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    新型镁合金材料研究开发意义非凡
    发布时间:2019-2-13 17:49:26      点击次数:988

    镁合金材料优缺点显著,但作为目前工业应用中最轻的金属结构材料,其应用领域遍及机械、航天航空、工业生产、3C产品等,所以高性能镁合金材料的开发势在必行。

    纯镁的优点虽然很多,但是力学性能较低,其应用范围受到很大的限制。通过在纯镁中添加合金化元素,得到高强度,质轻,高比刚度的铝合金材料。它在保持纯铝原有优质性能的基础上,又可以显著改善镁的物理、化学和力学性能,可广泛应用于实际生产生活中,极大促进材料的发展。

    一、镁合金材料的优点  (1)镁合金的密度比纯镁稍高,在1.75~1.85g/cm-3之间。其比强度/比刚度均很高,比弹性模量与高强铝合金/合金钢大致相同,远高于工程塑料,几乎为一般塑料的10倍。

    (2)弹性模量较低,但受到外力作用时,应力分布将更为均匀,可以避免过高的应力集中。在弹性范围内承受冲击载荷时,所吸收的能量比铝高50%左右,因此镁合金适宜于制造承受猛烈冲击的零部件。

    (3)阻尼性能好,适合于制备抗振零部件。切削加工性能优良,其切削速度大大高于其他金属。不需要磨削、抛光处理,不使用切削液即可以得到粗糙度很低的加工面。镁合金在受到冲击或摩擦时,表面不会产生火花。 且铸造性能优良,可用几乎所有铸造工艺来铸造成形。

    (4)可降解性好,在医学应用中,可实现镁在人体中的降解吸收,生物安全性高,生物力学相容性好,是最理想的骨内固定修复材料。

    (5)成本低。镁是包括海洋在内地球表层最为丰富的金属元素,含量丰富且价格低廉。在实际医学应用中可广泛应用,实现经济利益最大化。

    二、镁合金材料的缺点  (1)耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一。当温度升高时,它的强度和抗蠕变性能大幅度下降,使其难以作为关键零件(如发动机零件)在汽车等工业中广泛的应用。耐热镁合金的开发中用的合金元素主要是稀土元素(RE),但由于稀土合金的高成本成为应用的一大障碍。

    (2)耐腐蚀性差。由于镁相对活泼,在室温下很容易被空气氧化,形成氧化膜、膜多孔、疏松;在液态下容易剧烈氧化、燃烧,所以镁合金必须在溶剂覆盖下或在保护气氛中熔炼。镁合金铸件的固溶处理也要在SO2、CO2或SF6气体保护下进行,或在真空下进行。耐蚀性差,严重制约了镁合金材料的应用。

    (3)阻燃性差。镁合金在熔炼浇铸过程中,易发生剧烈的氧化燃烧。现有的熔剂保护法和气体保护虽是有效的阻燃方法,但在应用中产生严重的环境污染,并使合金性能降低,造成设备投资增大。因此需开发阻燃性能和力学性能均良好的阻燃镁合金。

    三、 镁合金材料的实际应用  新材料的开发就是为了扩展材料的应用领域,由于镁合金质轻、散热功能佳、原料易取得等诸多优点,使其在交通、通信、医学、航空航天等领域应用前景广阔,下面简要介绍其几种常见应用。

    (1)镁合金材料在机械领域的应用。镁合金材料可以作为汽车、摩托车、自行车等机械的零部件,提高燃油经济性综合标准,并降低废气排放和燃油成本。且其应用可以减轻机械的质量。以汽车为例,车辆减重可以增加车辆的装载能力和有效载荷,改善刹车和加速性能。 同时,镁合金具有的优异的变形及能量吸收能力大大提高了汽车的安全性能。镁合金压铸件具有一次成形的优势,可以将原来多种部件组合一次成形,这种代替众多单个部件的方式可以大大提高生产率,同时还能达到减少制造误差和装配误差,减少部件的摩擦,降低车辆噪声,减少震动现象。

    (2)镁合金材料在航空上的应用。航空的高精度性使其对材料有诸多特殊的要求。比如,就航空材料而言,结构减重和结构承载与功能一体化是飞机机体结构材料发展的重要方向。镁合金由于其低密度、高比强度的特性使其很早就在航空工业上得到了应用。航空材料的减重带来的经济效益和性能的改善十分显著,商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省,前者是后者的一百倍。而战斗机的燃油节省又是商用飞机的近10倍,更重要的是其机动性能改善可以极大的提高其战斗力和生存能力。正因为如此航空工业才会采用各种措施增加镁合金的用量,并在相应的零部件开发上得以应用,如航空发动机零部件、飞机以及导弹蒙皮和舱体,飞机壁板、汽油和润滑系统零件、油箱隔板、副油箱挂架等等。

    (3)镁合金材料在电子数字产品上的应用。包括电脑,手机,通信设备等在内的电子数字产品行业是当今全球发展最为快速的产业之一,数字化技术导致了各类数字产品不断涌现。近年來3C产品的设计往轻、薄、短、小的方向发展,因此在材料的开发与特性选择上,需要做相当程度的考量。经济也是其中必不可少的考虑要素,成本低廉方能实现工业化生产,使经济利益最大化。此外,3C产品的外壳(手机及电脑)要能够提供优越的抗电磁保护作用,散热功能佳,轻巧易携。而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰;其比重在所有结构用合金中属于轻者,比重为铝合金的68%,锌合金的27%,钢铁的23%;散热性极佳,可回收性好,原料易取得,外观及触摸质感极佳,使产品更具豪华感。在实际应用上镁合金材料又比铝合金材料有较佳的防震性,更可用于对震动敏感的电子零组件托架、避震器及气动工具等产品。

    (4)镁合金材料在军事上的应用。现代军事战争对武器提出了更多苛刻的要求,镁合金材料的特性可减轻武器装备质量,实现武器装备轻量化,提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。近年来,镁合金及镁基复合材料已逐步在武器和弹药上得到成功应用,发展十分寻迅速。

    (5)镁合金材料在冶金工业上的应用。在冶金行业,镁被用于铸铁熔体的脱硫和石墨的球化,生产硬度和韧性得到大幅度改善的球墨铸铁。也被广泛的用于钢的脱硫剂。另外,在钢基和镍基合金的生产过程中,镁通常被用作脱氧剂。迄今,镁的最大应用领域是作为铝合金提高强度和抗腐蚀能力的合金化元素。另外,镁被加入锌的压铸合金中,提高其强度和改善尺寸稳定性。

    (6)镁合金材料在化学工业领域的应用。在化学工业领域,镁被大量使用在著名的生产复杂和特种有机物及金属有机物的工艺中。镁还被用于生产镁的烷基或烃基和芳基金属化合物;在润滑油中用作中和剂;用于氩气和氢气的净化;在真空管道制造中用作吸气剂;用于生产硼、锂、钙的氢化物;用于锅炉用水的脱氧脱氯剂等等。在电化学方面的应用包括阴极保护、制造电池和光刻等镁牺牲阳极用于延长各种金属装置的寿命,其中包括:家用和工业用热水器;各种地下构建物,例如地下电缆、管线、井体、储槽和塔基等;以及海水冷凝器、船壳、压载箱和在海洋环境中使用的钢桩等等。

    镁合金材料具有资源丰富、性能佳、污染小、价格低等诸多优良特性,积极开展对新型镁合金材料的研究开发意义非凡。但在实际实验过程中,镁合金合成技术相对落后,若能解决共性的技术难题,开发新型镁合金以及改善镁合金性能缺陷,提高其耐高温性能、抗蠕变性能、耐腐蚀性能,获得更多高品质镁合金材料,扩展材料新领域,那么镁合金材料具有巨大的发展空间。


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