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镁合金的优纰谬及操纵

  镁合金的优缺点及应用_能源/化工_工程科技_专业资料。镁合金的优缺点及应用

  学无止境 镁合金的优缺点及应用 镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料,比重与塑料相近, 刚度、强度不亚于铝,具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异 性能, 并且可以全回收无污染。 镁合金质量轻, 其密度只有 1.7 kg/m3, 是铝的 2/3,钢的 1/4,强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和 钢,能够承受一定的负荷,具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加 工,废品率低,具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,非 常适合用于汽车的生产中, 同时在航空航天、 便携电脑、 手机、 电器、 运动器材等领域有着广泛的应用空间。 一、镁合金的优点 1、镁合金密度小但强度高、刚性好。在现有工程用金属中,镁 的密度最小,是钢的 1/5,锌的 1/4,铝的 2/3。普通铸造镁合金和 铸造铝合金的刚度相同,因而其比强度明显高于铝合金。镁合金的刚 度随厚度的增加而成立方比增加, 故而镁合金制造刚性好的性能对整 体构件的设计十分有利。 2、镁合金的韧性好、减震性强。镁合金在受外力作用时,易产 生较大的变形。 但当受冲击载荷时, 吸收的能量是铝的 1.5 倍, 因此, 很适合应于受冲击的零件—车轮;镁合金有很高的阻尼容量,是避免 由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。 3、镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。镁合金是良 最全文档整理 学无止境 好的压铸材料, 它具有很好的流动性和快速凝固率, 能生产表面精细、 棱角清晰的零件,并能防止过量收缩以保证尺寸公差。由于镁合金热 容量低,与生产同样的铝合金铸件相比,其生产效率高 40%~50%, 且铸件尺寸稳定,精度高,表面光洁度好。 4、镁合金具有优良的切削加工性。镁合金是所有常用金属中较 容易加工的材料。加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具, 工具消耗低。而且不需要磨削和抛光,用切削液就可以得到十分光洁 的表面。 5、资源丰富。中国是镁资源大国,菱镁矿、白云石矿和盐湖镁 资源等优质炼镁原料在中国的储量十分丰富,为中国的原镁工业及 “下游”产业的蓬勃发展和不断进步提供了物质保证。进入 20 世纪 90 年代以来,随着改革开放和市场经济的不断深入发展,中国镁工 业也有了突飞猛进的发展。2000 年全国镁产量约为 200 kt,几乎占 世界镁产量的 40%,位居全球第一。2005 年,原镁产量达到 354 kt, 原镁产能接近 600 kt,比 2004 年净增 100kt,同比增长 32.1%,占 全球镁产量的 2/3,成为中国继铝、铜、铅、锌之后的第五大有色金 属。 二、镁合金的缺点 1、易燃性。镁元素与氧元素具有极大的亲和力,其在高温下甚 至还处于固态的情况下,就很容易与空气中的氧气发生反应,放出大 量热,且生成的氧化镁导热性能不好,热量不能及时发散,继而促进 最全文档整理 学无止境 了氧化反应的进一步进行,形成了恶性循环,而且氧化镁疏松多孔, 不能有效阻隔空气中氧的侵入。 2、室温塑性差。镁属于密排六方晶体结构,其在室温下只有 1 个滑移面和 3 个滑移系, 因此它的塑性变形主要依赖于滑移与孪生的 协调动作, 但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某 些晶体内,因而滑移的过程将会受到极大地限制,而且在这种取向下 孪生很难发生,所以晶体很快就会出现脆性断裂。在温度超过 250℃ 时,镁晶体中的附加滑移面开始起作用,塑性变形能力变强。 3、耐蚀性差。镁具有很高的化学活泼性,其平衡电位很低,与 不同类金属接触时易发生电偶腐蚀,并充当阳极作用。在室温下,镁 表面与空气中的氧发生反应,形成氧化镁薄膜,但由于氧化镁薄膜比 较疏松, 其致密系数仅为 0.79, 即镁氧化后生成氧化镁的体积缩小, 因此耐蚀性很差。 三、镁合金应用及发展现状 全球镁合金的需求年均增长达到 10% 左右,西方镁合金的市场 需求增长率达到了 15% 以上,未来镁合金的市场需求将呈现快速增 长的趋势。镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域,其中应用于 汽车产业(70%) 、3C 行业(20%) 、军事和航空航天(10%) 。 1、国外镁合金应用发展现状 国外对于镁及其合金的研究开发较早, 到目前镁及其合金材料的 开发应用已进入相对比较成熟的阶段。 其中北美是目前镁及其合金材 最全文档整理 学无止境 料用量最多的地区,而欧洲镁及镁合金产业的发展速度也增长迅速。 但比较来看, 国外不同国家和地区对于镁及其合金材料的开发应用仍 然存在较大的差异, 其中表现突出的仍然集中在德国、 俄罗斯、 美国、 加拿大、日本等对镁合金研究开发较早的国家。具体应用主要集中在 以下几个方面: 镁合金在汽车工业中的应用 镁合金在汽车上的应用已经有许多年的历史,从 20 世纪 20 年 代开始,镁制零件就开始在赛车上应用。到了 20 世纪 90 年代,镁 合金发展迅速, 各国相继出台了镁研究计划, 开展了大型的 “产、 学、 研”联合攻关项目和计划。德国政府制订了一个投资 2500 万德国马 克的镁合金研究开发计划,主要研究压铸合金工艺,快速原型化与工 具制造技术和半固态成型工艺, 以提高德国在镁合金应用方面的能力; 1993 年欧洲汽车制造商提出“3 L 汽油轿车”的新概念,美国也提 出了“PNGV” (新一代交通工具)的合作计划,其目标是生产出消费 者可承受的每百公里耗油 3 L 的轿车,且整车至少 80%以上的部件 可以回收, 这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术, 生产重量轻、 耗油少、符合环保要求的新一代汽车,因此除汽车轮毂外,镁合金还 被广泛应用于增压器转子、发动机传动箱体、风扇、发动机零件、整 体座椅系统、仪表板整体框架、方向盘、草坪机底盘等其他零部件。 国际国内对于镁合金在汽车上的应用的研究不断发展, 应用领域 不断扩大,应用的量也相应增加。目前全球汽车平均每辆用镁合金 4~5 kg,根据西方汽车工业界的展望,在未来二十年里,平均每辆汽 最全文档整理 学无止境 车上的镁合金用量将达到 100~120 kg,将比目前增长 50 倍以上,届 时仅用于汽车的镁合金将超过 500 万 t,约为目前全球镁年生产量 (80 万 t) 的 6 倍。相较于铝合金、在成熟产品上镁合金将具备更高 的性价比:如果按原镁 16000 元/t 和电解铝 13000 元/t 的行业平 均成本分析,由于镁合金比重较小(镁比重为 1.7kg/m3, 铝比重为 2.7 kg/m3) ,相同体积的镁合金成本较铝合金低 30%。 图 1 汽车中各种原材料使用比例 镁合金在电子领域中的应用 在 3C 产品领域, 以笔记本电脑、 手机和数码相机为代表的 3C 产 品朝着轻、薄、短、小方向发展的推动下,镁合金的应用得到了持续 增长。镁合金与传统 3C 产品使用的外壳材料相比具有轻量化、刚性 高、减震性好、无磁、散热、可回收等优点;特别是应用于 3C 产品 外壳上其外观及触摸质感极佳,已成为设计和消费的流行趋势。 与塑料相比镁合金具有良好的导热性、刚性,特别是极其易于回 收。 一旦镁合金的应用进入良性循环之后, 其废料不仅不会危害环境, 其优良的再生性也会致使镁资源得到充分利用, 也使镁合金使用成本 更进一步的降低。不仅如此,镁合金还具有非常好的压铸工艺性能, 采用压铸的方法制造的镁合金 3C 类产品外壳, 厚度最薄可达 0.4 mm, 最全文档整理 学无止境 并且强度和刚度都极为优异。以耐冲撞性为例,其耐撞强度及吸振性 均远较塑料佳,尤其是相同抗力下厚度仅塑料的 1/3,且具良好的散 热性及防电磁波干扰的性能。 以上特性使镁合金在 3C 产业(计算机、通讯、消费电子)及电 动工具,运动器材等方面的应用,已成为一个新的市场热点,如笔记 本计算机、掌上计算机外壳、照相机外壳、摄相机外壳、投影录像机 外壳、电视机、音响外壳等,而且其应用领域还在迅速扩大。 镁合金在国防领域及其他领域的应用 镁合金由于质量轻而被广泛地应用于国防和航空航天产品, 其应 用包括飞行器机身及其发动机、起落轮、火箭、导弹及其发射架、卫 星探测器、旋转罗盘、电磁套罩、雷达和电子装置以及地面控制装置 等。如 MD600 直升机的主传动系统使用镁合金后,水平旋翼系统的 功能得到有效提高。 太空飞船和卫星部件使用镁合金后能适应太空运 行的特殊环境,诸如由空气动力学加热引起的温度极限、臭氧侵蚀、 短波电磁辐射和高能粒子( 电子、质子和小陨石) 的冲击等。 镁合金在航空、航天较早得到应用, 在兵器上也得到一定应用, 最早应用于军事工业领域是在 1916 年,被用于制造 77mm 炮弹引线。 国外一些发达国家由于资源原因,对镁合金在兵器上的应用还持谨慎 态度。 2、国内镁合金应用发展现状 我国的镁储量世界第一,我国已探明的白云石矿资源总量为 40 亿 t,青海柴达木盆地的 33 个盐湖镁盐储量为 47.5 亿 t,而且储存 最全文档整理 学无止境 形式为非常有利于开采的高纯度氯化镁。我国的菱镁矿资源总量 31.45 亿 t,符合炼镁要求的一、二级矿占 78%,已探明储量可开采 年限至少有 1000 年之久。而大海则是最大的“镁矿” ,海水中含镁 约 2100 亿 t,其中每千克海水中约含 3.8 g 氯化镁,可以预见的将 来中国绝不会缺镁资源。 而与镁不同的是中国的铝土矿资源非常贫乏, 中国国内铝土矿资源仅能供应中国生产 10 年, 目前 60% 的铝土矿资 源依赖进口,发展镁合金产业符合中国的资源战略。 我国对镁合金的开发利用也非常重视,科技部、国家自然科学基 金委员会等部门针对镁合金开发相继出台了各种研究计划,加深、加 快对镁合金材料的应用与开发研究。 2000 年 3 月, 科技部启动了 “镁 合金开发应用及产业化”的前期战略研究,全国共有 4 个研究所、7 所高校、20 多家企业直接参与了“镁合金开发应用及产业化”项目 的实施。 该项目开发的新型水氯镁石脱水制备无水氯化镁的工程技术 在国际上处于较高水平;开发的皮江法炼镁工艺技术不断提高,有效 节约了资源,提高了生产效率,减少了污染;开发的高品质镁合金短 流程工艺, 降低了成本; 开发的具有自主知识产权的 10 款镁合金冷、 热室压铸机及配套设备,国内市场占有率达到 50%,基本满足了国内 镁合金压铸生产需求。目前该项目已取得一些阶段性成果:解决了材 料研究、产品设计、模具制造、压铸成型到表面防腐等系列关键工程 技术。成功开发应用了 25 种镁合金摩托车零件和 52 种镁合金汽车 零件,分别装车 90 万辆和 54.65 万辆,微型汽车单车最高用镁零件 9 kg,轿车最高用镁零件 8.17 kg ;同时开发了 14 类镁合金 3C 产 最全文档整理 学无止境 品零件和 8 种列车制动器零件, 为进一步扩大应用打下了良好基础。 同时建立了从镁合金前沿高科技研发到产业化技术开发的研发体系, 突破了一批前沿核心技术和产业化关键技术, 培育组建了十几家有关 镁合金及制品的股份制公司,建立了一批镁合金产业化基地,启动了 镁合金标准体系建设工作,并已完成一批标准的制定。 镁合金材料作为 21 世纪新型绿色环保结构材料,将在实现产品轻量 化技术领域起到越来越重要的作用,西方工业发达国家已将镁合金材 料作为重要的战略物资进行研究开发,对其相关材料和制造技术的研 究实行严格保密。而我国是镁资源最丰富的国家,可利用的镁资源占 世界贮量的 70%,是世界上原镁生产和出口量最大的国家。但是,我国 镁产品和镁合金加工技术水平较低,属于典型的以牺牲资源和环境为 代价的原料出口性产业。 开展兵器用镁合金材料及镁合金零件的研发, 争取形成具有自主知识产权的镁合金在兵器上应用的集成技术,即可 加快和推动国防工业科技技术进步,使我国武器研制和生产达到国外 同等先进技术水平,同时,也为镁合金在民品上的应用提供先进制造 技术,拓宽镁合金的应用领域,实现军民品双向互动,带动镁合金产业 发展,将我国的镁资源优势转化为镁技术优势和产业优势都具有重大 战略意义。 最全文档整理

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