镁合金材料的应用及发展前景

摘要:本文详细介绍了镁合金的特点,总结了它在汽车工业、电子产品、航空、航天及武器制造等工业中的应用现状,展望了镁合金应用的发展前景。

关键词:镁合金 应用 发展前景

镁是一种银白色的金属,是地壳中储量最丰富的轻金属元素之一,其密度为1.74 g/cm3,是铝的2/3,是钢的1/4,是一种最轻的结构金属材料[1]。镁能与铝、锌等组成很有工业价值的实用合金,具有很高的比强度与比刚度、有相当高的导热性与导电性、无磁性、并有优异的尺寸稳定性与良好的能量吸收特性[2～4],是制造抗振零件的良好材料。由于这些特性,使得镁合金作为一种结构材料,在航天航空、交通运输工业、3C产业、国防军工、光学仪器、以及家用电器等领域[5～7]中有十分广泛的用途。

1 在汽车工业中的应用

镁合金的比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;它具有良好的铸造性和尺寸稳定性、质量轻、易加工成形和易于回收的性质决定了镁合金能广泛的应用在汽车中[8]。

早在20世纪30年代,镁合金就已经正式应用于汽车工业。1970年的石油危机又使镁合金在汽车工业中日益受到重视。90年代以来,

随着工业突飞猛进的发展,这就要求汽车工业要向尽量减重、节能及环保的方向发展,据测算,汽车自重每减轻10%,燃油效率就可提高5.5%,如果每辆车能使用70 kg镁,CO2的年排放量就能减少30%以上。在某些汽车零件中换用镁合金就能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。

但从成本上看它仍然偏高于铝合金。尽管如此,镁合金的应用前景仍然看好:汽车工业对镁合金铸件的消费量占镁的消费总量的80%。福特汽车公司已开始用镁合金来制造悬架零件、制动盘和制动钳等;而日本1990年每辆汽车用镁量仅5 kg,预计2000年底将增至210 kg,占汽车重量的25%[9]。

2 在电子产品中的应用

计算机、通讯设备等电子产品近年来发展迅速。随着数字化技术及镁合金的表面处理技术不断成熟,数字产品也进入了日益更新并迅速发展的阶段,镁合金作为一种新型材料已经被广泛应用于电子产品中。镁合金最早被应用于该领域是在日本,那时镁合金被应用于便携式产品如手机等。如今,镁合金材料已经普遍应用于笔记本电脑外壳,用镁合金材料替代塑料材料应用于电脑领域后,产品的尺寸精度和散热性都得到了有效改善,同时也因为镁合金的密度小、比重轻,导热性能好且热稳定性高等特点,使得镁合金能够完全适合电子产品对轻、

薄、短、小等方面的要求,全球笔记本电脑机壳的使用量也从1997年的462 t已经发展到了2000年的3610 t,仅仅在这一领域,镁合金的使用量就已经在短短的4年间增长了近8倍。另有研究表明:镁合金手机外壳可以吸收90%的辐射。

3 在航空航天领域的发展

航空航天工业对材料提出了苛刻的性能要求。在减轻相同质量的情况下,战斗机节省的燃油费是商用飞机的10倍,而商用飞机节省的燃油费是汽车的近100倍,飞机质量的减轻可以提高飞机的机动性能,对于战斗机而言,可以提高其战斗力,对于运送用飞机则可以节省运送的花费。镁合金材料能够广泛应用于航空航天事业的重要原因是因为镁合金材料本身质量轻,将镁合金材料用到航天航空系统中,可以极大限度的减少飞机的重量。

4 在武器上的应用

镁合金最早应用于军事工业领域是在1916年,被用于制造77 mm炮弹引线;在20世纪30年代的应用有大炮车轮和小雷投掷器;40年代的应用有60 mm迫击炮炮座、地面导弹发射器等;到50年代,镁合金又被用于制造控制系统雷达、M116运输机舱顶拱部件和底板;在60

年代,镁合金被用于生产迫击炮底座、法国AMX10坦克枪枪架、AM102105 mm榴弹炮炮架架尾等;到80年代后,为了实现武器轻量化,镁合金在军事领域的应用逐渐扩大,有着广泛应用前景[10]。

5 镁合金的发展前景[11]

我国是世界上镁资源最丰富的国家之一,也是世界上镁的生产及出口大国。但我国镁产量的80%是作为初级材料低价出口,应用研究不够,缺少先进的制备及加工技术等,在我国镁合金产业属于典型的以牺牲资源和环境为代价的原料出口型工业。但在2006年,我国镁工业的发展呈现多样性的态势,镁深加工产业链得到突破发展,我国镁工业从原来的原材料的生产大国开始向镁合金生产强国转型。目前,我国的镁合金板带已经成功应用在航空、航天、汽车、五金、交通等领域。虽然还处于起步阶段,但随着镁合金加工处理工艺的进一步改善,成本进一步下降,在不远的将来,这种环保、轻便的金属将真正走进大众的生活。在日益严重的资源和环境双重压力下,镁合金作为目前工程应用中最轻和尚未被全面开发的金属材料,正受到前所未有的关注。

参考文献 [1]

郭艳,王桂香,龚凡,等.镁合金阳极氧化[J].电镀与环

保,2007,27(6):1-4.

[2] alloys-a

Gray J E, Luan B.Protective coatings on magnesium and its critic

review[J].Journal

of

Alloys

and

Compounds,2002,336(1):88-113.

[3]

叶久新,陈明安,周健,等.镁合金及其成型技术在工业中的应

用[J].湖南大学学报,2002,29(3):112-116.

[4] 张高会,张平则,潘俊德,等.镁及镁合金的研究现状与进展[J].世界科技研究与发展,2003,25(1):72-78.

[5]

Friedrich H,Schumann S. Research for a new age of

magnesium in the automotive industry[J].Journal of Materials Processing Technology,2001,117(1):276-281.

[6]

曾荣昌,柯伟,徐永波,等.Mg合金的最新发展和应用前景[J].

金属学报,2001,37(7):673-685.

[7]

Raymond F. The renaissance in magnesium[J].Advanced

Materials and Process,1998,154(3):31-33.

[8]

姚素娟,张英.镁及镁合金的应用与研究[J].世界有色金

属,2005(1):26-30.

[9]

严伯昌.谈车用有色金属新材料及其应用[J].铝加

工,2008(1):15-45.

[10] 陈振华.镁合金[M].北京:化学工业出版社,2004.

[11] 徐红霞,张修丽.21世纪的绿色环保材料—镁合金[J].上海工程技术大学学报,2007,21(4):123/223/323/423/523.