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專題 | 鎂合金在一些領(lǐng)域的巨大應(yīng)用價(jià)值前景

2019-09-20 16:50:11 作者：本網(wǎng)整理來源：《腐蝕防護(hù)之友》分享至：

鎂是一個(gè)年輕的金屬，20 世紀(jì)才發(fā)展起來；其化學(xué)活性強(qiáng)，與氧的親合力大，常用做還原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘佟＝饘冁V無磁性，且有良好的熱消散性。鎂的結(jié)構(gòu)特性類似于鋁，故具有輕金屬的各種用途，可作為飛機(jī)、導(dǎo)彈的合金材料。但是，鎂在汽油燃點(diǎn)可燃，這限制了它的應(yīng)用。

由于純鎂的機(jī)械強(qiáng)度低，所以主要使用鋁鎂合金，它輕而有一定的強(qiáng)度，是重要的結(jié)構(gòu)材料，除用于飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)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(huì)得到廣泛應(yīng)用。

在國防工業(yè)的應(yīng)用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需要軍隊(duì)具有遠(yuǎn)程快速部署運(yùn)動(dòng)的能力，要求武器裝備輕量化，在手持式武器、裝甲戰(zhàn)車、運(yùn)輸車、航空制導(dǎo)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(zhàn)性能的重要方向。鎂所具有的輕質(zhì)特性決定了鎂合金是生產(chǎn)航天飛行器、軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈、高機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)車、船舶的必不可少的結(jié)構(gòu)材料，如可做火箭頭、導(dǎo)彈點(diǎn)火頭、航天器元部件以及照明彈等。因此，大力開發(fā)鎂合金應(yīng)用范圍是國防現(xiàn)代化的需要。

在鋼鐵工業(yè)的應(yīng)用

鎂目前主要用于冶金工業(yè)的鑄造、鋼鐵脫硫等。隨著汽車工業(yè)、石油、天然氣管線、海洋鉆井平臺(tái)、橋梁建筑等領(lǐng)域用高強(qiáng)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(yè)已經(jīng)用鎂粉深脫硫，獲得優(yōu)質(zhì)鋼，取得良好效果。鎂粉用于鋼鐵脫硫，具有巨大的潛在市場(chǎng)。

鎂在汽車工業(yè)的應(yīng)用

鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料之一，又具有比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性強(qiáng)和切削性好、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外將鎂合金應(yīng)用于汽車行業(yè)，以減重、節(jié)能、降低污染，改善環(huán)境。目前，全球鎂合金消費(fèi)量最大的是汽車行業(yè)，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(gè)關(guān)鍵零部件。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，2003 年美國平均每輛汽車鎂合金的使用量已達(dá)60 千克左右，美國汽車材料協(xié)會(huì)（USAMP）預(yù)計(jì)到2020 年北美生產(chǎn)的每輛汽車鎂合金用量將達(dá)到約160 千克。目前，中國鎂合金在汽車工業(yè)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(chǎn)商在鎂合金制造方面仍未有具體的發(fā)展計(jì)劃。發(fā)達(dá)國家汽車百公里耗油最終將實(shí)現(xiàn)3 升目標(biāo)，歐洲汽車用鎂占鎂總消耗量的14%，預(yù)計(jì)今后將以15% ～ 20% 的速度遞增。數(shù)據(jù)顯示，全球鎂合金在汽車壓鑄件方面的增長率連續(xù)多年保持在15％的水平，是當(dāng)前及未來新的產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)。我國東風(fēng)、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(fā)應(yīng)用的生產(chǎn)基地。因此，全面推動(dòng)汽車使用鎂合金制品將成為來新材料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。

其他應(yīng)用——鎂的輕質(zhì)特性帶來鎂應(yīng)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(chǔ)罐、海上設(shè)施、民用等。

此外，鎂粉還用于制造化工產(chǎn)品、藥煙火、信號(hào)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(zhì)。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(shí)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(qiáng)度高、減振性好、熱疲勞性能好、不易老化，又有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽能力強(qiáng)、非常好的壓鑄工藝性能，尤其易于回收等優(yōu)點(diǎn)，是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代高性能結(jié)構(gòu)材料。為適應(yīng)電子、通訊器件高度集成化和輕薄小型化的發(fā)展趨勢(shì)，鎂合金是交通、電子信息、通訊、計(jì)算機(jī)、聲像器材、手提工具、電機(jī)、林業(yè)、紡織、核動(dòng)力裝置等產(chǎn)品外殼的理想材料。發(fā)達(dá)國家非常重視鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用，尤其在汽車零部件、筆記本電腦等便攜電子產(chǎn)品的應(yīng)用，每年以20% 的速度增長，非常引人注目，發(fā)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(chǎn)制造手機(jī)外殼、數(shù)碼相機(jī)、手提電腦、掌上電腦外殼，高級(jí)視聽器材外殼等產(chǎn)品，年產(chǎn)1600 萬件鑄件產(chǎn)品，成為第一個(gè)鎂合金開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化基地。鎂合金型材、管材還用于制作自行車架、輪椅、康復(fù)和醫(yī)療器械等。

鎂合金的新進(jìn)展

1.耐熱鎂合金

耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關(guān)鍵零件（如發(fā)動(dòng)機(jī)零件）材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。己開發(fā)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(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度，但是稀土合金的高成本是其被廣泛應(yīng)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(gè)方面來解決：①嚴(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni 等雜質(zhì)元素的含量。例如，高純AZ91HP 鎂合金在鹽霧試驗(yàn)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(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理。根據(jù)不同的耐蝕性要求，可選擇化學(xué)表面處理、陽極氧化處理、有機(jī)物涂覆、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法處理。例如，經(jīng)化學(xué)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(fā)生劇烈的氧化燃烷。實(shí)踐證明，熔劑保護(hù)法和SF6、SO2、CO2、Ar 等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法，但它們?cè)趹?yīng)用中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，并使得合金性能降低，設(shè)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(huì)嚴(yán)重惡化鎂合金的機(jī)械性能，使這一方法無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。鉸可以阻止鎂合金進(jìn)一步氧化，但是鉸含量過高時(shí)，會(huì)引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。

4.高強(qiáng)高韌鎂合金

現(xiàn)有鎂合金的常溫強(qiáng)度和塑韌性均有待進(jìn)一步提高。在Mg-Zn 和Mg-Y合金中加人Ca、Zr 可顯著細(xì)化晶粒，提高其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；加人Ag 和Th 能夠提高M(jìn)g-RE-Zr 合金的力學(xué)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(jī)、導(dǎo)彈的優(yōu)質(zhì)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(xì)，從而獲得高強(qiáng)度、高塑性甚至超塑性。

5.鎂合金成形技術(shù)

鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法，當(dāng)前主要使用鑄造成形工藝。

壓鑄是應(yīng)用最廣的鎂合金成形方法。

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

三、鎂合金的應(yīng)用

鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、軍事、汽車工業(yè)中都獲得了廣泛的應(yīng)用。用鎂代替鋁和鋼鐵可大大減輕結(jié)構(gòu)重量。減重對(duì)航天、航空、電子和通訊等結(jié)構(gòu)件尤其是交通運(yùn)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(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位。因此，如何利用我國的鎂資源優(yōu)勢(shì)，將鎂的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)我國鎂衍業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，是擺在我們面前的迫切任務(wù)。

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