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尚镁网-研发应用


探秘新型镁合金材料

时间:2019-2-12


     尚镁网讯,镁合金作为最轻的工程金属材料,被誉为“21世纪的绿色工程材料”,强度高、耐冲击、散热好、尺寸稳定和弹性模量大,承受冲击载荷能力比铝合金强。
     
铸造镁合金具有比强度和比刚度高、震动阻尼容量大,在汽油、煤油和润滑油中性能稳定等特点。这些特性使镁合金应用领域十分广泛,如交通运输、电子工业、军工等领域。尤其在航空航天、轨道交通、电子产品、生物医用、自行车、建筑装饰等领域应用前景广阔,已经成为未来新型材料的发展方向之一。
     
从20世纪开始,镁合金就在航空航天领域得到应用。镁合金可以大大改善飞行器的气体动力学性能并能明显减轻其结构重量,因此,许多部件用镁合金制作。一般航空用镁合金主要是板材和挤压型材,少部分是铸件。经过先进的加工技术处理过的镁合金,拥有着耐高温、耐腐蚀等超强属性,被广泛应用在飞机、发动机、导弹等关键部位的制作上。随着镁合金生产技术的发展,性能会不断提高,应用范围也会不断扩大。
      凭借着速度快、能耗低、环境舒适的设计特点,高铁在现代运输手段中占据着极其重要的位置。为了保证这些方面特性的优化,列车轻量化是非常必要的技术,镁合金自然担起了这份重任。目前,法国、日本、中国等多个国家的高铁,已经在大量使用镁合金制作零部件,成为了高速列车轻量化的关键材料。
      镁合金已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、发动机缸体、框架等零部件上。用镁合金制造汽车零部件,可以显著减轻车重,降低油耗,减少尾气排放量,提高零部件的集成度,提高汽车设计的灵活性等。通常汽车自重每减轻10%,燃油效率可提高5.5%,废气排放相应减少。随着技术的发展,镁合金在汽车领域的应用范围会更广。
      镁合金具有优异的薄壁铸造性能,其压铸件的壁厚可达0.6~1.0mm,并保持一定的强度、刚度和抗撞能力,这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求。另外,镁合金还具有防震、抗磨损及可屏蔽电磁波的特殊功能。因此,单反相机中的骨架常用镁合金来制作,一般中高端及专业数码单反相机都采用镁合金做骨架,使其坚固耐用、手感好。三星新推出的Notebook 9(2018)系列笔记本电脑中使用镁合金,以后也将用于三星旗下的手机、可穿戴设备,将使这些设备更轻、更坚固。
      军事装备中使用镁合金可以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率,例如掩体支架、迫击炮底座和导弹等。随着镁合金研究的深入及材料性能的提高,镁合金在兵器中的应用会越来越多。
      镁合金容易加工成形,并且具有优良的综合力学性能以及独特的生物降解功能,而镁又是人体所必需的宏量金属元素之一,因此镁合金是医用金属材料的不二选择。镁合金的弹性模量约为45GPa,也接近于人体骨骼(10~40GPa),能有效缓解甚至避免“应力遮挡效应”;镁合金在人体中释放出的镁离子还可促进骨细胞的增殖及分化,促进骨骼的生长和愈合。不仅如此,镁合金的加工性能远优于聚乳酸、磷酸钙等其他类型可降解植入材料,因此其在心血管支架方面也具有临床应用价值。
      多孔镁作为一种可降解的生物材料可为细胞提供三维生长空间,有利于养料和代谢物的交换运输,其本身具有生物活性,可诱导细胞分化生长和血管长入。多孔镁的制备方法主要有铸造法和粉末冶金法。
      血管内支架植入术已成为冠状动脉和外周血管阻塞性疾病的主要治疗手段。但是现有材料制作的支架长期存留在体内易导致内膜增生,从而会严重影响到支架置入术的中、远期疗效。采用镁及镁合金制作的可降解血管内支架在人体内完成。
      镁及镁合金作为骨固定材料的优势在于其与人骨密度及力学性能接近,可有效降低应力遮挡效应,同时镁降解的碱性环境可起到抗菌的作用,镁对骨组织具有良好的相容佳,镁还有促血管化的作用。镁越来越多的优势正在被人们发现,因此可以说镁及镁合金作为骨固定材料的潜力十分巨大。
      镁合金是什么材料?镁合金应用领域、发展趋势
      我国开发了多种高性能稀土镁合金材料。航空航天用高强耐热Mg-Gd-Y-Zr系镁合金材料在性能方面已经达到国际先进水平,但在大型复杂高强耐热铸造镁合金铸件凝固理论及成形工艺方面远落后于发达国家。迄今为止,国际上只有美国和苏联有镁锂系合金牌号,国内关于镁锂合金的研究还很有限,尤其是对超轻铸造镁锂合金的相关研究非常缺乏,这与镁锂合金在航空航天及电子工业等领域的巨大应用前景不相称。
      高强耐热镁合金是国外的重点研究方向,IBM公司加工的镁锂合金应用在Saturn V火箭计算机室和双子座宇宙飞船上,在军事上DOW公司开发Mg-14Li-1.5Al-0.08Mn用于加工M113军用运输车的壳体。镁锂合金还被德国、日本等国的科学家开发用于医疗器械、电子产品等用途。

      来源:军民两用新材料大会



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