Leghe di magnesio: AZ91, WE43 e Mg-Al-Ca nell'ingegneria moderna

Introduzione

La riduzione del peso senza sacrificare le prestazioni è la sfida centrale del mondo ingegneristico odierno. Gli ingegneri dell'industria automobilistica e aerospaziale, dell'elettronica portatile e dei dispositivi medici sono alla costante ricerca di materiali leggeri, ma resistenti e consistenti. Tra i metalli, le leghe di magnesio sono state una delle scelte più promettenti. Con un peso di 1,74 g/cm³, il magnesio pesa circa due terzi in meno dell'alluminio e quasi un quarto in meno dell'acciaio. Questo eccellente vantaggio in termini di peso, oltre ad essere interessante dal punto di vista meccanico, rende le leghe di magnesio la migliore opzione per le applicazioni in cui i grammi contano.

Tra la grande famiglia di leghe di magnesio, alcune composizioni si sono dimostrate particolarmente adatte alle applicazioni strutturali leggere. Le leghe AZ91, WE43 e Mg-Al-Ca ne sono un buon esempio, ciascuna con un proprio equilibrio di forza, resistenza alla corrosione e lavorabilità. La familiarità con le loro proprietà, i vantaggi e gli usi tipici aiuta gli ingegneri a selezionare il materiale giusto per i requisiti di progettazione specifici.

AZ91: il cavallo di battaglia affidabile

Tra le leghe di magnesio, l'AZ91 si distingue per la sua ampia diffusione e applicabilità. Il nome "AZ91" descrive gli elementi di lega principali: circa il 9% di alluminio e l'1% di zinco. La lega presenta un buon equilibrio tra prestazioni a basso peso e resistenza alla corrosione, per cui l'AZ91 è ampiamente utilizzata nei casi in cui l'economia è un fattore determinante.

La buona colabilità è uno dei principali vantaggi dell'AZ91. La lega può essere pressofusa in geometrie complesse con pochi difetti, il che è essenziale per i componenti dell 'industria automobilistica e dell'elettronica di consumo. Le proprietà meccaniche della lega sono sufficientemente elevate per la maggior parte degli scopi strutturali, pur avendo un livello di duttilità relativamente buono. La lega è anche più resistente alla corrosione rispetto a molte altre leghe di magnesio e questo ne aumenta la durata in caso di esposizione all'umidità o a sostanze chimiche leggere.

L'AZ91 è ampiamente utilizzato nelle parti di automobili, tra cui coperchi del motore, alloggiamenti della trasmissione e parti interne strutturali. La sua leggerezza, la sua forza e la sua resistenza alla corrosione l'hanno resa una delle leghe di magnesio più prodotte al mondo.

Ulteriori letture: Le quattro principali applicazioni delle leghe di magnesio

WE43: lega ad alte prestazioni

Mentre l'AZ91 eccelle nelle applicazioni leggere ed economiche, ci sono alcuni problemi ingegneristici che richiedono leghe con maggiore stabilità termica e resistenza. Entra in gioco la WE43. WE43 è una lega di magnesio a base di terre rare, principalmente legata all'ittrio (Y) e ad altri elementi di terre rare (RE), come il neodimio e il gadolinio.

L'introduzione di questi elementi di terre rare conferisce a WE43 eccezionali caratteristiche di alta temperatura e resistenza al creep, rendendolo adatto per applicazioni aerospaziali, veicoli ad alte prestazioni e persino mediche. A differenza delle leghe di magnesio convenzionali, WE43 non si deteriora alle alte temperature con una grande perdita di resistenza meccanica, il che lo rende prezioso per i componenti dei motori, i pannelli strutturali e altre applicazioni difficili.

Oltre alle prestazioni termiche, il WE43 è noto anche per la sua buona resistenza alla corrosione, soprattutto dopo un trattamento superficiale adeguato. Sebbene sia più costoso dell'AZ91, perché contiene elementi di terre rare, i vantaggi in termini di prestazioni pesano sul costo in applicazioni ad alta pericolosità. Il WE43 è già stato impiegato in componenti strutturali di aerei, componenti di motori ad alte prestazioni e persino impianti medici biodegradabili, dimostrando il potenziale delle leghe di magnesio che, se ottimizzate, possono essere adattate a specifiche esigenze di prestazioni.

Leghe Mg-Al-Ca: Soluzioni leggere del futuro

Recenti ricerche hanno incluso le leghe Mg-Al-Ca tra i candidati più promettenti per un utilizzo leggero e resistente alla corrosione. In queste leghe il magnesio è principalmente legato all'alluminio e al calcio per creare prodotti a bassa densità, con proprietà meccaniche accettabili e una maggiore stabilità ambientale.

L'aggiunta di calcio aumenta la resistenza alla corrosione e fornisce ulteriore stabilità termica, mentre l'alluminio è incluso per la sua resistenza meccanica. Le leghe sono particolarmente interessanti per le applicazioni su prodotti per i quali si prevede un uso a lungo termine in ambienti umidi o leggermente corrosivi, come i pannelli della carrozzeria delle automobili e le parti interne del settore aerospaziale. Sono stati esplorati anche altri usi biomedici per alcune composizioni di Mg-Al-Ca, sfruttando la biocompatibilità nativa del magnesio e la lenta biodegradazione fisiologica.

Le proprietà combinate di forza, leggerezza e resistenza alla corrosione delle leghe Mg-Al-Ca le pongono in una posizione solida come materiale ingegneristico di domani. Ulteriori ricerche continuano a perfezionare la loro composizione e le tecniche di lavorazione, come la fusione, l'estrusione e la fabbricazione additiva, per renderle più vantaggiose.

Come scegliere la migliore lega di magnesio

La scelta della lega di magnesio appropriata è un attento equilibrio tra i requisiti dell'applicazione, tra cui proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione, producibilità e costi. L'AZ91 rimane una soluzione matura e conveniente per la maggior parte delle applicazioni nel settore automobilistico e dell'elettronica di consumo. WE43 offre prestazioni eccellenti per applicazioni a temperature o sollecitazioni elevate, in particolare nel settore aerospaziale e medico. Le leghe Mg-Al-Ca sono una nuova classe che offre un equilibrio tra resistenza alla corrosione e caratteristiche di leggerezza adatte ad applicazioni strutturali e biomediche. Per ulteriori prodotti in lega, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).