鎂合金材料的應(yīng)用及發(fā)展前景

劉丹

摘要：本文詳細(xì)介紹了鎂合金的特點(diǎn)，總結(jié)了它在汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品、航空、航天及武器制造等工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了鎂合金應(yīng)用的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：鎂合金 應(yīng)用 發(fā)展前景

中圖分類號(hào)：TG14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0074-01

鎂是一種銀白色的金屬，是地殼中儲(chǔ)量最豐富的輕金屬元素之一，其密度為1.74g/cm3，是鋁的2/3，是鋼的1/4，是一種最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料[1]。鎂能與鋁、鋅等組成很有工業(yè)價(jià)值的實(shí)用合金，具有很高的比強(qiáng)度與比剛度、有相當(dāng)高的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性、無(wú)磁性、并有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性與良好的能量吸收特性[2～4]，是制造抗振零件的良好材料。由于這些特性，使得鎂合金作為一種結(jié)構(gòu)材料，在航天航空、交通運(yùn)輸工業(yè)、3C產(chǎn)業(yè)、國(guó)防軍工、光學(xué)儀器、以及家用電器等領(lǐng)域[5～7]中有十分廣泛的用途。

1 在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

鎂合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷；它具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性、質(zhì)量輕、易加工成形和易于回收的性質(zhì)決定了鎂合金能廣泛的應(yīng)用在汽車中[8]。

早在20世紀(jì)30年代，鎂合金就已經(jīng)正式應(yīng)用于汽車工業(yè)。1970年的石油危機(jī)又使鎂合金在汽車工業(yè)中日益受到重視。90年代以來，隨著工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這就要求汽車工業(yè)要向盡量減重、節(jié)能及環(huán)保的方向發(fā)展，據(jù)測(cè)算，汽車自重每減輕10%，燃油效率就可提高5.5%，如果每輛車能使用70kg鎂，CO2的年排放量就能減少30%以上。在某些汽車零件中換用鎂合金就能減輕整車重量，也就間接減少了燃油消耗量。

但從成本上看它仍然偏高于鋁合金。盡管如此，鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好：汽車工業(yè)對(duì)鎂合金鑄件的消費(fèi)量占鎂的消費(fèi)總量的80%。福特汽車公司已開始用鎂合金來制造懸架零件、制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗等；而日本1990年每輛汽車用鎂量?jī)H5kg，預(yù)計(jì)2000年底將增至210kg，占汽車重量的25%[9]。

2 在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備等電子產(chǎn)品近年來發(fā)展迅速。隨著數(shù)字化技術(shù)及鎂合金的表面處理技術(shù)不斷成熟，數(shù)字產(chǎn)品也進(jìn)入了日益更新并迅速發(fā)展的階段，鎂合金作為一種新型材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。鎂合金最早被應(yīng)用于該領(lǐng)域是在日本，那時(shí)鎂合金被應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品如手機(jī)等。如今，鎂合金材料已經(jīng)普遍應(yīng)用于筆記本電腦外殼，用鎂合金材料替代塑料材料應(yīng)用于電腦領(lǐng)域后，產(chǎn)品的尺寸精度和散熱性都得到了有效改善，同時(shí)也因?yàn)殒V合金的密度小、比重輕，導(dǎo)熱性能好且熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，使得鎂合金能夠完全適合電子產(chǎn)品對(duì)輕、薄、短、小等方面的要求，全球筆記本電腦機(jī)殼的使用量也從1997年的462t已經(jīng)發(fā)展到了2000年的3610t，僅僅在這一領(lǐng)域，鎂合金的使用量就已經(jīng)在短短的4年間增長(zhǎng)了近8倍。另有研究表明：鎂合金手機(jī)外殼可以吸收90%的輻射。

3 在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展

航空航天工業(yè)對(duì)材料提出了苛刻的性能要求。在減輕相同質(zhì)量的情況下，戰(zhàn)斗機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)是商用飛機(jī)的10倍，而商用飛機(jī)節(jié)省的燃油費(fèi)是汽車的近100倍，飛機(jī)質(zhì)量的減輕可以提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能，對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)而言，可以提高其戰(zhàn)斗力，對(duì)于運(yùn)送用飛機(jī)則可以節(jié)省運(yùn)送的花費(fèi)。鎂合金材料能夠廣泛應(yīng)用于航空航天事業(yè)的重要原因是因?yàn)殒V合金材料本身質(zhì)量輕，將鎂合金材料用到航天航空系統(tǒng)中，可以極大限度的減少飛機(jī)的重量。

4 在武器上的應(yīng)用

鎂合金最早應(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；在20世紀(jì)30年代的應(yīng)用有大炮車輪和小雷投擲器；40年代的應(yīng)用有60mm迫擊炮炮座、地面導(dǎo)彈發(fā)射器等；到50年代，鎂合金又被用于制造控制系統(tǒng)雷達(dá)、M116運(yùn)輸機(jī)艙頂拱部件和底板；在60年代，鎂合金被用于生產(chǎn)迫擊炮底座、法國(guó)AMX10坦克槍槍架、AM102105mm榴彈炮炮架架尾等；到80年代后，為了實(shí)現(xiàn)武器輕量化，鎂合金在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，有著廣泛應(yīng)用前景[10]。

5 鎂合金的發(fā)展前景[11]

我國(guó)是世界上鎂資源最豐富的國(guó)家之一，也是世界上鎂的生產(chǎn)及出口大國(guó)。但我國(guó)鎂產(chǎn)量的80%是作為初級(jí)材料低價(jià)出口，應(yīng)用研究不夠，缺少先進(jìn)的制備及加工技術(shù)等，在我國(guó)鎂合金產(chǎn)業(yè)屬于典型的以犧牲資源和環(huán)境為代價(jià)的原料出口型工業(yè)。但在2006年，我國(guó)鎂工業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)多樣性的態(tài)勢(shì)，鎂深加工產(chǎn)業(yè)鏈得到突破發(fā)展，我國(guó)鎂工業(yè)從原來的原材料的生產(chǎn)大國(guó)開始向鎂合金生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型。目前，我國(guó)的鎂合金板帶已經(jīng)成功應(yīng)用在航空、航天、汽車、五金、交通等領(lǐng)域。雖然還處于起步階段，但隨著鎂合金加工處理工藝的進(jìn)一步改善，成本進(jìn)一步下降，在不遠(yuǎn)的將來，這種環(huán)保、輕便的金屬將真正走進(jìn)大眾的生活。在日益嚴(yán)重的資源和環(huán)境雙重壓力下，鎂合金作為目前工程應(yīng)用中最輕和尚未被全面開發(fā)的金屬材料，正受到前所未有的關(guān)注。

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