്പത്തിക വഴിത്തിരിവ് ത്വരിതപ്പെടുത്തിയേക്കാം.

പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദ നിർമ്മാണത്തിന്റെ മാതൃകാപരമായ മാറ്റം: ആഗോള വിതരണ ശൃംഖലയുടെ കുറഞ്ഞ കാർബൺ പരിവർത്തന ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്ന സ്റ്റീലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഓരോ ടൺ അലുമിനിയത്തിന്റെയും ജീവിതചക്രത്തിലുടനീളം കാർബൺ കാൽപ്പാടുകൾ 85% കുറയുന്നു.

പുതിയ ഊർജ്ജ വാഹനങ്ങളുടെ നുഴഞ്ഞുകയറ്റ നിരക്ക് 40% കവിയുക, വ്യോമയാന വ്യവസായത്തിൽ കാർബൺ താരിഫ് നടപ്പിലാക്കുക തുടങ്ങിയ നയങ്ങളാൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന ലൈറ്റ്‌വെയ്റ്റ് അലുമിനിയം വ്യവസായം ഒരു "ഓപ്ഷണൽ സാങ്കേതികവിദ്യ"യിൽ നിന്ന് "നിർബന്ധിത ഓപ്ഷനായി" പരിണമിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. മെറ്റീരിയൽ നവീകരണത്തിൽ കേന്ദ്രീകരിച്ചുള്ള ഈ വ്യാവസായിക വിപ്ലവം ആത്യന്തികമായി "ഭാരം" എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള മനുഷ്യന്റെ ധാരണയുടെ അതിരുകൾ പുനർനിർമ്മിക്കുകയും കാര്യക്ഷമവും വൃത്തിയുള്ളതുമായ വ്യവസായത്തിന്റെ ഒരു പുതിയ യുഗത്തിന് തുടക്കമിടുകയും ചെയ്യും.