Magnesiumseokset

Magnesiumseokset ovat tiheydeltään alhaisempia konstruktiometalleja. Niitä käytetään tyypillisesti ilmailuteollisuudessa, liikennevälineteollisuudessa, kannettavissa laitteissa ja työkaluissa. Koska magnesium on hyvin epäjalo metalli, se sopii myös käytettäväksi uhrianodina. Tämä pitää muistaa huomioida, ettei synny ei-toivottua galvaanista korroosiota. Magnesiumin heksagonaalisesta kiderakenteesta johtuen sitä on vaikea muokata kylmänä. Näin ollen tuotteiden valmistus tehdään yleensä valamalla. Seostamalla siitä saadaan kuitenkin kylmämuokkausta paremmin kestävää.

Nimeäminen

Magnesiumseokset nimetään ASTM:n mukaista järjestelmää käyttäen. Ensin kaksi kirjainta ilmoittaa pääseosaineet ja niiden jälkeen numerot ilmoittavat niiden pitoisuuden prosentteina. Viimeinen kirjain erottaa toisistaan saman seoksen eri versiot. Tämän perään merkitään kirjain ja numerotunnuksella seoksen toimitustila.

• Seosaineiden lyhenteet:
  • A alumiini
  • B vismutti
  • C kupari
  • D kadmium
  • E harvinaiset maametallit
  • F rauta
  • G magnesium
  • H torium
  • K zirkonium
  • L litium
  • M mangaani
  • N nikkeli
  • P lyijy
  • Q hopea
  • R kromi
  • S pii
  • T tina
  • W yttrium
  • Y antimoni
  • Z sinkki
• Toimitustilat:
  • F valmistustila
  • O hehkutettu
  • H10,H11 lievästi muokkauslujitettu
  • H23,H24,H26 muokkauslujitettu ja osittain hehkutettu
  • T4 liuoshehkutettu
  • T5 vain keinovanhennettu
  • T6 liuoshehkutettu ja keinovanhennettu

Valuseokset

Magnesiumia on vaikea muokata varsinkin kylmänä, joten pääosin tuotteet valmistetaan valamalla. Seostamalla saadaan erilaisia magnesiumseoksia, jotka sopivat erilaisiin valumenetelmiin. Erilaisten ominaisuuksien saamiseksi on kuitenkin tehtävä kompromisseja. Jotkut seosaineet esimerkiksi nostavat lujuutta ja kimmoisuutta, mutta huonontavat valuominaisuuksia. Teoriassa on kuitenkin mahdollista tuottaa seos, jolla olisi kaikki halutut ominaisuudet, mutta ne ovat liian kalliita verrattuna teräkseen tai yleisimpiin rakennemateriaaleihin. Magnesiumseoksia voidaan valaa paine-, hiekka- ja kokilli­valu­menetelmillä. Magnesium täyttää muotin hyvin, mutta kutistuu jäähtyessään paljon. Painevalu tuottaa hienon raekoon ilman erillisiä raekokoa pienentäviä lisä­aineita. Siinä yleisimmin käytettävissä seoksissa tärkeimmät seosaineet ovat alumiini, sinkki, pii ja mangaani. Hiekka- ja kokillivalussa lisätään seokseen zirkoniumia rae­koon pienentämiseksi, jos seoksessa ei ole alumiinia. Zirkoniumia ei voi käyttää seoksissa, jossa on alumiinia tai mangaania, koska se muodostaa yhdisteitä näiden aineiden kanssa. Perinteisesti raekoko on saatu hienommaksi ylikuumentamalla seos noin 850 °C:n lämpö­tilaan. Syytä, miksi ylikuumentaminen vaikuttaa raekokoon, ei tiedetä. Suuri raekoko heikentää materiaalin mekaanisia ominaisuuksia. Valussa käytettävät magnesiumseokset voidaan luokitella pääseosaineen sekä zirkoniumin mukaan seuraavasti:

• Zirkoniumittomat seokset
  • Magnesium-mangaani -seokset
  • Magnesium-alumiini -seokset
  • Magnesium-alumiini-mangaani -seokset
  • Magnesium-alumiini-pii -seokset
  • Magnesium-alumiini-sinkki -seokset
  • Magnesium-alumiini-sinkki-mangaani -seokset
• Zirkoniumpitoiset seokset
  • Magnesium-zirkonium -seokset
  • Magnesium-sinkki-zirkonium -seokset
  • Magnesium-RE-zirkonium -seokset
  • Magnesium-hopea-RE-zirkonium -seokset
  • Magnesium-ytrium-RE-zirkonium -seokset
  • Magnesium-torium-zirkonium -seokset
  • Magnesium-torium-sinkki-zirkonium -seokset
  • Magnesium-hopea-torium-RE-zirkonium -seokset

Käyttökohteita

Ilmailuteollisuus

Seosta RZ5 on käytetty jo monia vuosia esimerkiksi helikoptereiden vaihteistojen kotelointiin. Se tarjoaa hyvät mekaaniset ominaisuudet ja on kevyttä. Paremman korroosionkestävyyden ja pidempien huoltovälien saamiseksi valmistajat ovat alkaneet tutkia paremmin kestäviä seoksia. Niinpä esimerkiksi Eurocopter EC 120-, NH90- ja Sikorsky S92 -helikoptereiden pääroottorin vaihdelaatikoitten kotelot on valmistettu WE43 seoksesta. Se kestää hyvin korroosiota ja korkeita lämpötiloja, joten vanhojen koptereiden RZ5 -osia korvataan uusilla WE43:sta tehdyillä osilla. Lentokoneiden moottoreissa ja vaihdelaatikoissa käytetään yleensä RZ5, ZRE1, MSR ja EQ21 seoksia. WE43 tulee todennäköisesti korvaamaan tulevaisuudessa osan näistäkin parempien ominaisuuksiensa takia. Edellä mainituista voidaan valmistaa valamalla isojakin osia. Tällaisia ovat esimerkiksi turbiinin kompressorin kotelo. Esimerkiksi Rolls-Royce käyttää MSR-seosta näissä osissa. Valun jälkeen työstettyjä osia käytetään myös vaihdelaatikkojen kriittisissä osissa ja laskutelineissä. Työstettyjä magnesiumosia tullaan tulevaisuudessa enemmän käyttämään osissa, joiden pitää kestää korkeita lämpötiloja.

Ajoneuvoteollisuus

Moottoriurheilussa RZ5 on yleisesti käytetty seos. Sitä käytetään esimerkiksi vaihdelaatikoiden koteloinnissa. MSR- ja EQ21-seosten käyttöä on lisätty niiden hyvien lämmönkesto-ominaisuuksien takia. Myös WE54 kestää hyvin korkeita lämpötiloja, joten siitä valmistettuja osia käytetään esimerkiksi Formula 1 – autojen moottoreissa ja joissakin katuautoissa. Siitä valmistetaan esimerkiksi mäntiä.

Moottoripyörissä käytetään Merlam 072 -seosta, joka on piikarbidilla vahvistettu sinkki-kupari-mangaani-magnesiumseos. Se on hyvin sitkeä ja alumiinia kevyempi seos.

Muita käyttökohteita

Useissa muissakin tuotteissa käytetään magnesium seoksia. Elektroniikka­teollisuudessa laitteiden rungoissa käytetään usein näitä kevyitä seoksia. Myös joissakin urheilutuotteissa, toimistotuotteissa ja työkaluissa käytetään magnesiumia. Magnesiumanodeita käytetään suojaamaan muita materiaaleja galvaaniselta korroosiolta.

Lähteet

• http://www.asmfinland.fi/files/seminaariaineisto/valuteknologia/Suikkanen.pdf^{[vanhentunut linkki]}
• http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=355