镁合金的应用
镁合金是以镁为基础加入其它元素组成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,其密度大约1.8 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,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、3C、航空航天领域。 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。 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,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
镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域。 镁合金材料是现在机械工业上发展前景较好的金属材料,因为镁合金材料密度小、质量轻、比强度高,并且具有良好的加工和铸造性能,加工后的尺寸可保持良好的稳定性,具有良好的导热性能。此外,镁合金对振动,冲击的吸收性能好。因此,在受到相同力的作用时,相对于其他的材料,镁合金可吸收更多的振动冲击,起到减振、降噪的作用。
由于镁合金比钢结构的质量轻,并且具有良好的力学性能,所以镁合金适合在车身上使用,从而达到轻量化的目的。从车身的整个结构来考虑,采用钢结构的前车身结构最为复杂,因为汽车的前车身是发动机的机仓,为了匹配发动机的相关性能要求,它必须有合理的空间布置。而且由于发动机的特殊工作环境,前车身的刚度、强度和疲劳性能等都要满足一定的要求。因此,使得采用钢结构的前车身结构更加复杂化,而这种复杂化必然会导致车身的工艺变得复杂,
最终加重了前车身的质量。所以采用镁合金替代前车身的钢结构,可达到整个车身轻量化的目的。
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,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。