Magnesiumseoksesta valmistettujen akkualustojen kitkahitsaustekniikka uusiin energia-ajoneuvoihin

Yhä korostuneiden paineiden, kuten ympäristönsuojelun, energiansäästön ja päästöjen vähentämisen, hiilidioksidin huippukorkeuksien ja hiilineutraaliuden vuoksi, kevyt on väistämätön trendi autoteollisuudessa. Kevytpainon käsite syntyi moottoriurheilusta, sen etuna on, että turvallisuussuorituskyvyn säilyttämisen edellytyksenä on, että painonpudotus voi tuoda paremman ajettavuuden ja kiihtyvyyden; ja autojen kevyen valmistuksen toteuttaminen tapahtuu pääosin: rakennesuunnittelulla, uusien materiaalien soveltamisella ja Uudet materiaalit ovat pääasiassa ei-rautametalleja, kuten alumiinia ja magnesiumia.

Autoteollisuudessa materiaalit, kuten alumiiniseokset ja alumiini-teräs-komposiittirakenteet, ovat korvanneet perinteiset teräsmateriaalit avainkomponenteissa, kun taas magnesiumseokset uutena rakennemateriaalina muodostavat suhteellisen pienen osan autoteollisuudesta. Tällä hetkellä jokaisessa autossa Euroopassa ja Yhdysvalloissa käytetään 5,8-23,6 kg magnesiumseosta valmistettuja osia, ja yhden auton kulutus kotimaassani on alle 10 kg. Syynä on se, että magnesiumseosten vaikea hitsaus on keskeinen tekninen ongelma, joka rajoittaa magnesiumseoksesta valmistettujen autonosien laajamittaista käyttöä.

On erittäin vaikeaa saavuttaa korkealaatuista magnesiumseosten hitsausta sulahitsauksella seuraavista syistä:

1. Magnesiumin vahvan hapettavan ominaisuuden ansiosta on helppo muodostaa oksidikalvo (MgO) hitsausprosessin aikana, ja hitsiin on helppo muodostaa sulkeumia, mikä heikentää hitsin suorituskykyä. Korkeassa lämpötilassa magnesium on myös helppo reagoida kemiallisesti ilmassa olevan typen kanssa muodostaen magnesiumnitridiä, joka heikentää liitoksen suorituskykyä. 

 2. Magnesiumin kiehumispiste ei ole korkea, minkä vuoksi se haihtuu helposti kaaren korkeassa lämpötilassa. 

 3. Korkean lämmönjohtavuuden ansiosta magnesiumseoksia hitsattaessa käytetään suuritehoista lämmönlähdettä ja nopeaa hitsausta, mikä aiheuttaa helposti metallin ylikuumenemista ja rakeiden kasvua hitsaus- ja hitsauskohdassa. 

 4. Magnesiumlejeeringin lämpölaajenemiskerroin on suuri, mikä on noin 1-2 kertaa alumiinin lämpölaajenemiskerroin. Hitsausprosessin aikana on helppo tuottaa suuria hitsausmuodonmuutoksia, jotka aiheuttavat suuren jäännösjännityksen. 

 5. Koska magnesiumin pintajännitys on pienempi kuin alumiinin, on hitsimetallin helppo saada romahtamaan hitsauksen aikana, mikä vaikuttaa hitsin muodostumisen laatuun. 

 6. Samoin kuin alumiiniseoksia hitsattaessa, vetyreikiä syntyy helposti, kun magnesiumseoksia hitsataan. Vedyn liukoisuus magnesiumiin heikkenee lämpötilan laskun myötä ja magnesiumin tiheys on pienempi kuin alumiinin, joten kaasu ei pääse helposti poistumaan ja hitsin jähmettyessä muodostuu huokosia. 

 7. Magnesiumseokset muodostavat helposti matalan sulamispisteen eutektisen rakenteen muiden metallien kanssa ja kiteisiä halkeamia on helppo muodostaa hitsausliitoksiin. Kun lämpötila liitoksessa on liian korkea, saumarakenteessa oleva matalassa lämpötilassa sulava yhdiste sulaa raerajalla muodostaen onteloita tai aiheuttaa raerajahapetusta, joka on niin kutsuttu 'ylipalaminen'-ilmiö.