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鎂合金的發(fā)展及應(yīng)用

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時間:2022-01-11 22:39【

1 引言
       
鎂合金的密度很小,是鋼的四分之一、鋁的三分之二,但鎂合金的比強(qiáng)度卻大于鋼和鋁,是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。因此,鎂合金在電子產(chǎn)品、汽車、航空航天等需要高比強(qiáng)度金屬材料的領(lǐng)域具備廣闊的發(fā)展前景。但是鎂合金的化學(xué)活性高,在有機(jī)酸、無機(jī)酸和含鹽的溶液中均會被腐蝕,且腐蝕速率較高,使得鎂合金的應(yīng)用受到了很大的限制。
2
鎂合金的特點(diǎn)
       
1)重量輕:鎂合金的比強(qiáng)度要高于鋁合金和鋼/鐵、但略低于比強(qiáng)度最高的纖維增強(qiáng)塑料;其比剛度與鋁合金和鋼/鐵相當(dāng),但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于纖維增強(qiáng)塑料。(2)高的阻尼和吸震、減震性能:鎂合金具有極好的吸收能量的能力,可吸收震動和噪音,保證設(shè)備能安靜工作。(3)良好的抗沖擊和抗壓縮能力:其抗沖擊能力是塑料的20倍;當(dāng)鎂合金鑄件受到?jīng)_擊時,在其表面產(chǎn)生的疤痕比鐵和鋁都要小的多。(4)良好的鑄造性能:在保持良好的部件結(jié)構(gòu)條件下,鎂合金鑄造制品的壁厚可以小于0.6 mm,這是塑膠制品在相同強(qiáng)度條件下無法達(dá)到的,就是鋁合金制品也只能在1.21.5 mm范圍內(nèi)才可與鎂制品相媲美。(5)尺寸穩(wěn)定性:100℃以下,鎂合金可以長時間保持其尺寸的穩(wěn)定性。(6)鑄模生產(chǎn)率高:與鋁合金相比,鎂合金的單位熱含量更低,這意味著它可在模具內(nèi)能更快速地凝固。(7)良好的機(jī)械加工性能。(8)良好的耐蝕性。(9)高散熱性:鎂合金具有高的散熱性,很適合現(xiàn)今利用其設(shè)計(jì)制作元件密集的電子產(chǎn)品。(10)低熱容量:鎂合金的熱容量比鋁合金小,因此不容易粘燒在模具上,延長模具壽命。(11)再生性:廢舊鎂合金鑄件具有可回收再熔化利用的特性。
3
鎂合金的分類
       
一般來說鎂合金的分類已具有3種:根據(jù)合金化學(xué)成分、成型工藝或者合金中是否含有鋁或者是否含鋯來分類。
       
按化學(xué)成分,鎂合金主要劃分為Mg-AlMg-Mn、Mg-Zn、Mg-RE等二元系,以及Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn、Mg-RE-Zr等三元系及其他多組元系鎂合金。
       
按成型工藝,鎂合金可以分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。
4
鎂合金的應(yīng)用
        4.1
在交通工具領(lǐng)域的應(yīng)用
       
相較于鋼和鋁合金,將鎂合金應(yīng)用于交通工具上,顯示了很多的功能和性能優(yōu)勢:如,比強(qiáng)度高于鋼,比剛度接近鋼和鋁合金,單位質(zhì)量能夠承受更多的載荷;在一定程度上可以減輕交通工具的質(zhì)量,減少油耗,節(jié)省能源的同時可以保護(hù)環(huán)境;鎂合金作為鑄件,具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性,易加工,廢品率低,降低了生產(chǎn)成本;鎂合金具有良好的阻尼系數(shù),減震量大于鋼和鋁合金,用作殼體可以降低噪聲,用作座椅和輪圈可以降低振動,提高安全性和舒適性。
        4.2
在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
       
輕量化是決定航空航天器飛得快、飛得高、飛得遠(yuǎn)的重要因素,是航空航天領(lǐng)域所追求的永恒目標(biāo)。航空航天輕量化的最主要途徑就是采用輕量化的材料。
       
具體應(yīng)用:飛機(jī):機(jī)身、發(fā)動機(jī);導(dǎo)彈、宇宙探查;火箭、發(fā)射臺、衛(wèi)星及探查、噴氣發(fā)動機(jī);儀器:陀螺儀、罩、雷達(dá)零件及波導(dǎo)管、電氣裝置、地面控制裝置。
4.14鎂合金-1.jpg         4.3
在共享單車應(yīng)用
       
結(jié)合我們行業(yè)鎂合金以更輕的重量和鑄造方面的優(yōu)勢在共享單車零部件使用上也有非常好的表現(xiàn),例如鎂合金前后輪轂大量使用,已經(jīng)占到了新生產(chǎn)車型的三分之二,生產(chǎn)裝配簡單,維護(hù)費(fèi)用低是絕對的優(yōu)勢,現(xiàn)在共享企業(yè)和我們作為生產(chǎn)量最大的企業(yè)也在研究其他壓鑄零件,還有最復(fù)雜的車架也在評估可能性。
        4.4
在武器裝備方面的應(yīng)用
       
鎂合金是最輕質(zhì)的金屬材料,因其具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度好、阻尼系數(shù)好、電磁屏蔽特性優(yōu)越等特點(diǎn),時間輕武器裝備質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化、提高武器裝備各項(xiàng)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。
       
鎂合金在兵器裝備中應(yīng)用的有關(guān)情況:鎂合金在航空、航天較早得到應(yīng)用, 在兵器上也得到一定應(yīng)用,最早應(yīng)用于軍事工業(yè)領(lǐng)域是在1916年,被用于制造77mm炮彈引線。國外一些發(fā)達(dá)國家由于資源原因,對鎂合金在兵器上的應(yīng)用還持謹(jǐn)慎態(tài)度。鎂合金在兵器上應(yīng)用的有關(guān)實(shí)例如下所述。
        4.4.1
在火炮及彈藥中的應(yīng)用
       
法國AMX-30坦克為法國裝甲部隊(duì)的主要裝備之一,是二次世界大戰(zhàn)后法國生產(chǎn)數(shù)量最多的坦克,AMX-30坦克的CN105F1105mm線膛炮的身管熱護(hù)套采用了鎂合金。
        4.4.2
在輕武器中的應(yīng)用
       
美國制造的一種Racegun(強(qiáng)裝藥,運(yùn)用了先進(jìn)技術(shù)的戰(zhàn)斗用手槍),其扳機(jī)等零件采用鎂、鈦合金,重量減輕45%,擊發(fā)時間減少66%。美國研制中的新式單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)(OICW),功能齊全,很多零件采用了輕合金,重量僅8.172kg,但軍方仍希望進(jìn)一步減重1.8kg以上。
        4.4.3
在戰(zhàn)車中的應(yīng)用
       
美軍裝備的M274A1型軍用吉普車采用了鎂合金車身及橋殼,大大減輕了重量,具有良好的機(jī)動性及越野性能,4個士兵可以抬起來。有的改型還裝上無后座力炮,成了最袖珍的自行火炮。美國水陸兩棲突擊車AAAV采用WE43A鎂合金制造動力傳送艙。
        4.4.4
鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用前景分析
       
從兵器零件的使用特點(diǎn)和性能要求分析,槍械武器、裝甲車輛、導(dǎo)彈、火炮、彈藥、光電儀器、武器用計(jì)算機(jī)及軍用器材中有較大數(shù)量的鋁合金零件和工程塑料件,根據(jù)目前鎂合金材料的性能和使用特點(diǎn),改用鎂合金材料制造相關(guān)零件,在技術(shù)上是可行的,并且有如下的發(fā)展趨勢。
       
1)采用鎂合金及鎂基復(fù)合材料替代武器裝備的中、低強(qiáng)度要求的鋁合金零件和部分黑色金屬零件,實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化。
       
2)替代工程塑料,解決零件老化、變形和變色的問題。目前,輕武器、光電及通訊器材產(chǎn)品、戰(zhàn)車儀表盤等采用工程塑料制造。
       
3)導(dǎo)彈及其他飛行器零部件的鎂合金化。
5
鎂合金的發(fā)展前景
       
鎂合金的優(yōu)異性能和穩(wěn)定的價格,使得其用量具有著繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢,這主要體現(xiàn)在交通工具、航空航天、國防工業(yè)、電子通訊工業(yè)等對鎂合金用量需求的進(jìn)一步擴(kuò)大。此外,為鎂合金的發(fā)展帶來巨大契機(jī)的還有鎂合金材料本身的一些誘人的潛在性能,使之有可能成為承受高載荷和高溫的結(jié)構(gòu)件,以及儲氫、超導(dǎo)、生物等新型功能材料。
       
隨著鎂合金研究的不斷深入及各種性能的進(jìn)一步完善,它必將成為未來金屬材料領(lǐng)域的主力軍,而其相應(yīng)的表面處理方法也將得到迅速發(fā)展。因此,加強(qiáng)鎂合金表面處理技術(shù)的發(fā)展,提高鎂合金的耐蝕性,對推進(jìn)鎂合金材料的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。
6
結(jié)語
       
展望未來,鎂合金塑性成形件大量被應(yīng)用是不容置疑的,并且鎂合金在我國有著豐富的資源,這為發(fā)展鎂合金材料提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),但目前我國鎂合金的應(yīng)用與開發(fā)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家,這對我國材料科研工作者提出了極大挑戰(zhàn)。如果我們提高鎂合金的成形技術(shù),克服鎂合金在室溫下難于變形、耐腐蝕性能差、高溫下易蠕變以及鎂合金材料價格高等缺點(diǎn),合理設(shè)計(jì)鎂合金成分,提高鎂合金性能,拓寬鎂合金材料的應(yīng)用潛力,相信我們應(yīng)該有所作為,會迎頭趕上時代潮流,超越世界先進(jìn)水平。

4.14鎂合金-2.jpg

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