随着着航空航天、交通运输、信息产业的发展,新型轻合金材料的研发逐渐受到各国的高度重视。在许多领域,传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。镁阳极是以镁为基加入其他元素组成的合金,是目前实际应用中轻的金属结构材料,具有密度小、强度高、阻尼性、切削加工性和铸造性能好的优点。
一、镁阳极的发展
镁阳极是实际应用中轻的金属结构材料,但与铝合金相比,镁合金的研究和发展还很不充分,镁合金的应用也还很有限。目前,镁合金的产量只有铝合金的1%。镁合金作为结构应用的用途是铸件,其中90%以上是压铸件。镁合金广泛应用的主要问题是:
由于镁元素极为活泼,镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧,因此,镁合金的生产难度很大;镁合金的生产技术还不成熟和完善,特别是镁合金成形技术有待进一步发展;镁合金的耐蚀性较差;现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低,镁合金在高温(150~350℃)场合的应用;镁合金的常温力学性能,特别是强度和塑韧性有待进一步提高;镁合金的合金系列相对很少,变形镁合金的研究开发严重滞后,不能适应不同应用场合的要求。
二、镁合金的特点
与其他金属相比,镁合金具有以下特点:
镁合金的比重小,是目前结构材料,密度在1.75—1.85g/cm3之间,是钢密度的23%,铝密度的67%,塑料密度的170%。镁合金比强度明显高于铝合金和钢,仅略低于比强度高的纤维增强材料;比刚度与铝合金和钢相当但远高于纤维增强材料,具有很好的优越性。
第二点:镁合金导热性、热稳定性、抗电磁干扰性和屏蔽性能良好。
第三点:镁合金阻尼性能好,与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量,在同样受力条件下,可消耗更大的变形功,具有降噪、减振功能,可承受较大的冲击震动负荷,适合于制备抗震零部件。
第四点:切削加工性能优良,其切削速度大大高于其他金属。切削镁合金时对刀具的消耗低,切削功率小,镁合金、铝合金、铸铁、低合金钢切削同样零件消耗的功率比值为l∶1.8∶3.5∶6.3。镁合金在切削后不需要磨削、抛光,不用切削液即可以得到粗糙度很低的加工面。此外,镁合金在受冲击或摩擦时,表面不产生火花,利于生产安全。
第五点:镁合金的铸造性良好,镁与铁反应性很低,熔炼时可用铁坩埚,镁在单位容量下的热焓低,其压铸速度可比铝高,且镁铸件的铸造和加工精度高,镁合金压铸件的壁厚可达0.6mm,而铝合金为1.2-1.5mm,镁合金可以进行高速机械加工,生产效率高,在模具内凝固快,生产率比压铸铝件高出40-50%,可达两倍,适用于汽车工业的大批量生产。
第六点:与塑料类材料相比,镁合金可回收利用,回收成本低,回收利用率高,这对降低制品成本、节约资源、改善环境相当有益。
第七点:镁合金的尺寸稳定性较好,收缩率稳定,铸件和加工成品的尺寸精度高,除了镁-铝-锌合金外,多数镁合金在热处理过程及长期使用中由于相变而引起的尺寸变化基本为零。
第八点:液态镁容易剧烈氧化、燃烧,故镁合金的熔炼必须在熔剂覆盖下或者在保护气氛中进行。镁合金铸件需要在SO2、C02或SF6气体保护,或者在真空条件下进行固溶处理,并且固溶处理和时效处理时间均较长。
随着武器轻量化要求的不断提高,加上镁材价格的降低和高温耐热、高强耐热等新型镁阳极的发展,镁合金材料将会在新一代航空航天、武器装备等的研发中发挥重要的作用,成为航空航天、武器装备等国防部门中应用广的金属结构材料,将会有利地推动我国镁资源对国民经济和国防事业建设健康稳定可持续地发展。