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新型镁合金的研究开发新机遇

  近年来,镁合金在世界范围内的需求年增长率高达20%,美国、德国、澳大利亚等国相继出台了各自的镁研究开发计划,将镁合金应用于汽车、计算机、通讯及航空航天,镁合金已经成为一个快速增长的行业。但我国在这方面的动作却十分滞缓,技术支撑和改进的力量均仍待加强。因此发展新型的镁合金,是目前国内一项非常紧迫的任务。

  目前,主要有三种镁的合金系,镁—铝合金、镁—锌合金以及镁—稀土合金。然而,镁的合金系远不及铝或锌丰富,对合金开发还需进一步新的尝试。最近的研究主要是用微合金化重新设计现有的镁合金,即加入微量表面活性元素,如钙、锶、钡或锑、锡、铅和铋,高温镁合金,已开发了加有稀土的新型镁合金。几种新型的镁合金:

  Mg—Li系合金

  镁的六方结构限制了镁的塑性,惟一可以实现晶体结构上从HCP到BCC转变的合金元素为金属锂。纯Li的密度只有0.53g/era,工业上具有实用价值的Mg-Li合金有LA141、LAgl及LAZ933。这些合金的含Li量在9%~14%之间,密度只有1.25~1.35g/cm。却具有很高的弹性模量。Mg—Li合金比强度高、振动衰减性好、切削加工性好,是用于宇航工业理想的材料。但其主要合金化元素限制了其使用,其高昂的价格使其只能使用于航空航天,电子等重要领域。

  Mg-RE系合金

  稀土金属化学活性较强,具有祛除O、H、S、C1、Fe及夹杂物的作用,以及改善合金流动性和加工性能。稀土可将合金中呈溶质状态的Fe、Co、Ni、Cu改变为Mg—稀土—Fe(Cu)—Al(或Zn、Mn)金属间化合物的状态,抑制Fe对合金的腐蚀作用。镁合金在含稀土溶液中可形成钝化膜,提高其耐蚀性能。稀土加入镁合金中,可细化合金组织,促进合金表面氧化膜由疏松变为致密,降低合金在液态和固态下的氧化倾向,从而提升传统镁合金强度、塑性、耐蚀性、耐磨性等性能。因而从上世纪70年代就开始了添加稀土元素强化镁合金的广泛研究和应用。由于资源和成本的原因,目前主要以稀土Ce或稀土Y或富Ce混合稀土的形式加入镁合金Antion等,研究表明,在室温条件下,Mg与Y以MgY高温强化共晶相化合物形式弥散分布于晶内和晶界处。所以Mg—Y合金具有很显著的时效硬化特性,时效温度一般在200℃左右。近年来,Y对镁合金的有利作用越来越受到人们的重视,并将Mg-Y系合金视为很有发展潜力的一类耐高温合金。

  Mg-Zn-Cu合金

  国内外关于Mg-Zn-Cu系合金的研究相当少,且多集中在Mg-Zn-Cu系合金组织以及组织对性能的影响方面,取得了一些结果,但还存在许多争议,迫切需要深入研究。

  华南理工大学的李萧等采用X衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了ZC62镁合金铸态和固溶时效后的显微组织。研究表明ZC62镁合金铸态组织主要由Mg基体和(Mg+CuMgZn)共晶组织组成,固溶处理后晶界的大部分非平衡共晶组织熔化。时效后析出的主要相有颗粒状CuMgZn、弥散析出的细针状MgZn2/Mg(Zn,Cu)2相以及在位错附近形核长大的MgZn2/Mg(Zn,Cu)2相,后者由于位错位置的影响,呈“曲线”状形态分布。

  与组织及合金相研究现状相似,对Mg-Zn-Cu合金性能的研究也主要集中在少数几个国家里。对Mg-Zn-Cu合金而言,Cu的加入提高了合金热稳定性,但同时也影响了合金的耐腐蚀性能,因此研究者着重研究了Mg-Zn-Cu合金的耐热性能和耐蚀性,取得了一些结果,对新型耐热镁合金Mg-Zn-Cu的发展有一定推动作用。新型镁合金发展展望

  现在镁合金的发展已经逐渐摆脱了在原有牌号的基础上加入微量合金改进其性能的模式,逐渐转向开发新型合金,大量使用Gd、Y、Nd等稀土元素进行合金强化的模式。近年来,由于工业发展及环保要求,高性能镁合金的需求不断增大,国内外对新型镁合金的研究力度不断增大,而稀土在镁合金中的应用受到越来越大的重视,而镁合金分类逐渐弱化,逐渐由二元、三元向多元发展。

  我国虽然拥有镁资源储量、原镁产量、原镁出口量三项世界第一,但在镁合金技术和应用方面与世界先进水平还有很大距离,随着我国电子工业及汽车工业的迅猛发展,通过镁合金科研人员的努力,我国的镁合金工业将有巨大的发展契机。
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