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镁基材料走向实用的一个关键问题

2017-06-02 10:57 来源:中联钢
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镁及镁合金具有密度低、比强度与比刚度高的突出优点。与其它现代材料相比,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,其比刚度接近铝合金和钢,远高于工程塑料,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。与铝合金和钢铁相比,由于镁合金的比强度比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻零部件的重量。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,其减振性远高于铝合金与钛合金。由镁合金材料制作的散热片比铝合金材料制作的散热片更利于加速散热器内部空气的扩散对流,使散热效率提高,因此,镁合金的散热时间还不到铝合金的一半。镁合金具有良好电磁屏蔽性能和防辐射性能,在高频段,纯镁的电磁屏蔽效能为纯铝的两倍左右。镁合金件稳定性较高,可进行高精度机械加工。镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。此外,镁合金可做到100%回收再利用。由于上述诸优点,镁合金在航空航天、军工产品制造、汽车以及电子封装等领域中具有巨大的应用前景,特别是汽车行业中,镁合金是实现轻量化的重要材料。
但是,镁合金作为结构材料的刚度、硬度及耐磨性仍不够理想,这使其应用受到很大限制。解决这个问题的途径:一是通过合金化提高基体强度。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍等;处于较高温度下使用的,有两个合金系Mg-Ag和Mg-Y。二是通过在基体中添加强化用的颗粒、纳米碳管或某些纤维(碳纤维,氧化铝纤维等)来制造镁基复合材料,可以显著提高其抗拉强度、屈服强度、抗蠕变性能、耐热性能和耐蚀性能等。业内认为,镁基复合材料是当今高新技术领域内最有希望采用的复合材料之一。
镁基复合材料的研发关键之一就是正确选择增强体。增强体的选择,要求与基体物理、化学相容性好,润湿性良好,载荷承载能力强,尽量避免增强体与基体合金之间的界面过度反应等。颗粒增强体一般采用陶瓷颗粒(如Al2O3,SiC,B4C,WC等)、碳颗粒等,要考虑颗粒增强体的应用条件,制备工艺,材料的成本,密度,熔点等因素,并且能够保证与基体结合良好。要特别注意增强体与基体的润湿性情况,加大界面反应的机理研究。润湿性不强就难以形成牢固的界面。颗粒的形状不应有尖角,否则容易造成应力集中,使颗粒周围的应变分布不均匀,尖角越锋锐,应力越集中,一般采取圆形状。纤维增强体中以碳纤维和碳化硅纤维为宜,这类纤维强度高,模量高,密度小,热膨胀系数小,具有很好的耐热性。(钢研)

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