博一建材讯:镁是地球上储量最丰富的元素之一。镁合金的密度为1.35~1.80g/cm3,是目前工程应用中最轻的金属结构材料,比强度高于铝合金和钢,作为结构材料的优势十分显著。镁合金因其具有良好的工艺性能、尺寸稳定性和电磁屏蔽性能而被广泛应用于汽车工业、航空航天等领域。1990年以来,世界镁合金的需求量正以20%的年增长率快速增长,彰显了巨大的市场前景。镁合金应用研究的重点已经从航空航天、武器装备等领域向民用高附加值产业扩展,特别是汽车工业将成为镁合金应用的重要领域。
我国是世界上镁资源最丰富的国家,丰富的镁资源为我国镁产业的可持续发展提供了可靠的资源保障。近年来,我国在镁合金的研究与应用方面取得了巨大进展,但国内对于高端镁合金产品还没有足够的规模制造能力。追踪国际发展前沿,开发综合性能优异、成本低廉的产品是我国镁合金的发展方向。
合金化是提高镁合金强度的一种简单而又普遍使用的方法。稀土元素是提高镁合金性能的重要合金元素,目前,通过添加少量稀土元素是达到镁合金强韧化的重要手段。比如,加入稀土元素Nd能有效细化镁合金AM60的显微组织,减少对性能不利的Mg17Al12相、使之变细;适量的Nd优先与合金中的铝元素反应生成细小的Al11Nd3相,能有效提高合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率。试验表明,添加质量分数为0.9%Nd时合金力学性能最佳,其抗拉强度为230MPa,屈服强度为127MPa,伸长率为14%,分别比原AM60合金提高了28%,48%和1.8倍。复合加入多种稀土成分的镁合金能在镁合金基体中形成多种稀土化合物,起弥散强化作用,再加上多种成分的细晶强化、晶界强化和固溶作用,可使复合加入多种稀土成分的镁合金的强度高于加入单一稀土成分的镁合金。
添加稀土元素除了能提高镁合金的强度外,也能够有效改善其耐腐蚀性能,从而有望成为镁合金的有效防腐手段。比如在镁合金AZ91D中添加质量分数为1%的La,可使腐蚀速率下降53%。耐蚀性的提高是由于La的加入形成了具有类网状结构的β相,这种类网状结构的β相能有效地抑制腐蚀过程的进行,从而提高了镁合金的耐蚀性。
通过合金化还可以提高镁合金的耐热性能。比如,在Mg-Al合金中加入1%混合稀土可提高镁合金的抗蠕变性能,特别是当Al的质量分数小于4%时效果更佳。值得注意的是,添加Ca、Sr等碱土金属也能提高镁合金的耐热性能。研究表明,在Mg-Al基镁合金中加入Ca后可细化铸造组织,形成高稳定性Al2Ca相,阻碍位错滑移,同时抑制对高温性能有害的Mg17Al12相的析出,有效改善高温蠕变性能。相比于较为昂贵的稀土合金,Ca合金成本低廉,又能显著提高镁合金的高温性能,因此含Ca的耐热镁合金正成为研究热点。
此外,Be可以有效地提高镁合金的起燃温度,如含0.3wt%Be的镁合金的起燃温度提高近300℃,可直接暴露在大气中熔炼。
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