Zliatina horčíka – materiál budúcnosti?

Horčík (Mg) je ľahký, stredne tvrdý striebrolesklý kov. Je jedným z najrozšírenejších prvkov v zemskej kôre a nachádza sa v mnohých mineráloch aj v rastlinách. Viac než tretina z celkovej produkcie surového horčíka slúži na účely výroby horčíkových zliatin. Zliatiny horčíka sú považované za materiál budúcnosti vďaka svojej nízkej hmotnosti a schopnosti vytvárať ľahké konštrukcie.

Vlastnosti horčíkových zliatin

S hustotou približne 1,75 g/cm³ sú zliatiny horčíka omnoho ľahšie než hliník, ktorý má hustotu 2,75 g/cm³. Hoci ich mechanické vlastnosti, ako je pevnosť a tvrdosť, nie sú také vysoké ako u hliníkových zliatin, horčík vyniká nižšou teplotou tavenia, čo prináša úspory energie pri jeho spracovaní.

Využitie na výrobu dopravných prostriedkov

Rastúce ceny pohonných hmôt a ich obmedzené zásoby nútia vedcov a inžinierov hľadať ľahšie materiály na výrobu dopravných prostriedkov, najmä áut a lietadiel.

V automobilovom priemysle sa horčíkové zliatiny používajú na výrobu rôznych súčastí, vrátane podvozkových dielov, plechov, kolies či skriniek spojok.

Použitie horčíkových zliatin v automobilovej konštrukcii výrazne znižuje hmotnosť vozidla, keďže tieto zliatiny sú o asi 30 % ľahšie než porovnateľné hliníkové diely.

Ďalšie využitie v priemysle

Vďaka svojim vynikajúcim elektromagnetickým vlastnostiam nachádzajú zliatiny horčíka uplatnenie aj v elektronike, či už v mobilných telefónoch, osobných počítačoch alebo fotoaparátoch.

V armádnom priemysle sa využívajú na výrobu rôznych telies rádiolokátorov, vysielačiek, rámov, súčastí výzbroje a výstroja obrnených vozidiel. Horčík sa tiež javí ako sľubný materiál pre akumulátory a fotovoltaické články.

Vývoj horčíkových zliatin v automobilovom priemysle

Využitie horčíka a jeho zliatin v automobilovom priemysle má dlhú históriu, siahajúcu až do roku 1920, keď bol tento materiál prvýkrát použitý pri konštrukcii športových vozidiel.

V nasledujúcich desaťročiach našiel horčík uplatnenie aj v komerčných vozidlách, napríklad u modelu Volkswagen Beetle, ktorý obsahoval takmer 20 kilogramov horčíkových zliatin. V posledných rokoch sa horčík dostáva do popredia záujmu kvôli rastúcim ekologickým a legislatívnym požiadavkám na prevádzku vozidiel.

Súčasné využitie horčíka v automobilovom priemysle

Automobilový priemysel dnes intenzívne využíva horčíkové zliatiny, predovšetkým pre interiérové prvky, ako sú stredový panel, prístrojová doska, rámy sedadiel alebo volanty.

Novým trendom je znižovanie hmotnosti aj ďalších častí vozidla, a preto sa horčík začal používať napríklad na strešné panely, sklápacie strechy, kolesá, kryty hláv valcov alebo dokonca na bloky motorov. Súčasný výskum sa zameriava na použitie horčíka v automobilových batériách, kde môže jeho nízka hmotnosť a ľahká recyklovateľnosť priniesť značné výhody.

Spracovanie horčíka

Výroba automobilových dielov z horčíkových zliatin zahŕňa nielen tradičné odlievanie, ale aj moderné technológie plošného tvárnenia, pri ktorých sa materiál spracováva zo zvitkov alebo nastihaných tabúľ, ktoré sa delia na presnú hmotnosť.

Kvôli špecifickej kryštálovej mriežke je tvárniteľnosť horčíka obmedzená a vyžaduje ohrev na teplotu približne 220 °C, pri ktorej sa mení jeho štruktúra a možno ho tvárniť podobne ako hliník za studena.

Výhody horčíkových zliatin

Nízka hustota horčíkových zliatin umožňuje výrazné zníženie hmotnosti automobilov a tým aj úsporu paliva. Použitie horčíka môže znížiť hmotnosť vozidla o 10 %, čo prináša úspory paliva až o 20 až 30 % bez drastických zmien v konštrukcii automobilu.

Vďaka tomu by mohlo dôjsť k zníženiu emisií výfukových plynov zo 150 g/km na 100–120 g/km. Vzhľadom na rastúci počet produkovaných automobilov môžu horčíkové zliatiny výrazne prispieť k poklesu produkovaného a vypúšťaného CO₂ výfukovými plynmi, čo zmierni dopady globálneho otepľovania.

Okrem toho horčík ovplyvňuje aj polohu ťažiska, respektíve posúva ho smerom do zadnej časti vozidla, čím pozitívne ovplyvňuje ovládateľnosť vozidla a jeho točivosť. Ďalej redukuje aj hodnoty zoskupenej zotrvačnosti, čo má za následok lepšiu odozvu pri rýchlej zmene smeru jazdy.

Vady horčíkových zliatin

Napriek svojim výhodám majú horčíkové zliatiny aj niektoré nevýhody. Jednou z nich je nízka odolnosť voči korózii, čo spôsobuje, že sa tento materiál musí chrániť špeciálnymi vrstvami alebo anorganickými povlakmi. Ďalším nedostatkom je aj jeho nízka únava materiálu, kvôli ktorej sa niektoré zložité diely z horčíkových zliatin musia vyrábať kombinovane s inými materiálmi.

Kto vyrába autá z horčíka?

S horčíkom sa dnes stretávame u produktov významných výrobcov áut, ako sú Audi, Ford, Fiat, Daimler Chrysler, Jaguar alebo napríklad Kia Motors Corporation. Ide o konštrukčné súčasti, napr. vačkové kryty, rám sedadla, volant, pedále, kolesá, ovládací panel, štíty bubnovej brzdy, hlavy valcov, dverové súčasti, sacie potrubie, prevodovky, veko palivovej nádrže alebo rôzne držiaky.
So zameraním na znižovanie spotreby pohonných hmôt sa očakáva, že využitie horčíka v automobilovom priemysle SR aj vo svete bude naďalej rásť.

Zdroje: 21.století.cz, Institut pro vzácné zeminy a kovy AG, MMspektrum.com, MMspektrum.com, Seznam Zprávy, Vysoké učení technické v Brně