Automobilový průmysl vyžaduje lehké, pevné a tuhé díly s komplexní charakteristikou. Hořčíkové slitiny se v automobilovém průmyslu stávají stále významnějším materiálem, díky jejich schopnosti výrazně snížit hmotnost vozidel, a tím přispět k úsporám paliva. Jakými vlastnostmi se hořčíkové slitiny vyznačují? Co se z nich vyrábí? A jaké jsou jejich klady a zápory?
Slitina hořčíku – materiál budoucnosti?
Hořčík (Mg) je lehký, středně tvrdý stříbrolesklý kov. Je jedním z nejrozšířenějších prvků v zemské kůře a nachází se v mnoha minerálech i v rostlinách. Více než třetina z celkové produkce surového hořčíku slouží pro účely výroby hořčíkových slitin. Slitiny hořčíku jsou považovány za materiál budoucnosti díky své nízké hmotnosti a schopnosti vytvářet lehké konstrukce.
Vlastnosti hořčíkových slitin
S hustotou přibližně 1,75 g/cm³ jsou slitiny hořčíku mnohem lehčí než hliník, který má hustotu 2,75 g/cm³. Ačkoli jejich mechanické vlastnosti, jako je pevnost a tvrdost, nejsou tak vysoké jako u hliníkových slitin, hořčík vyniká nižší teplotou tání, což přináší úspory energie při jeho zpracování.
Využití pro výrobu dopravních prostředků
Rostoucí ceny pohonných hmot a jejich omezené zásoby nutí vědce a inženýry hledat lehčí materiály pro výrobu dopravních prostředků, zejména aut a letadel. V automobilovém průmyslu se hořčíkové slitiny používají na výrobu různých součástí, včetně podvozkových dílů, plechů, kol či skříní spojek. Použití hořčíkových slitin v automobilové konstrukci výrazně snižuje hmotnost vozidla, neboť jsou tyto slitiny o asi 30 % lehčí než srovnatelné hliníkové díly.
Další využití v průmyslu
Díky svým vynikajícím elektromagnetickým vlastnostem nachází slitiny hořčíku uplatnění i v elektronice, ať už v mobilních telefonech, osobních počítačích nebo fotoaparátech. V armádním průmyslu se využívají k výrobě různých těles radarů, vysílaček, rámů, součástí výzbroje a výstroje obrněných vozidel. Hořčík se rovněž jeví jako slibný materiál pro akumulátory a fotovoltaické články.
Vývoj hořčíkových slitin v automobilovém průmyslu
Využití hořčíku a jeho slitin v automobilovém průmyslu má dlouhou historii, sahající až do roku 1920, kdy byl tento materiál poprvé použit při konstrukci sportovních vozů. V následujících desetiletích našel hořčík uplatnění i v komerčních vozech, například u modelu Volkswagen Beetle, který obsahoval téměř 20 kilogramů hořčíkových slitin. V posledních letech se hořčík dostává do popředí zájmu kvůli rostoucím ekologickým a legislativním požadavkům na provoz vozidel.
Současné využití hořčíku v automobilovém průmyslu
Automobilový průmysl dnes intenzivně využívá hořčíkové slitiny, především pro interiérové prvky, jako jsou středový panel, přístrojová deska, rámy sedaček nebo volanty. Novým trendem je snižování hmotnosti i dalších částí vozidla, a proto se hořčík začal používat například na střešní panely, sklápěcí střechy, kola, víka hlav válců nebo dokonce na bloky motorů. Současný výzkum se zaměřuje na použití hořčíku v automobilových bateriích, kde může jeho nízká hmotnost a snadná recyklovatelnost přinést značné výhody.
Zpracování hořčíku
Výroba automobilových dílů z hořčíkových slitin zahrnuje nejen tradiční odlévání, ale i moderní technologie plošného tváření, při nichž se materiál zpracovává ze svitků nebo nastříhaných tabulí, které se dělí na přesnou hmotnost. Kvůli specifické krystalové mřížce je tvářitelnost hořčíku omezená a vyžaduje ohřev na teplotu přibližně 220 °C, při níž se mění jeho struktura a lze ho tvářet podobně jako hliník za studena.
Výhody hořčíkových slitin
Nízká hustota hořčíkových slitin umožňuje výrazné snížení hmotnosti automobilů a tím i úsporu paliva. Použití hořčíku může snížit hmotnost vozidla o 10 %, což přináší úspory paliva až o 20 až 30 % bez drastických změn v konstrukci automobilu. Díky tomu by mohlo dojít ke snížení emisí výfukových plynů ze 150 g/km na 100–120 g/km. Vzhledem k rostoucímu počtu produkovaných automobilů můžou hořčíkové slitiny výrazně přispět k poklesu produkovaného a vypouštěného CO2 výfukovými plyny, což zmírní dopady globálního oteplování.
Kromě toho hořčík ovlivňuje i pozici těžiště, respektive posouvá ho směrem do zadní části vozu, čímž pozitivně ovlivňuje ovladatelnost vozu a jeho točivost. Dále redukuje vibrace i celkový hluk generovaný provozem vozidla.
Nevýhody slitin z hořčíku
Vlastností, která omezuje aplikaci hořčíkových slitin a vede spíše k používání slitin hliníku a plastů, je jeho horší korozní odolnost. Problémová je i těžba hořčíku, neboť Evropa je závislá na exportu hořčíku z Číny, která zajišťuje přes 90 % jeho světové produkce. V roce 2021 však omezila export, proto se v letošním roce těžba magnesia opětovně přesunula také do Evropy, konkrétně do Rumunska. Důl firmy Magnesium Verde by měl pokrýt zhruba polovinu evropské spotřeby hořčíku. Těžba u západorumunského města Oradea by mohla začít už v roce 2025, nejpozději pak ve druhé polovině roku 2027.
Kdo vyrábí auta z hořčíku?
S hořčíkem se dnes setkáváme u produktů významných výrobců aut, jako jsou Audi, Ford, Fiat, Daimler Chrysler, Jaguar nebo například Kia Motors Corporation. Jde o konstrukční součásti, např. vačkové kryty, sedadlový rám, volant, pedály, kola, ovládací panel, štíty bubnové brzdy, hlavy válců, dveřní součásti, sací potrubí, převodovky, víko palivové nádrže nebo různé držáky. S důrazem na snižování spotřeby pohonných hmot se očekává, že využití hořčíku v automobilovém průmyslu ČR i ve světě bude nadále růst.
Zdroje: 21.století.cz, Institut pro vzácné zeminy a kovy AG, MMspektrum.com, MMspektrum.com, Seznam Zprávy, Vysoké učení technické v Brně
Sára Aiblová je studentkou brněnské právnické fakulty. Kromě práva se zajímá o psychologii, kulturu a cestování. Baví ji prozkoumávat aktuální témata ze světa technologií či wellness a předávat je čtenářům.