自1970 年中东石油危机后,各国对节约能源、降低油耗普遍关注。汽车行业是油耗大户,降低汽车油耗影响 巨大。据测,汽车重量每降低10%,可节油5%,油耗减少,尾气排放量也减少,从而也减少了对环境的污染。汽车是用金属材料堆砌而成的,要降低汽车重量, 首先就要在材料上打主意。铝合金的比重大约是钢的1/3,以铝代钢,这个进程已在进行中。要进一步减轻汽车重量,人们想到了镁,它的比重是铝的2/3,而 性能与铝合金相近,以镁代铝、以镁代锌,是近年来的一大趋势。据统计,北美消费的压铸镁合金,在1982-1992年的10年间,以每年20%的速度增 长,在1996-2000年的4年间以每年30%的速度增长,欧洲则超出60%,其中汽车工业消费占80%以上,可以说镁合金压铸件在汽车行业的推广应 用,使过去用量不大的镁合金突成新宠。
3C产品(手机、笔记本电脑、数码相机及摄像机)是高新技术的代表产品,自1990年以来,一 直保持着快速增长的势头,镁合金由于其重量轻(对 铝、钢而言)、刚度大(对塑料而言),特别是它有电磁屏蔽作用,可防止电磁干扰及其对人体的伤害,成为3C产品壳体的最佳材料。
其他如自行车、家电、电子、仪表、航空航天、兵器工业等部门,也在日渐增加镁合金件的应用。
一、 镁的工业发展历史
镁是地壳中含量最丰富的元素之一,其丰度居第8位,约占地壳组成的2.5%,主要以白云石(碳酸镁钙)、菱镁矿存在,此外,海水中含镁约 0.13%,可谓取之不尽,但人类认识镁却较晚,1828年法国科学家A.A.Bussy用金属钾将镁从熔融的氧化镁中置换出来, 1852年R. Bunsen建立了一个小型实验电解槽用电解法生产镁,1886年以Bunsen的电解槽为基础,在德国建立了首个商业性电解镁厂。1910年世界镁产量 约10t/a,到1930年增长到1200t/a以上。二战期间镁工业获得了飞速发展,从1935年开始,德、法、苏、奥、意等国分别建立了镁厂,美国的 镁产能扩大了10倍,1943年世界镁产量约为235kt/a。此期间镁主要用来制造燃烧弹、照明弹、曳光弹、信号弹以及军事和飞机等军用设备的零部件。 二战结束后,1946年世界镁产量降低到25kt/a,世界各国开始考虑镁合金在民用工业的开发和应用,在以后的20年中,美国Dow化学公司在开发镁合 金及其生产技术方面取得了突出的成就,为镁及其合金在冶金、航空、电子、兵器、汽车、化学及防腐、印刷、纺织等民用工业部门的应用开辟了道路,使镁工业出 现了连续增长的势头,实际上从二战结束以来年均增长率在7%左右,现在世界上镁产能已达到550kt/a,2000年实际产量为430kt。
我国是世界上著名的产镁大国,菱镁矿资源总量达31.45亿吨,位居全球首位,2001年出口量已达到200kt,占世界镁市场总需求量的 40%以上。但是大部分出口的是原材料及初级产品,价格低、效益差,我国对镁合金及其加工技术的研究和应用尚处于起步阶段。镁合金在汽车工业上的使用仅仅 是开始,远远落后于工业发达国家,因此,我国的镁工业与镁及其合金的加工、应用技术应加大开发研究以赶上世界先进水平。
二、 镁及其合金的特性:
1.几种常用镁合金的物理机械性能及与其它几种常用结构材料的对比如表1所示
几种常用结构材料的物理机械性能对比 表1
\ 材群 项目 \ | 镁铸件 | 镁锻件 | 铝铸件 | 铝锻件 | 铸铁 | 钢 | 塑胶ABS | ||||
合金牌号 | AZ91 | AM50 | AZ80-T5 | Z31-H24 | A380 | A356-T6 | 6061-T6 | 5182*-H24 | HT350 | 镀锌板 |
|
制取方法 | 压铸
| 压铸
| 挤压
| 板材
| 压铸
| 永久模
| 挤压
| 板材
| 砂模
| 板材
|
|
密度(g/cm3) | 1.81
| 1.77
| 1.80
| 1.77
| 2.68
| 2.76
| 2.70
| 2.70
| 7.15
| 7.8
| 1.07
|
熔点(℃) | 598
| 620
| 610
| 630
| 595
| 615
| 652
| 638
| 1175
| 1515
| 260
|
传热系数 (w/m.c) | 51
| 65
| 78
| 77
| 96
| 159
| 167
| 123
| 41
| 46
| 0.28
|
热膨胀系数 (10-6/C) | 26
| 26
| 26
| 26
| 22
| 21.5
| 23.6
| 24.1
| 10.5
| 10.7
| 76.5
|
弹性模量 (Gpa) | 45
| 45
| 45
| 45
| 71
| 72
| 69
| 70
| 100
| 210
| 2.1
|
抗拉强度 (Mpa) | 240
| 210
| 380
| 290
| 324
| 262
| 310
| 310
| 293
| 390
| 43
|
屈服强度 (Mpa) | 160
| 125
| 275
| 220
| 159
| 186
| 275
| 235
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