鎂合金是以鎂為原料的高性能輕型結構材料,比重與塑料相近,剛度、強度不亞于鋁,具有較強的抗震、防電磁、導熱、導電等優(yōu)異性能,并且可以全回收無污染。鎂合金質量輕,其密度只有1.7 kg/m3,是鋁的2/3,鋼的1/4,強度高于鋁合金和鋼,比剛度接近鋁合金和鋼,能夠承受一定的負荷,具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性,容易加工,廢品率低,具有良好的阻尼系數(shù),減振量大于鋁合金和鑄鐵,非常適合用于汽車的生產(chǎn)中,同時在航空航天、便攜電腦、手機、電器、運動器材等領域有著廣泛的應用空間。
一、鎂合金的優(yōu)點
鎂合金密度小但強度高、剛性好。在現(xiàn)有工程用金屬中,鎂的密度最小,是鋼的1/5,鋅的1/4,鋁的2/3。普通鑄造鎂合金和鑄造鋁合金的剛度相同,因而其比強度明顯高于鋁合金。鎂合金的剛度隨厚度的增加而成立方比增加,故而鎂合金制造剛性好的性能對整體構件的設計十分有利。
鎂合金的韌性好、減震性強。鎂合金在受外力作用時,易產(chǎn)生較大的變形。但當受沖擊載荷時,吸收的能量是鋁的1.5倍,因此,很適合應于受沖擊的零件—車輪;鎂合金有很高的阻尼容量,是避免由于振動、噪音而引起工人疲勞等場合的理想材料。
鎂合金的熱容量低、凝固速度快、壓鑄性能好。鎂合金是良好的壓鑄材料,它具有很好的流動性和快速凝固率,能生產(chǎn)表面精細、棱角清晰的零件,并能防止過量收縮以保證尺寸公差。由于鎂合金熱容量低,與生產(chǎn)同樣的鋁合金鑄件相比,其生產(chǎn)效率高40%~50%,且鑄件尺寸穩(wěn)定,精度高,表面光潔度好。
鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性。鎂合金是所有常用金屬中較容易加工的材料。加工時可采用較高的切削速度和廉價的切削刀具,工具消耗低。而且不需要磨削和拋光,用切削液就可以得到十分光潔的表面。
資源豐富。中國是鎂資源大國,菱鎂礦、白云石礦和鹽湖鎂資源等優(yōu)質煉鎂原料在中國的儲量十分豐富,為中國的原鎂工業(yè)及“下游”產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和不斷進步提供了物質保證。進入20世紀90年代以來,隨著改革開放和市場經(jīng)濟的不斷深入發(fā)展,中國鎂工業(yè)也有了突飛猛進的發(fā)展。2000年全國鎂產(chǎn)量約為200 kt,幾乎占世界鎂產(chǎn)量的40%,位居全球第一。2005年,原鎂產(chǎn)量達到354 kt,原鎂產(chǎn)能接近600 kt,比2004年凈增100kt,同比增長32.1%,占全球鎂產(chǎn)量的2/3,成為中國繼鋁、銅、鉛、鋅之后的第五大有色金屬。
二、鎂合金的缺點
易燃性。鎂元素與氧元素具有極大的親和力,其在高溫下甚至還處于固態(tài)的情況下,就很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應,放出大量熱,且生成的氧化鎂導熱性能不好,熱量不能及時發(fā)散,繼而促進了氧化反應的進一步進行,形成了惡性循環(huán),而且氧化鎂疏松多孔,不能有效阻隔空氣中氧的侵入。
室溫塑性差。鎂屬于密排六方晶體結構,其在室溫下只有1個滑移面和3個滑移系,因此它的塑性變形主要依賴于滑移與孿生的協(xié)調動作,但鎂晶體中的滑移僅發(fā)生在滑移面與拉力方向相傾斜的某些晶體內(nèi),因而滑移的過程將會受到極大地限制,而且在這種取向下孿生很難發(fā)生,所以晶體很快就會出現(xiàn)脆性斷裂。在溫度超過250℃時,鎂晶體中的附加滑移面開始起作用,塑性變形能力變強。
耐蝕性差。鎂具有很高的化學活潑性,其平衡電位很低,與不同類金屬接觸時易發(fā)生電偶腐蝕,并充當陽極作用。在室溫下,鎂表面與空氣中的氧發(fā)生反應,形成氧化鎂薄膜,但由于氧化鎂薄膜比較疏松,其致密系數(shù)僅為0.79,即鎂氧化后生成氧化鎂的體積縮小, 因此耐蝕性很差。
攻克鎂的世界性難題
鎂的三大“劣根性”:易燃燒、強度低、易腐蝕,過去嚴重制約了我國鎂合金技術和產(chǎn)品的發(fā)展。
丁文江院士科研團隊在國際上較早地開展阻燃鎂合金的研究,讓鎂合金燃點從520℃大幅提高至935℃以上。燃點大大提升,使大氣中無保護的鎂合金熔煉與生產(chǎn)成為可能,目前,該技術已應用于電子產(chǎn)品外殼和汽車變速箱等產(chǎn)品批量生產(chǎn)。
常規(guī)鎂合金比較軟,承力比較差。丁文江院士提出將中國的優(yōu)勢資源稀土與鎂相結合來研制具有中國特色的高性能鎂合金,采用Gd、Y等重稀土元素進行合金化并結合固溶強化、時效強化、細晶強化等手段,發(fā)明了室溫和250℃下抗拉強度都較高的高強度變形鎂合金(JDM2),成為目前世界上工業(yè)應用強度最高的鎂合金,已成功應用于航空航天等領域的關鍵承力件。
鎂活性大、易反應、產(chǎn)生大量氧化渣的這一世界性難題,在丁文江院士團隊幾十年不斷的研發(fā)和探索中,被攻克了!丁文江院士團隊發(fā)明了大尺寸方孔多級電磁凈化方法、多級多介質連續(xù)深度凈化方法等新的凈化方法與裝備,解決了一系列的世界性難題,為高品質輕合金制品批量生產(chǎn)提供了堅實的材料保障。