高導(dǎo)熱鎂合金型材是一種新型的輕質(zhì)材料,具有的導(dǎo)熱性和機(jī)械性能,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。GB/T38714-2020《高導(dǎo)熱鎂合金型材》為高導(dǎo)熱鎂合金型材的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了技術(shù)規(guī)范。
高導(dǎo)熱鎂合金型材的主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)高、密度低、機(jī)械強(qiáng)度高、成形性好等。這些特點(diǎn)使得高導(dǎo)熱鎂合金型材非常適合用于制造各種設(shè)備和工具。例如,在電子產(chǎn)品制造中,高導(dǎo)熱鎂合金型材可以用于散熱器、散熱片等部件,有效降低了電子產(chǎn)品的溫度,延長(zhǎng)了使用壽命。
此外,高導(dǎo)熱鎂合金型材還可以用于汽車制造中的發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、底板等部位,可以提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和安全性。在工業(yè)生產(chǎn)中,高導(dǎo)熱鎂合金型材還可以用于制造航空航天設(shè)備、化工設(shè)備、軍事裝備等重要領(lǐng)域。
GB/T38714-2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高導(dǎo)熱鎂合金型材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等指標(biāo)要求,為高導(dǎo)熱鎂合金型材的應(yīng)用提供了技術(shù)保障。在生產(chǎn)過程中,需要嚴(yán)格控制合金的化學(xué)成分和加工工藝,以確保高導(dǎo)熱鎂合金型材具有的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能。
總之,高導(dǎo)熱鎂合金型材GB/T38714-2020在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛,具有的市場(chǎng)潛力。未來隨著科技的不斷進(jìn)步,高導(dǎo)熱鎂合金型材的性能將會(huì)更加,應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步拓展。
鎂合金的熔煉鑄造工藝與鑄錠品質(zhì)對(duì)鎂材質(zhì)量、成品率高低攸攸相關(guān),實(shí)踐統(tǒng)計(jì)證明,鎂材缺陷的75%以上都或多或少是由于鑄錠帶來的。鎂合金錠的鑄造的鑄造工藝有:鐵模鑄造,水冷模鑄造與半連續(xù)鑄造。前兩種工藝現(xiàn)在很少用了,所生產(chǎn)的錠坯還不到總數(shù)的5%。半連續(xù)鑄造法的優(yōu)點(diǎn)可概括為:
凝固速度快,改善了鑄錠組織,減少了成分偏析,提高了錠坯的力學(xué)性能。
由于改善了熔鑄系統(tǒng),減少了氧化夾雜及其他非金屬夾雜物,金屬雜質(zhì)含量也有所下降,合金純凈得到了很大提高。熔鑄設(shè)備對(duì)MA8合金的純凈度也有一定的影響。
合理的結(jié)晶順序,鑄錠的致密度得到提高,錠中心的疏松大幅度地下降。
錠的長(zhǎng)度有很大提高,切頭、切尾等幾何廢料的相對(duì)量有很大減小。
實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或甚至半自動(dòng)化生產(chǎn),勞動(dòng)條件得到很大改善,勞動(dòng)生產(chǎn)率顯著提高,產(chǎn)品品質(zhì)也有很大提高。
當(dāng)然,盡管半連續(xù)鑄造法的優(yōu)點(diǎn)很多,不可避免地也會(huì)存在一些不足之處,諸如:
鑄錠內(nèi)部因凝固速度快,會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,而合金的塑性又不大,因而裂紋傾向性大,廢品率比鐵模鑄造時(shí)的大得多,鐵模鑄造幾乎無一裂紋。
由于凝固速度快,有些合金元素如錳會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析,為了消除這種缺陷,須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的均勻化退火,因而生產(chǎn)成本上升,而且性能得不到充分的。
由于凝固速度大,液穴內(nèi)的溫度梯度也會(huì)相應(yīng)地上升,雖不利于金屬中間化合物顆料的過于長(zhǎng)大,但卻使它易于產(chǎn)生。
液態(tài)鎂在干燥純凈的CO2中氧化速度慢,高溫下可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成固態(tài)MgO與無定型碳,它可以填充于氧化膜間隙處,提高熔體表面氧化膜的致密性,同時(shí)還能強(qiáng)烈地抑制鎂離子擴(kuò)散到表面膜的表面,從而阻抑鎂的氧化。
鎂與SO2反應(yīng)生成固態(tài)MgO與MgS,在熔體表面形成一層致密的保護(hù)性強(qiáng)的MgS-MgO復(fù)合膜層。
是一種人工制造的氣體,它的密度為空氣的4倍,在室溫下很穩(wěn)定,但SF6的混合氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)可能形成有刺激性的有毒氣體。SF6與鎂反應(yīng)可生成固態(tài)MgF2與SO2F2.MgF2的致密度高,可與MgO形成連續(xù)的致密氧化膜。值得注意的是,SF6應(yīng)是干燥的,否則水分會(huì)大大加劇鎂的氧化,還會(huì)生成有毒的HF氣體。
保護(hù)氣氛
是一種非常有效的保護(hù)氣氛,能顯著降低鎂的燒損,得到普遍采用。實(shí)驗(yàn)表明,保護(hù)氣氛中含有0.01Vol.%SF6就有的保護(hù)功能,但在實(shí)際操作中,為了補(bǔ)充SF6與熔體反應(yīng)和泄漏損耗,SF6的濃度應(yīng)高些。SF6保護(hù)氣氛有兩種:干燥空氣與SF6的混合物,干燥空氣、CO2、SF6的混合物。
的價(jià)格高且有潛在溫室產(chǎn)應(yīng),就盡量控制SF6的排放量。保護(hù)氣氛中的SF6濃度不得超過2Vol.%,否則會(huì)引起坩堝損耗。SF6是影響鎂合金生命周期(LCA)的主要因素,也是制約鎂成為21世紀(jì)綠色材料的關(guān)鍵因素。2000年國(guó)際鎂業(yè)協(xié)會(huì)(LMA)呯吁行業(yè)開發(fā)新的保護(hù)氣體以取代SF6。
鎂是輕的結(jié)構(gòu)材料,優(yōu)點(diǎn)多,隨著汽車對(duì)產(chǎn)品輕量化和節(jié)能減排等要求的提高,為鎂的發(fā)展創(chuàng)造了大好機(jī)遇,成為世界一些國(guó)家開發(fā)與研究的熱門課題,但是國(guó)際上對(duì)鎂及鎂合金產(chǎn)品生命周期的環(huán)境影響還缺乏全面系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià),這也成為制約其大量使用的一個(gè)重要因素。目前,德國(guó)、澳大利亞和中國(guó)等的冶金科學(xué)家和材料界人士正致力于原鎂提取工藝過程及其產(chǎn)品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亞科學(xué)家的研究表明,電解法提取原鎂的溫室氣體排放為20.4~26.4kgCO2當(dāng)量/kg·Mg,而中國(guó)皮江法煉鎂(含生產(chǎn)硅鐵的電耗)的為37~47kgCO2當(dāng)量/kg·Mg,后者的約為前者的2倍,這成了國(guó)際上對(duì)中國(guó)皮江法煉鎂環(huán)境影響的負(fù)面評(píng)價(jià)。然而,北京工業(yè)大學(xué)材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)中心新的研究結(jié)果表明,2009年中國(guó)較的皮江煉鎂法的溫室氣體排放強(qiáng)度為25.6kgCO2當(dāng)量/kg·Mg,幾乎與電解法的平均水平相當(dāng),而且還有進(jìn)一步降低的空間。這得益于原鎂提取過程中采取了綜合的節(jié)能減排措施,例如全面改造爐窯,采用清潔能源、蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)及余熱利用技術(shù)等。
與鋁工業(yè)的LCA研究工作相比,對(duì)鎂及其產(chǎn)品的LCA研究還處于初級(jí)階段。鋁、鎂等輕質(zhì)材料是減重的佳材料,對(duì)于以汽車為代表的交通運(yùn)輸工具輕量化、節(jié)能減排具有十分重要的意義。國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)在一份報(bào)告中稱,汽車質(zhì)量每減輕10%,油耗可降低6%~8%,有研究指出,汽車多用1kg鋁在服役期間排放的CO2就可以下降約20kg;如果每輛汽車使用70kg鎂合金,每年排放的的CO2可減少30%以上。
中國(guó)在發(fā)展鎂合金方面特別是對(duì)鎂-稀土合金的研發(fā)居世界地位,受到全球刮目相看,除了前面談的一些成就,主要成就還有:
低成本非稀土鎂合金
目前發(fā)展的新型鎂合金的85%以上都或多或少含有稀土,它們的價(jià)格昂貴,提高了合金的價(jià)格,使其身價(jià)倍增,但在性價(jià)比上卻大打折扣,推廣應(yīng)用不易。因此,研發(fā)低成本非稀土型的鎂合金顯得非常必要,中國(guó)在發(fā)展這類合金方面也取得了非凡的成就,,如上海交通大學(xué)的ASZ511Sb合金、AT72合金、AX51合金。
ASZ511Sb(Mg-5Al-1Zn-1Si-0.6Sb)合金,它是一種金屬型重力鑄造合金,不含合金元素,其主要合金元素為鋁、鋅、硅,還含有少量的銻與微量的稀土,用于金型重力鑄造,鑄件的室溫屈服強(qiáng)度95N/mm2,抗拉強(qiáng)度Rm=235N/mm2,伸長(zhǎng)率A=12%。合金的顯微組織為α-Mg+共晶體,其晶體中的Mg2Si呈漢字狀,Sb的加入顯著細(xì)化了Mg2Si,使它成為均勻分布的顆粒。該合金在200℃、50N/mm2條件下的抗蠕變強(qiáng)度與稀土耐熱鎂合金AE42(Mg-4Al-2RE-0.2Mn)合金的相當(dāng),因此可以在100~150℃的溫度下長(zhǎng)期工作。該合金在5%NaCl鹽霧試驗(yàn)時(shí)的腐蝕速率比AZ91D合金的低10%。
AT72鑄造鎂合金也是上海交通大學(xué)研發(fā)的,用于金屬型重力鑄造,以鋁、錫為主要合金元素,還含有鋅、錳、稀土等微量元素,金屬型重力鑄件的室溫屈服強(qiáng)度Rp0.2=90N/mm2,抗拉強(qiáng)度Rm=225N/mm2,伸長(zhǎng)率A=7%。鑄態(tài)合金的顯微組織以α-Mg固溶體為基體,其中分布著離異共晶Mg17Al12和少量的Mg2Sn,固溶處理后,Mg17Al12溶入基體,但仍有少量的Mg2Sn相。該合金的鋁含量不多,有較好的壓鑄成形性能,與AZ91D合金的相當(dāng),但因鋁的含量少,僅7%,重力鑄件的時(shí)效強(qiáng)化效果較弱。AT72-T5合金壓、鑄件的室溫力學(xué)性能:屈服強(qiáng)度Rp0.2=125N/mm2,抗拉強(qiáng)度Rm=225N/mm2,伸長(zhǎng)率A=4.5%。該合金的抗腐蝕性能與傳統(tǒng)AZ91D合金的相當(dāng)。
AX51合金是一種壓鑄合金,以Al、Sr為主要合金元素,Ti為次要合金元素,是上海交通大學(xué)研制的,重力鑄件的典型組織為α-Mg+共晶體(α-Mg+Al4Sr),含鈦的Mg-5Al-1Sr合金的顯微組織發(fā)生了明顯的變化,晶界上的共晶組織由粗大的層片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钆c短棒狀,因而力學(xué)性能有較大提高。AX51合金壓鑄件的典型力學(xué)性能:屈服強(qiáng)度Rp0.2=138N/mm2,抗拉強(qiáng)度Rm=270N/mm2,伸長(zhǎng)率A=7%。Mg-5Al-1Sr-Ti合金在175℃/70N/mm2的穩(wěn)態(tài)拉伸蠕變速率比不含Sr、Ti合金的小1個(gè)數(shù)量級(jí)。
鎂合金的是一類前景廣寬的功能材料,典型的功能材料為:鎂儲(chǔ)氫材料、醫(yī)用鎂材、阻尼鎂材、鎂電池材料、鎂陽極材料等。功能鎂合金是一類新型的高技術(shù)材料,是鎂產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新領(lǐng)域,是世界材料工作者關(guān)注的重要焦點(diǎn)之一。鎂合金是一類可降解新型醫(yī)用材料,具有的優(yōu)勢(shì)和潛力。
在常壓與約250℃時(shí)鎂與H2可形成MgH2,而在低壓與重高溫度下又能釋放氫,因而是一類有效的儲(chǔ)氫材料,純鎂的儲(chǔ)氫率高達(dá)7.6%,即10kg鎂中可以儲(chǔ)存0.76kg氫,把氫儲(chǔ)存在合金中,可以控制釋放速度,使用安全性。
鎂的電極電位低,具有非常的電化學(xué)性能,可以作為一次電池與二次電池的電極,可用于制造各種高容量電池,鎂與鋰的物理化學(xué)性能相似,但鎂電池,對(duì)環(huán)境友好,安全性高、易操作,資源豐富,價(jià)格合理,作為電池材料具有的優(yōu)勢(shì)。目前商用鎳氫電池的儲(chǔ)氫材料為L(zhǎng)aNi5,儲(chǔ)氫量?jī)H約1.4%,比容量約330mAh/g,限制了鎳氫電池的應(yīng)用的推廣。上海交通大學(xué)通過向LaNi5添加少量Mg,大大提高了其電化學(xué)容量,其比容量達(dá)到400mAh/g,并有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。