Sebagai landasan industri modern, variasi kinerja bahan logam secara langsung mempengaruhi pemilihan bahan tersebut untuk aplikasi tertentu. Paduan magnesium, seng, titanium, dan aluminium-empat bahan logam ringan utama-menunjukkan perbedaan signifikan dalam metrik inti seperti kepadatan, kekuatan, ketahanan terhadap korosi, dan kemampuan kerja.
I. Perbandingan Sifat Fisika Fundamental
1. Kepadatan dan Kekuatan Spesifik
Paduan magnesium, dengan kepadatan 1,7–1,9 g/cm³, termasuk dalam logam struktural paling ringan. Kekuatan spesifiknya (kekuatan/densitas) mencapai 150–250 MPa/(g/cm³), jauh melebihi paduan aluminium (80–120 MPa/(g/cm³)). Misalnya, paduan magnesium AZ91D mempertahankan kekuatan tarik sebesar 280 MPa sementara beratnya hanya 68% dari paduan aluminium 6061. Meskipun paduan titanium memiliki kepadatan lebih tinggi (4,5 g/cm³), kekuatan spesifiknya masih melebihi 300 MPa/(g/cm³), sehingga mencapai pengurangan berat bilah mesin dirgantara sebesar 30%.
Paduan seng memiliki kepadatan tinggi 6,6–7,2 g/cm³ dengan kekuatan spesifik hanya 40–60 MPa/(g/cm³). Namun, berat jenisnya yang tinggi memungkinkan pencetakan roda gigi presisi hingga ketebalan 0,5 mm dalam aplikasi die-pengecoran-suatu prestasi yang tidak dapat dicapai dengan paduan aluminium (membutuhkan ketebalan dinding 1,2 mm).
2. Termal-Sifat Fisik
Konduktivitas termal paduan magnesium (156 W/(m·K)) adalah 23 kali lipat dari paduan titanium (6,7 W/(m·K)). Pada modul pendingin laptop, casing paduan magnesium dapat menurunkan suhu CPU sebesar 8–10 derajat . Paduan aluminium menunjukkan konduktivitas termal yang unggul (237 W/(m·K)), namun keunggulan ringan paduan magnesium memastikan dominasinya dalam manajemen termal perangkat seluler.
Paduan titanium mempertahankan 80% kekuatan-suhu ruangannya pada 500 derajat , sedangkan paduan aluminium kehilangan 40% kekuatannya pada suhu 200 derajat . Perbedaan ketahanan panas ini menjadikan paduan titanium sebagai material pilihan untuk ruang bakar mesin pesawat terbang, sedangkan paduan aluminium sebagian besar digunakan dalam komponen struktur-bersuhu sekitar.
II. Sifat Kimia dan Ketahanan Korosi
1. Perilaku Oksidasi
Magnesium dengan cepat membentuk film MgO setebal 0,5–1μm di udara, tetapi film ini berpori dan rapuh, menunjukkan korosi lubang dalam waktu 24 jam dalam larutan NaCl 3,5%. Teknologi oksidasi busur mikro-dapat menghasilkan lapisan keramik setebal 20μm-pada permukaan magnesium, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap korosi sepuluh kali lipat.
Film Al₂O₃ (3-5nm) yang terbentuk secara alami pada permukaan paduan aluminium memiliki sifat penyembuhan sendiri, sehingga dapat bertahan lebih dari sepuluh tahun di lingkungan laut. Paduan aluminium 6061 anodisa mencapai ketebalan lapisan 25μm, dengan ketahanan semprotan garam melebihi 2000 jam.
Film TiO₂ (2-10 nm) yang terbentuk pada permukaan paduan titanium menunjukkan sifat pasif yang sempurna, tetap stabil bahkan dalam media yang sangat korosif seperti aqua regia dan asam sulfat pekat. Laju korosi titanium murni industri dalam air laut hanya 0,001 mm/a, seperduapuluh dari baja tahan karat 316L.
2. Korosi Elektrokimia
Paduan seng rentan terhadap korosi intergranular di lingkungan lembab. Ketika unsur pengotor (Pb, Cd) melebihi kandungan 0,005%, laju korosi meningkat tiga kali lipat. Penambahan 0,1% Mg membentuk fase Zn-Mg, yang secara signifikan menghambat korosi elektrokimia.
Paduan magnesium memiliki potensial elektroda standar yang jauh lebih rendah (-2,37 V) dibandingkan paduan aluminium (-1,66 V) dalam elektrolit, yang menyebabkan korosi galvanik pada antarmuka magnesium/aluminium. Menerapkan pelapis isolasi atau perlindungan anoda korban dapat mengendalikan laju korosi di bawah 0,1 mm/a.
AKU AKU AKU. Kemampuan Mesin dan Kemampuan Beradaptasi Proses
1. Properti Pengecoran
Paduan magnesium memiliki titik leleh (650 derajat ) 10 derajat lebih rendah dibandingkan paduan aluminium (660 derajat ), namun memiliki viskositas lebih rendah, fluiditas unggul, dan kemampuan pengisian lebih baik. Dalam produksi die-casting, cetakan paduan magnesium mencapai masa pakai 200.000 siklus, dua kali lipat dari paduan aluminium.
Paduan seng memiliki titik leleh terendah (385 derajat ), sehingga memungkinkan produksi berkelanjutan melalui mesin pengecoran-ruang panas-pengecoran. Hal ini menghasilkan peningkatan efisiensi produksi sebesar 40% dibandingkan dengan pengecoran-ruang dingin-paduan aluminium. Namun, paduan seng menunjukkan tingkat penyusutan yang lebih tinggi (0,6%) dibandingkan paduan magnesium (0,5%), sehingga memerlukan desain cetakan yang lebih presisi.
2. Pengolahan Deformasi
Paduan aluminium dapat mencapai deformasi lebih dari 90% melalui proses seperti penggulungan dan ekstrusi, dengan paduan aluminium 6061 dalam kondisi T6 mencapai kekuatan luluh 290 MPa. Namun paduan magnesium menunjukkan kemampuan deformasi plastis yang buruk pada suhu kamar karena struktur kristal heksagonal close-packed (HCP). Hal ini memerlukan penggunaan ekstrusi-sudut sudut yang sama (ECAP) untuk mencapai struktur butiran ultra-halus, yang meningkatkan perpanjangan dari 8% menjadi 25%.
Paduan titanium menunjukkan tingkat pengerasan kerja yang sangat tinggi (n=0.4), dengan gaya potong 1,5 kali lipat dari baja. Penempaan-suhu tinggi (900–1000 derajat ) menghasilkan struktur mikro fase -, meskipun hal ini meningkatkan konsumsi energi peralatan sebesar 30%. Paduan titanium tipe -baru (misalnya, Ti-5553) meningkatkan sifat mampu bentuk-suhu ruangan sebesar 50% melalui kandungan elemen penstabil yang terkontrol.
IV. Analisis Skenario Aplikasi Khas
1. Sektor Dirgantara
Paduan titanium membentuk 41% struktur jet tempur F-22. Balok roda pendaratannya, dibuat dari paduan TC4, mempertahankan kinerja stabil pada suhu mulai dari -55 derajat hingga 600 derajat. Paduan magnesium AZ31B mencapai pengurangan berat sebesar 40% pada dudukan satelit, namun memerlukan pelapisan nikel untuk memenuhi persyaratan ketahanan terhadap korosi di lingkungan ruang angkasa.
Paduan aluminium 7075-T6 merupakan 15% dari pesawat Boeing 787. Spar sayapnya, yang disambung melalui pengelasan aduk gesekan (FSW), mencapai kekuatan sambungan yang mencapai 90% dari bahan dasar, dibandingkan dengan hanya 70% untuk struktur terpaku tradisional.
2. Industri Otomotif
Velg berbahan magnesium (misalnya AM60B) mengurangi bobot sebesar 35% dibandingkan velg aluminium, meskipun biayanya dua kali lipat. Teknologi cetakan injeksi semi-padat (SSM) dapat menurunkan biaya produksi velg magnesium sebesar 40%.
Zinc alloy die-cast components hold an 80% market share in automotive door locks. The ZA8 alloy, after T5 heat treatment, achieves a hardness of 120 HB and exhibits three times the wear resistance of aluminium alloys. However, zinc alloys suffer from poor dimensional stability at elevated temperatures (>120 derajat), membatasi penerapannya pada komponen mesin.
3. 3C Elektronik
Paduan magnesium menguasai 65% pangsa pasar casing laptop. Paduan AZ91D mencapai kekerasan permukaan 1200 HV setelah oksidasi busur mikro-, melampaui baja tahan karat dalam hal ketahanan aus. Paduan aluminium 6063 membentuk 80% bingkai tengah ponsel cerdas, memungkinkan pemrosesan tekstur dengan presisi 0,1 mm melalui teknologi pencetakan nano.
Paduan titanium digunakan pada engsel ponsel layar lipat. Paduan -tipe Ti-3Al-2.5V mengalami pemintalan dingin, meningkatkan modulus elastisitasnya dari 105 GPa menjadi 120 GPa, sehingga memenuhi persyaratan untuk 200.000 siklus pelipatan.