鎂合金在一些領域的巨大應用價值前景

鎂動力 分類: 文摘 發布時間: 2020-09-03 16:55

鎂是一個年輕的金屬,20 世紀才發展起來;其化學活性強,與氧的親合力大,常用做還原劑,去置換鈦、鋯、鈾、鈹等金屬。金屬鎂無磁性,且有良好的熱消散性。鎂的結構特性類似于鋁,故具有輕金屬的各種用途,可作為飛機、導彈的合金材料。但是,鎂在汽油燃點可燃,這限制了它的應用。

由于純鎂的機械強度低,所以主要使用鋁鎂合金,它輕而有一定的強度,是重要的結構材料,除用于飛機的機身、機翼、發動機零件、輪架外,以后將廣泛用于制造汽車、火車。金屬鎂是鋁合金中的主要合金元素,世界年需求量在15萬噸左右,我國用鎂作合金元素,每年約需1.01 萬噸。鎂合金有4 個主要系列:Mg-Al-Zn-Mn(AZ 系列),Mg-Al-Mn(AM 系列),Mg-Al-Si(AS系列),Mg-Al- 稀土(AE 系列),它們各具特有的使用性能,能滿足多種功能的需要,將會得到廣泛應用。

在國防工業的應用

現代戰爭需要軍隊具有遠程快速部署運動的能力,要求武器裝備輕量化,在手持式武器、裝甲戰車、運輸車、航空制導武器上將大量采用輕金屬材料。

輕量化是提高武器裝備作戰性能的重要方向。鎂所具有的輕質特性決定了鎂合金是生產航天飛行器、軍用飛機、導彈、高機動性能戰車、船舶的必不可少的結構材料,如可做火箭頭、導彈點火頭、航天器元部件以及照明彈等。因此,大力開發鎂合金應用范圍是國防現代化的需要。

在鋼鐵工業的應用

鎂目前主要用于冶金工業的鑄造、鋼鐵脫硫等。隨著汽車工業、石油、天然氣管線、海洋鉆井平臺、橋梁建筑等領域用高強度低硫鋼的需求不斷增加,近幾年,我國鞍鋼、寶鋼、武鋼、本鋼、包鋼、攀鋼、首鋼等鋼鐵企業已經用鎂粉深脫硫,獲得優質鋼,取得良好效果。鎂粉用于鋼鐵脫硫,具有巨大的潛在市場。

鎂在汽車工業的應用

鎂是最輕的結構金屬材料之一,又具有比強度和比剛度高、阻尼性強和切削性好、易于回收等優點。國內外將鎂合金應用于汽車行業,以減重、節能、降低污染,改善環境。目前,全球鎂合金消費量最大的是汽車行業,為減輕汽車總重,鎂合金壓鑄件在汽車上的使用愈來愈多,包括儀表盤、方向盤、變箱、油底、氣缸罩、座椅架及輪轂(WheelHub)等多個關鍵零部件。根據統計資料,2003 年美國平均每輛汽車鎂合金的使用量已達60 千克左右,美國汽車材料協會(USAMP) 預計到2020 年北美生產的每輛汽車鎂合金用量將達到約160 千克。目前,中國鎂合金在汽車工業的使用情況仍處于起步階段,除上海大眾(Shanghai Volkswagen) 外, 其他的汽車生產商在鎂合金制造方面仍未有具體的發展計劃。發達國家汽車百公里耗油最終將實現3 升目標,歐洲汽車用鎂占鎂總消耗量的14%,預計今后將以15% ~ 20% 的速度遞增。數據顯示,全球鎂合金在汽車壓鑄件方面的增長率連續多年保持在15%的水平,是當前及未來新的產業亮點。我國東風、長安等汽車已開始用鎂合金,不久,重慶、成都等地將成為我國汽車用鎂合金研究與開發應用的生產基地。因此,全面推動汽車使用鎂合金制品將成為來新材料產業的重要發展方向。

其他應用——鎂的輕質特性帶來鎂應用的大好前景鎂犧牲陽極作為有效防止金屬腐蝕的方法之一,可廣泛用在地下鐵制管道、石油管道、儲罐、海上設施、民用等。

此外,鎂粉還用于制造化工產品、藥煙火、信號照明彈、金屬還原劑、油漆涂料、焊絲以及供球墨鑄鐵用的球化劑等。鎂易燃,所以可用作照明彈,其原理是照明彈中裝有鎂鋁和硝酸鈉、硝酸鋇等物質。引爆后,鎂在空氣中迅速燃燒,放出含紫外線的耀眼白光,同時放出熱量使硝酸鹽分解。與塑料相比,鎂合金具有重量輕、比強度高、減振性好、熱疲勞性能好、不易老化,又有良好的導熱性、電磁屏蔽能力強、非常好的壓鑄工藝性能,尤其易于回收等優點,是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代高性能結構材料。為適應電子、通訊器件高度集成化和輕薄小型化的發展趨勢,鎂合金是交通、電子信息、通訊、計算機、聲像器材、手提工具、電機、林業、紡織、核動力裝置等產品外殼的理想材料。發達國家非常重視鎂合金的開發與應用,尤其在汽車零部件、筆記本電腦等便攜電子產品的應用,每年以20% 的速度增長,非常引人注目,發展速度驚人。

我國青島作為家電城,先后投資2.1~3.5億人民幣,生產制造手機外殼、數碼相機、手提電腦、掌上電腦外殼,高級視聽器材外殼等產品,年產1600 萬件鑄件產品,成為第一個鎂合金開發應用產業化基地。鎂合金型材、管材還用于制作自行車架、輪椅、康復和醫療器械等。

鎂合金的新進展

1.耐熱鎂合金

耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一,當溫度升高時,它的強度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關鍵零件(如發動機零件)材料在汽車等工業中得到更廣泛的應用。己開發的耐熱鎂合金中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si)。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素。

含稀土的鎂合金QE22 和WE54 具有與鋁合金相當的高溫強度,但是稀土合金的高成本是其被廣泛應用的一大阻礙。

2.耐蝕鎂合金

鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決:①嚴格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni 等雜質元素的含量。例如,高純AZ91HP 鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C 的100 倍,超過了壓鑄鋁合金A380,比低碳鋼還好得多。②對鎂合金進行表面處理。根據不同的耐蝕性要求,可選擇化學表面處理、陽極氧化處理、有機物涂覆、電鍍、化學鍍、熱噴涂等方法處理。例如,經化學鍍的鎂合金,其耐蝕性超過了不銹鋼。

3.阻燃鎂合金

鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發生劇烈的氧化燃烷。實踐證明,熔劑保護法和SF6、SO2、CO2、Ar 等氣體保護法是行之有效的阻燃方法,但它們在應用中會產生嚴重的環境污染,并使得合金性能降低,設備投資增大。純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力,但是由于添加大量鈣會嚴重惡化鎂合金的機械性能,使這一方法無法應用于生產實踐。鉸可以阻止鎂合金進一步氧化,但是鉸含量過高時,會引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。

4.高強高韌鎂合金

現有鎂合金的常溫強度和塑韌性均有待進一步提高。在Mg-Zn 和Mg-Y合金中加人Ca、Zr 可顯著細化晶粒,提高其抗拉強度和屈服強度;加人Ag 和Th 能夠提高Mg-RE-Zr 合金的力學性能,如含Ag 的QE22A 合金具有高室溫拉伸性能和抗蠕變性能,已廣泛用作飛機、導彈的優質鑄件;通過快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠等方法,可使鎂合金的晶粒處理得很細,從而獲得高強度、高塑性甚至超塑性。

5.鎂合金成形技術

鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法,當前主要使用鑄造成形工藝。

壓鑄是應用最廣的鎂合金成形方法。

近年來發展起來的鎂合金壓鑄新技術有真空壓鑄和充氧壓鑄,前者已成功生產出AM60B 鎂合金汽車輪毅和方向盤,后者也己開始用于生產汽車上的鎂合金零件。

鎂合金的應用

鎂合金是工程應用中最輕的金屬結構材料,在航空航天、軍事、汽車工業中都獲得了廣泛的應用。用鎂代替鋁和鋼鐵可大大減輕結構重量。減重對航天、航空、電子和通訊等結構件尤其是交通運輸工具具有非常重要的意義。

我國具有豐富的鎂資源,原鎂產能、產量和出口均居世界首位。因此,如何利用我國的鎂資源優勢,將鎂的資源優勢轉變為技術、經濟優勢,促進國民經濟發展、增強我國鎂衍業的國際競爭力,是擺在我們面前的迫切任務。

(文章來源于:中國腐蝕與防護網)

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