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镁合金在航空领域及其他工业领域的应用

从人类早期的步行到开始尝试飞行,我们的交通方式在发生着巨大的变革。在这期间,我们一直在寻找又轻又强的材料。尤其是在汽车、飞机等产品的设计中,考虑到安全性和可靠性的需求,金属材料无疑是公认的选择,但钢铁的重量无疑是一大令人苦恼的难题,那么,有没有一种金属可以满足人们对轻量化设计的需求呢?小编可以肯定的告诉你,答案是有,那就是镁合金


       镁(Mg)是地壳中第八丰富的元素,比铝轻33%,比钛轻60%,比钢轻75%。加入其他元素组成的镁合金,同样具有密度小、比强度高、弹性模量大、导热性和消震性好、电磁屏蔽性能强、生物兼容性佳、易于回收等突出优点,被美誉为“21世纪绿色结构材料”,也被很多行业专家标榜为未来金属界的明星材料之一。


      (a)轻型导弹壳;(b)座椅框架;(c)汽车轮毂;(d)笔记本外壳;(e)牺牲阳极材料;(f)医用镁合金缝合线


       得益于中国汽车工业和3C等行业的转型升级及其中国经济地位的显著提升,镁合金行业令市场看好。其中,汽车行业的轻量化,环保化需求,尤其是新能源汽车的发展,以及镁合金研发技术和回收利用技术的不断进步,对促使镁合金的广泛应用将是利好消息。


      与此同时,镁合金在医药化工和航空航天工业领域的应用也将得到成长。由于下游终端汽车消费市场的稳步增长,前瞻网预计2015年,全球镁合金市场为600万吨,年均复合增长率(CAGR)为20%-25%(其中包含了交通工具、3C、航空航天和医药化工领域镁合金的应用)。


      镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比塑料高,所以,在同样的强度零部件的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。


       镁合金相对比强度(强度与质量之比)*高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。


       在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。


       镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,*高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。


      镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。


      镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。


       镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚*小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。


       镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是:密度小,比强度高,弹性模量大,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用*广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金。


      镁合金比重在所有结构用合金中属于*轻者,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢,比刚度与铝合金和钢相当。在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下,减振性是铝的100倍,钛合金的300~500倍。电磁屏蔽性佳,3C产品的外壳(手机及电脑)要能够提供优越的抗电磁保护作用,而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰。质感佳,镁合金的外观及触摸质感极佳,使产品更具豪华感,而且,在空气中更不容易腐蚀。

加工工艺

压铸是3C产品用镁合金目前*为适合的加工工艺。与铝适合冲压、锻造和CNC一体加工等变形加工工艺不同,镁的晶体结构为密排六方,塑性变形加工存在天然的困难,这也就是目前在镁合金材料中,全球一般铸件和压铸件占90%以上,变形加工产品不到10%主要原因,在我国,铸造产品占比甚至高达95%以上,变形加工材只占3%左右。在压铸工艺中,由于3C产品大多是薄壁镁合金,挤压铸造、半固态成形等工艺对其*为适合。


镁及镁合金是*难镀的金属,其原因如下:


    (1)镁合金表面极易形成的氧化镁,不易清除干净,严重影响镀层结合力;


    (2)镁的电化学活性太高,所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀,或与其它金属离子的置换反应十分强烈,置换后的镀层结合十分松散;


    (3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性,可能导致沉积不均匀;


    (4)镀层标准电位远高于镁合金基体,任何一处通孔都会增大腐蚀电流,引起严重的电化学腐蚀,而镁的电极电位很负,施镀时造成针孔的析氢很难避免;


     (5)镁合金铸件的致密性都不是很高,表面存在杂质,可能成为镀层孔隙的来源。


      加强对镁合金强韧化机理及塑性变形机制的基础理论研究,从根本上认识镁合金的强化及塑性变形机理,同时必须加强对镁合金腐蚀机理和失效机制的研究。在此基础上创造有利于镁合金变形的应力应变条件,开发新型高性能镁合金体系,通过先进变形镁合金加工工艺,生产制备出具有高强、耐热耐蚀,以及良好变形性能的优质镁合金。