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新型鎂合金熱點

來源:包頭市百家乐网址稀土鎂合金科技有限公司 | 發布時間:2016/12/8 | 瀏覽次數:

  鎂是繼鋼鐵、鋁之後的第三大金屬工程材料鎂。合金密度為1.35--1.80g/cm?,是目前工程應用中最輕的金屬結構材料,比強度高於鋁合金和鋼,比剛度與鋁合金和鋼的相當,作為結構材料優勢顯著。鎂合金因其具有良好的工藝性能、尺寸穩定性、電磁屏蔽性能和綠色回收性能而被廣泛應用於汽車工業、航空航天、3C產品、武器裝備等領域。
  鎂是地球上儲量最豐富的元素之一,占地殼表層金屬礦資源的2.3%,鎂資源主要是菱鎂礦和白雲石,此外,在海洋及鹽湖中鎂的含量也十分可觀。我國是世界上鎂資源最豐富的國家,豐富的鎂資源為我國鎂產業的可持續發展提供了最可靠的資源保障。我國不僅是鎂資源大國,還是原鎂生產、消費和出口大國。據中國有色金屬工業協會鎂業分會統計,2013年我國原鎂產量為76.97萬噸,原鎂產能為154.05萬噸,原鎂產量占全球原鎂產量的80%以上。2013年國內鎂消費量為35.15萬噸,創曆史新高,同比增長13.39%。
  目前,我國形成了陝西榆林、河南鶴壁、山西太原、重慶等鎂及鎂合金產業集群。1990年以來,世界鎂合金的需求量正以20%的年增長率快速增長,彰顯了巨大的市場前景。但是,與鋁合金相比,鎂合金的研究與開發還很不充分,鎂合金的工業應用範圍還有待進一步拓展。由於鎂合金的綜合優勢,美國、日本、德國、澳大利亞等發達國家相繼出台了各自的鎂研究計劃,加大了對鎂合金的研發和應用研究的投入,在新型鎂合金開發、鎂合金的成形和加工技術、鎂合金的腐蝕防護技術等方麵做了大量卓有成效的工作, 在鎂合金深加工和高端鎂合金領域優勢顯著。 鎂合金應用研究的重點已經從航空航天、武器裝備等領域向民用高附加值產業(汽車工業、軌道交通、3C產品等 )擴展。特別是隨著國際社會節能和環保意識的覺醒, 汽車工業將成為鎂合金應用的重要領域。
  “十一五”期間, 我國科技部啟動了鎂及鎂合金關鍵技術開發與應用國家科技支撐計劃和高技術研究發展計劃(863計劃),開展了包括高強高韌鎂合金及其應用技術、耐熱壓鑄鎂合金及其應用技術、高性能變形鎂合金及其應用技術、鎂合金先進焊接技術、鎂合金鍛造輪轂技術等方麵的研究,並取得很大突破, 已初步形成了從原材料生產到汽車壓鑄件生產的產業鏈和產業集群。
  “十二五”期間,我國明確提出鎂工業要以輕質、高強、大規格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞為發展方向,加快鎂合金製備及深加工技術開發,重點滿足飛機、高鐵、軌道列車等交通運輸裝備需求,實現我國資源優勢且具有獨立自主知識產權的高性能鎂合金及其加工、深加工產品係列。規劃中還列出了需要重點開發的鎂合金產品,包括低成本AZ、AM係列鎂合金壓鑄,低成本AZ係列鎂合金擠壓型材和板材,鎂合金輪轂、大截麵型材、寬幅1500mm以上板材、高性能鑄鍛件。
  “十三五”期間,將會是鎂工業加快轉變發展方式,實現由大變強的關鍵時期,將大力推進鎂產品結構向高附加值深加工產品轉變,重點滿足汽車、軌道列車、高鐵等交通運輸用大型、多孔、異型、空心鎂合金型材,高品質鎂合金車身板,變截麵軋製板,大型鎂合金壓鑄件及寬幅超過1500mm鎂合金板材;重點滿足航空航天、國防軍工用高強、高韌、高溫、耐腐蝕、耐疲勞的鎂合金板,大規模鍛件、型材,大型複雜結構鎂合金焊接件;重點發展特種性能的鎂合金功能材料。
  現在小編給各位看官簡單介紹一下鎂合金在高強鎂合金、耐蝕鎂合金、耐熱鎂合金、阻燃鎂合金、 稀土鎂合金等方麵的情況, 以期讓更多的朋友了解鎂合金,認識鎂合金。
  高強鎂合金
  合金化是提高鎂合金強度的一種簡單而又普遍使用的方法,稀土元素是提高鎂合金性能的重要合金元素,目前,大多是通過添加少量稀土元素從而達到鎂合金強韌化之目的。
  張俊遠等的研究表明: 加入稀土元素釹(Nd)能有效細化AM60鎂合金的顯微組織, 使Mg17Al12相減少、變細;適量的Nd優先與合金中的鋁元素反應生成顆粒狀(小針狀)的Al11Nd3相,能有效提高合金的抗拉強度、屈服強度和伸長率;過量的Nd則會消耗合金中更多的鋁元素並導致針狀Al11Nd3相粗化,使合金的力學性能下降;試驗條件下,添加質量分數為0.9%Nd的合金力學性能最佳,其抗拉強度為230MPa,屈服強度為127MPa,伸長率為14%,分別比AM60合金提高了28% , 48%和18倍。樊昱等研究了La對AZ91D 鎂合金力學性能的影響,張德平等研究了重稀土元素鐿(Yb)對AZ91D鎂合金顯微組織和力學性能的影響, 吳國華等研究了稀土元素釔(Y)對AZ91D鎂合金組織和力學性能的影響。研究表明:加入少量稀土元素, 能夠大幅度地提高AZ91D鎂合金的強度。主要原因是:稀土元素與Al反應生成Al-RE化合物,起彌散強化作用;稀土元素能強烈地細化合金組織,起細晶強化作用。趙源華等通過複合加入釹和鈰(Ce),從而明顯改善AZ91鎂合金的力學性能。複合加入多種稀土成分的鎂合金能在鎂合金基體中形成多種稀土化合物, 起彌散強化作用,再加上多種成分的細晶強化、晶界強化和固溶作用,從而使得複合加入多種稀土成分的鎂合金的強度高於加入單一稀土成分的鎂合金。
  綜上所述,稀土鎂合金技術正成為助推鎂合金應用的關鍵技術。
  耐蝕鎂合金
  抗腐蝕性和有效防護是鎂合金應用中需要解決的重大課題。影響鎂合金耐腐 蝕性的重要因素是Fe、Cu、Ni等金屬雜質,因此,降低雜質含量,提高鎂合金純度能顯著提高鎂合金耐腐蝕性能。如美國利用優良的白雲石,采用新電解法製備出 含 Fe-0.001wt%、Cu-0.001wt%、Ni-0.0005wt%、Si-0.006wt%的高純鎂錠,再用這種高純鎂錠生產AZ91D等壓鑄鎂合金。高純壓鑄鎂合金AZ91D在鹽霧試驗中的耐蝕性遠好於低碳鋼,也超過壓鑄鋁合金A380。添加稀土元素除了能提高鎂合金的強度外,也能夠有效改善其耐腐蝕性能,從而有望成為鎂合金的有效防腐手段。樊昱等研究表明:在AZ91D中加入少量稀土La可以明顯減小腐蝕速率。當 La的質量分數達到1%時,腐蝕速率下降為AZ91D的47.2%。耐蝕性的提高是由於La的加入形成了具有類網狀結構的β相,這種類網狀結構的β相能有效地抑製腐蝕過程的進行,從而提高了鎂合金的耐蝕性。但是,當La的加入量> 1%時,基體會形成貧 A1區,使得AZ91D的腐蝕速率又明顯增大,過量的添加La反而會惡化鎂合金的耐蝕性。
  通過表麵改性,即有效防護,也是提高鎂合金的耐腐蝕性能的有效途徑。上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心開發了一種鎂合金超聲陽極氧化表麵處理技術,通過施加超聲場形成薄而致密的氧化膜結構,提高了塗層致密性與生長效率,從而提高了耐蝕性,且電解液配方不含六價鉻離子,綠色環保。
  耐熱鎂合金
  鎂合金高溫性能差,一般鎂合金在使用溫度超過120時蠕變強度隨溫度升高會大幅度下降,製約了其在汽車發動機、航空航天領域應用。通過合金化可以提高鎂合金的耐熱性能。合金元素主要分為三類:一是稀土元素;二是Ca、Sr等堿土金屬;三是第Ⅳ、Ⅴ族元素,如 Si、Sn、Sb等。在Mg-Al合金中加入1%混合稀土可提高鎂合金的抗蠕變性能,特別是當Al的質量分數<4%時效果更佳。稀土強化機製是:一方麵在於RE與合金中的Al結合生成Al11RE3等Al-RE化合物,從而減少了Mg17Al12相的數量,有利於提高鎂合金的高溫性能;另一方麵在於生成的 Al11RE3等Al-RE化合物具有較高的熔點(Al11RE3的熔點為1200℃), 而且這些化合物在鎂基體中的擴散速度慢,表現出很高的熱穩定性,可有效釘紮住晶界而阻礙晶界滑動,從而使鎂合金的高溫性能得到提高。呂宜振等研究了富Ce混合稀土對AZ91和AM60鎂合金的組織和性能的影響,研究表明,隨富Ce稀土的加入,組織中出現了棒狀的Al11Ce3、Al11La3、Al11Pr3、Al11Nd3等析出相。同時Mg17Al12相減少並細化。這些高熔點稀土化合物主要分布在晶界上,在高溫下阻止晶界的滑移, 從而提高合金的抗蠕變性能。在Mg-Al基鎂合金中加入Ca後細化鑄造組織,形成高穩定性Al2Ca相,阻止位錯滑移,同時抑製對高溫性能有害的Mg17Al12相的析出,因此,Ca的加入提高常溫力學性能,有效改善高溫蠕變性能。在鎂合金中加入第Ⅳ、Ⅴ族元素(Sn、Pb、Bi、Sb)可以提高合金的室溫和高溫強度。Bi、Sb合金元素可與Mg形成高熔點的Mg3Bi2、Mg3Sb2等強化相,這些強化相主要分布在晶界,熔點較高,在固溶處理過程中很難溶解,因而在高溫蠕變過程中可以有效地抑製晶界滑移和位錯運動,從而使合金的室溫和高溫性能得到改善。稀土合金的成本高,Ca合金成本低廉,並且能顯著提高鎂合金的高溫性能,因此含Ca的耐熱鎂合金成為研究熱點。
  阻燃鎂合金
  金屬鎂性質活潑,鎂合金在熔煉澆注過程中容易發生氧化、燃燒甚至爆炸。長期以來鎂合金在熔煉澆注過程中一直采用的阻燃方法是熔劑保護和SF6等氣氛保護,該生產工藝會嚴重汙染環境,降低鎂合金力學性能,並增加設備投資成本。如果能通過成分設計研製出燃點高於熔點的阻燃鎂合金,就可以采用一般的熔煉方法來熔煉鎂合金。樊建鋒等研究表明: Mg-3.5%Y-0.8%Ca合金能在1173K溫度 在大氣中保溫0.5h而不燃燒,表現出優異的阻燃效果。高溫下Mg-3.5%Y-0.8%Ca合金表麵生成了一層以Y2O3為主的氧化膜。在綜合考慮阻燃能力和力學性能的基礎上,按照致密氧化膜的形成條件,得到Mg-4%Zn-3.5%Y-0.8%Ca為新型阻燃鎂合金。該合金能夠在無保護條件下進行熔煉及澆注,且具有良好的力學性能。韓福銀等研究了鈹(Be)對鎂合金AZ91D的阻燃性能的影響,結果表明,Be可以有效地提高鎂合金的起燃溫度,含0.3wt%Be的鎂合金的起燃溫度提高近300℃,可直接暴露在大氣中熔煉。上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心在鎂合金中添加多種對鎂合金表麵持續氧化具有強烈抑製作用的合金元素,通過將原先鎂熔體表麵疏鬆多孔的單層表麵氧化膜轉化成具有致密結構和自愈合保護功能的多層複合氧化膜,在鎂合金熔煉澆注過程中,這種多層複合氧化膜可以有效阻止鎂合金的氧化,使鎂合金的燃點溫度從熔點以下(520℃)提高到高於熔煉溫度 (720℃)。所開發的阻燃鎂合金的力學性能不低於壓鑄鎂合金AZ91D, 成本不高於AZ91D。
  總 結
  高強高韌鎂合金的開發、耐熱鎂合金在汽車發動機、航空航天領域的應用、抗腐蝕性和有效防護技術將會是鎂合金近期的持續研究熱點。隨著鎂合金的技術進步,鎂合金的應用領域必將進一步拓展。我國已經形成有一定影響力的鎂合金產業集群,鎂合金的生產、出口和消費均居世界首位,但提供的大多是低附加值的鎂及鎂合金的初級產品,國內對於高端鎂合金產品還沒有足夠的規模製造能力。追蹤國際發展前沿,開發綜合性能優異、成本低廉的產品正是未來鎂合金的發展方向。

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