随着全球人口老龄化问题越来越突出,银发经济成为热词,为相关产品和服务带来了发展机遇。其中,轮椅是老年人生活必需品,市场前景尤为广阔,并有望成为铝行业新的消费增长点。
铝材具有诸多优点。第一,资源丰富。其储量占地壳总质量的8.8%以上,是储量最大的金属。第二,密度低。铝是最常用的轻金属,密度为2.7g/cm3,只有铁的密度的34.3%,因此,在同等强度时,铝合金结构件的质量往往比钢结构件轻45%以上。第三,抗腐蚀性能强,能保持亮丽的白色。第四,表面处理性能良好,能被“涂”上各种各样的色彩。第五,铝结构在设计使用期内不需要维护,不像钢结构那样,每隔几年就得维护一次。第六,铝材料具有极强的可回收性,除极少量的机械性损耗外,几乎没有化学性损失,而且其回收再生总能耗仅相当于原铝提取总能耗的约5%,有利于推动可持续发展。
因此,在制造老人轮椅时,除齿轮等必须使用钢材料以及车圈、坐垫和靠背等必须使用非金属材料的部件外,椅架等其余约70%以上的部件均可用铝合金挤压材制造。所谓全铝轮椅,并不是指所有的零部件都是铝质的,而是指在确保轮椅完全符合技术标准并且安全、舒适的前提下,凡是可用铝合金制造的零部件都是铝质的。
表1 6063型合金的化学成分(质量%)
表2 6061型铝合金的化学成分(质量%)
表3 6061合金与6N61合金的性能比较
若要制造轮椅中强度不高的工件,宜使用6063合金制造。全世界75%以上的建筑铝材都是采用此合金生产的。6063型合金是Al-Mg-Si系合金,可热处理强化,强度中等,可焊性、抗蚀性、挤压性能优秀,淬火敏感性低,其化学性成分如表1所示。T6状态材料的抗拉强度为250MPa、屈服强度为219MPa、伸长率为12%。6063合金只可用于制造强度不高的工件。
若要制造强度高一些的工件,则宜使用6061型合金。6061型合金为了提高强度,加入了约0.25%的Cu,同时,为了抵消Cu对抗蚀性的不良影响,加入了约0.2%的Cr。该种合金淬火敏感性高,挤压后须进行重新固溶处理,并在室温水中淬火,才能实现高的强度,其化学成分如表2所示。6061-T6合金的典型力学性能为:抗拉强度316MPa,屈服强度281MPa,伸长率12%。
如果设计者认为6061合金的强度仍然无法满足强度需求,可使用6N61合金,其生产工艺和价格与6061合金的相当,但各项性能比6061合金略胜一筹。
如果6N61合金的性能还不能满足设计要求,建议选用7003合金。这是一种独特的日本合金,中国捷安特轻合金科技(昆山)有限公司不但用此合金批量生产各种挤压材,还用所产材料制造轮椅。
7003合金可焊性良好,钎焊性能尚可,成型性能优秀,表面处理性能优良,可挤压性能优秀,能轻松地生产薄壁大型材。7003合金在美国铝业协会注册的成分(质量%)为:Si0.30,Fe0.35,Cu0.20,Mn0.30,Mg0.50~1.0,Cr0.20,Zn5.0~6.5,Ti0.20,Zr0.05~0.25,其他杂质单个0.05、合计0.15。7003合金的合金化元素不多,含量也不高,因此有极好的成形加工性能,是一种用于生产管、棒、型材的专业合金。
7003合金室温典型力学性能为:抗拉强度360MPa,屈服强度325MPa,伸长率18%,布氏硬度HB=90,横断面收缩率72.3%。经过表面处理后有相当好的抗蚀性。
此外,含Sc的高强度铝合金可以作为备选合金。Sc是铝最好的晶粒细化剂。向铝合金中添加<0.5%的Sc,就能显著提高铝合金的综合性能,特别是力学性能和抗蚀性。例如,在NaCl-HCl溶液中试验24个小时后,7046合金和含Sc的7046合金的蚀坑深度分别为0.082mm和0.037mm。