镁铝合金的应用前景

摘要:随着科技的的发展,作为高新技术的新材料不断涌现,铝镁合金作为一种特殊的的金属材料,应用范围越来越广泛,也是最具发展潜力的领域。本文介绍了镁铝合金的基本性质,简介了镁铝合金在航空航天、船舶制造和3C等领域的应用状况。

关键词:镁铝合金 性能 应用

镁铝合金是一种在铝合金中加入镁金属的合金,由镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成。其基本特点是比重小且硬度高、耐蚀、可焊,和塑料相比,镁铝合金单位重量的强度和弹性率高,在同样的强度要求下,镁铝合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,镁铝合金的强度比铝合金和铁高,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量,具有良好热传导能力,因此具有较为广泛的应用范围。

目前,牌号最多、应用最广的Mg-Al系合金中,AZ（Mg-Al-Zn）系合金是应用最广泛的商业化Mg-Al基镁合金。由于AZ系合金的屈服点很高,广泛用于制造形状复杂的薄壁压铸件,如发动机和传动系的壳体、电子器材的壳体、手动工具等[1]。镁合金电位负性极低,与铁的有效电位差很大,故保护半径较大,适用较高电阻率的淡水或者土壤介质,目前主要应用在高电阻率土壤介质中的金属管道、储罐、海洋钻井平台以及淡水介质中的凝气器和电热水器的防腐蚀保护,镁铝合金在这些方面有比较广泛的应用。镁铝合金具有优异的减震性能,其阻尼性能高于很多其他合金,还被用于军事等高端领域。

1、镁铝合金在3C制品上的应用

镁铝合金的主要元素是铝,再添加镁以增加其硬度,镁铝合金既有金属的硬度,而且重量又轻也易于散热,抗压性强,能满足3C产品的高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求[2]。故常用于需重视散热的电子器材如手提电脑的外壳等,手机电话等。虽然镁合金的导热系数不及铝合金,但是比塑料高出数十倍,因此,镁合金用于电器产品上,可有效地将内部的热散发到外面。在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金可有效的散热。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。另外,镁铝合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好,使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。在手机电话的壳体和屏蔽材料上使用了镁合金。镁铝合金的机械加工性能好:镁合金比其他金属的切削阻力小,在机械加工时,可以较快的速度加工。

2、镁铝合金在船舶制造上的应用

铝镁合金5xxx系列,是热处理不可强化的合金,中等强度,具有良好地加工性能与焊接性能能,特别是耐腐蚀性能良好,在工业区和海洋暴露中均有较高的耐蚀性,其中5083、5456、SA01等高镁铝合金综合性能优良,是制作船板、船外壳的首选材料。国外一般将镁含量控制在5%左右作为船用铝合金使用。例如,美国使用5083、5456等合金,前苏联使用AMr6、AMr6一1等合金。5250铝合金是在5050、5050A、515O的基础上通过控制Fe、Si、Cu、Zn等杂质含量,并添加微量Mn、Ga、V改型而来的铝一镁合金[3],它具有极好的压力加工性能、成形性能和高的耐腐蚀性能。

3、镁铝合金在航空航天上的应用

镁铝合金是轻质金属结构材料,常应用于航空航天及交通运输等领域。航空航天飞行器在异常环境条件下要承受加载速率较高的冲击载荷作用。由北京航空材料研究所研制的,己经成功用于国产歼击机的MB26。

镁铝合金作为火箭/冲压发动机固体燃料的金属燃料能提高燃料的燃烧率。一般从经济性、制造安全性考虑, 在金属燃料中选择了铝。用试制的含铝50%的推进剂对火箭/冲压发动机进行了模拟试验,得到了约900秒的比推力。用铝作为上述火箭/冲压发动机的推进剂成份,虽然得到一般的性能,可是由于推进剂一次燃烧温度太低(约1200℃),不可能给予二次燃烧实验证明添加量的40%左右会残留在一次燃烧室。采用沸点比较低的镁铝合金代替铝,本作用火箭/ 冲压发动机的推进剂,含铝量多时,在一次燃烧室会产生大量燃烧残渣,而这些残渣的大部分可以成为二次燃烧的主要燃料,可以提高燃烧速率。

4、镁铝铝合在医疗器械上的应用

镁铝合金在医疗器械上应用也相当广泛,如金属支架等。 目前临床应用的内固定材料主要为传统金属,如铬镍不锈钢、钻合金、钦合金等。传统金属由于可能的电离作用使周围组织损伤,因此大部分研究者趋于寻找化学性能更稳定、力学更强的金属材料。而这些材料最大的弊端是术后需二次手术取出,反复手术增加医疗资源消耗和患者的费用以及可能的病残率。镁铝合金具有良好的生物安全性和刺激骨生长的作用。具有较好的生物相容性,术区由纤维囊包住,周围组织无损伤。中科院金属所研制的AZ3IB镁铝合金,其抗拉强度为280MPa,延伸率为20%,镁合金的弹性模量为45GPa,具有良好的力学特性[4]。

5、镁铝合金在汽车制造工业上的应用

随着节能环保型汽车逐渐成为未来汽车发展的方向,出于节能和环保的要求,铸造镁合金在汽车上的应用越来越广泛。从20世纪40年代起,铝镁合金就开始用在汽车产品的零部件上。汽车上的方向盘、离合器、阀门壳等零部件广泛采用铸造镁合金材料制造,采用新工艺新技术,研制出高强度耐腐蚀的新型铸造镁合金,同时又降低了成本,从而大大促进了镁合金在汽车上的应用。未来对汽车将保持极大的消费需求,很多技术正处于消化阶段,因此镁合金在汽车中具有极好的应用前景。

6、结语

镁铝合金作为一种更轻、更节能、更环保的材料,它的研究及应用技术已经形成产业化,并在一些领域得到广泛和成功的运用。未来,镁铝合金将更加广泛地应用于航空、航天、汽车等领域。研究开发新型镁合金材料既有巨大的经济效益,也有良好的社会和环境效益。随着世界各国对镁合金研究开发不断加大投入,除传统的性能要求以外,研究开发高强、耐高温、耐腐蚀以及稳定力学性能的镁合金是今后发展的方向。

参考文献

[1]耿浩然.腾新营等.铸造铝镁合金[M].北京:化学工业出版社,2007:137-147.

[2]王祝堂.变形镁合金在航空航天器中的应用[J].世界有色金属,2010(3):66-69.

[3]张运法.我国镁合金应用领域开发前景分析[J].中国新技术新产品,2010(9):106.

[4]谷松伟.AZ31镁合金合金化及外场细晶强韧化机理研究[D].大连理工大学硕士学位论文,2011.