Otomotiv endüstrisi, yakıt verimliliğini artırmak ve elektrikli araçların menzilini uzatmak için sürekli olarak daha hafif ve daha güçlü malzemeler arayışındadır. Bu arayışta, geleneksel alüminyum ve magnezyum alaşımlarının performans sınırlarını aşan, İtriyum (Yttrium) ve Skandiyum (Scandium) gibi nadir toprak elementleri ile katkılanmış ultra hafif alaşımlar, sektör için devrim niteliğinde fırsatlar sunmaktadır.
Hem İtriyum hem de Skandiyum, alüminyum ve magnezyum gibi hafif metallerle alaşımlandığında, malzemelerin mikroyapısını değiştirerek benzersiz özellikler kazandırır:
Etki: Alüminyum-Skandiyum (Al-Sc) alaşımları, Skandiyum'un çok küçük Al3Sc nanoparçacıkları oluşturma yeteneği sayesinde olağanüstü yüksek mukavemet ve sertlik kazanır. Bu parçacıklar, malzemeyi yüksek sıcaklıklarda bile kararlı tutar.
Fırsat: En önemlisi, Skandiyum katkısı alüminyumun kaynaklanabilirliğini önemli ölçüde iyileştirir. Bu, büyük ve karmaşık yapılı otomobil şasi bileşenlerinin üretiminde birleştirme kolaylığı ve güvenilirlik sağlar.
Etki: İtriyum, özellikle magnezyum ve bazı nikel bazlı süper alaşımlara eklendiğinde, alaşımın yüksek sıcaklık dayanımını ve korozyon direncini artırır. Magnezyum alaşımlarında İtriyum, sürünme (creep) direncini artırarak motor bloğu gibi yüksek termal strese maruz kalan parçalar için ideal hale gelir.
Fırsat: İtriyum katkısı, alaşım kaplamalarının yüzeye yapışma dayanımını artırarak, motor ve egzoz sistemlerindeki termal bariyer kaplamalarının ömrünü uzatır.
İtriyum ve Skandiyum katkılı alaşımların sağladığı üstün özellikler, otomotiv sektörünün karşı karşıya olduğu en büyük iki zorluğa, yani ağırlık azaltma ve termal verimlilik konularına doğrudan çözüm sunar:
Skandiyum katkılı alüminyum alaşımları, daha ince kesit kalınlıklarında bile standart alüminyuma göre üstün mukavemet sunduğu için araç şasi ve gövde panellerinde kullanılabilir.
Sonuç: Aracın toplam ağırlığı azalır, bu da içten yanmalı motorlu araçlarda yakıt verimliliğini artırır ve elektrikli araçlarda menzili (kilometre) uzatır.
Özellikle elektrikli araçlarda batarya ve motor bileşenleri yüksek sıcaklıklara ulaşabilir. Magnezyum-İtriyum alaşımları veya İtriyum katkılı süper alaşımlar:
Uygulama: Motor blokları, pistonlar, ve kritik bağlantı elemanlarında kullanılarak yüksek sıcaklık altında bile mekanik bütünlüğü ve dayanıklılığı korur. Bu, motorların daha yüksek sıcaklıkta ve dolayısıyla daha verimli çalışmasına olanak tanır.
Hafif ve güçlü alaşımlar, tekerlekler ve süspansiyon sistemlerinde kullanılarak "yaysız kütleyi" azaltır.
Sonuç: Yol tutuşu, frenleme performansı ve sürüş konforu artırılarak aracın dinamik performansı optimize edilir.
Bu ileri alaşımların yaygınlaşmasının önündeki en büyük engel, Skandiyum ve İtriyum'un yüksek maliyeti ve sınırlı tedarik zinciridir. Ancak, geri dönüşüm teknolojilerinin gelişmesi ve elementlerin kritik bileşenlerde hassas dozlarda kullanılmasıyla, bu alaşımların uzun vadede yüksek performanslı niş uygulamalardan seri üretime geçiş yapması beklenmektedir.
