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1.1 镁及其合金的特点及应用

1.1.1 镁及其合金的特点

1.优点

1)密度小,重量轻,在实用金属中是最轻的金属,因此镁合金是轻量化的首选材料。

2)高比强度、高比刚度。镁合金的比强度(强度与质量之比)和比刚度(刚度与质量之比)高于铝合金和钢,远远高于工程塑料。镁合金的弹性模量在常用的金属中是最低的。密度虽然比塑料大,但是单位重量的强度和弹性率均比塑料高,在不降低零部件强度的前提下,镁合金零部件的质量比铝合金或钢要轻很多,而且镁合金的刚度随着厚度的增加呈立方指数增加,因此,在不减少零部件的强度下,可用镁合金代替铝合金或钢。

3)传热能力强、导电性好。镁合金的传热系数比铝小,比钢大,比塑料高出数十倍,电导率高于铝和钢。

4)电磁屏蔽性能好。镁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。

5)机械加工性能好。镁合金是常用金属中比较容易加工的材料,具有比铝合金及钢的切削阻力小、机械加工速度快、刀具使用寿命长等优点。镁合金比其他金属的切削阻力小,若镁合金切削阻力为1,则铝合金为118,黄铜为213,铸铁为315。

6)对振动、冲击的吸收性好。镁合金具有良好的抗冲击性,约是塑料的20倍;拥有良好的吸振性(在20MPa应力水平下镁合金AZ91D的衰减系数为20%,而铝合金A380只有1%)和优良的尺寸稳定性,是制造抗振结构零件的好材料,对于用作设备机壳以减少噪声传递、提高防冲击与防凹陷损坏等十分有利。由于镁合金对振动能量的吸收性好,使用在驱动和传动的部件上可减少振动。镁合金对冲击能量吸收性很好,受到冲击后,能吸收冲击能量而不会产生断裂,由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。

7)抗蠕变性能好。镁合金随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变少,可以确保工件的尺寸精度。

8)再生性好,易回收。镁合金具有良好的回收性,废料回收利用率高。镁合金可以简单地再生使用,且不降低其力学性能,由于熔点低、比热容小,再生熔化时所消耗的能源只有新材料制造耗能的4%。

9)镁合金还具有良好的焊接性。焊接接头的强度约为其母材强度的95%,可以制造复杂结构零件。

2.缺点

镁合金的主要缺点是耐蚀性差,缺口敏感性较大。镁在水及大多数酸盐溶液中易遭腐蚀,只在氢氟酸、铬酸、碱及汽油中比较稳定。

1.1.2 镁合金的应用

由于镁性能独特,正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料,被誉为“21世纪绿色工程材料”。世界各国高度重视镁合金的开发与研究,加强了镁合金在汽车、交通、计算机、通信和航空航天等领域的应用开发与研究。

1.镁合金在交通运输工业中的应用

镁合金用作汽车零部件通常具有以下优点:提高燃油经济性综合标准,降低废气排放和燃油成本,据测算,汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重,所以汽车减重,耗油将大幅度减少;重量减轻可以增加车辆的装载能力和有效载荷,同时还可改善制动和加速性能;此外,镁合金具有优异的变形及能量吸收能力,大幅度提高汽车的安全性能,可以改善车辆的噪声、振动现象。

镁合金零部件运动惯性低,应用到高速运动零部件上效果尤其明显。在铁路大提速的大环境下,车体轻量化是一种趋势。

此外,镁合金在摩托车和自行车上也得到了应用。摩托车采用镁合金比采用铝合金减轻6kg。用镁合金制造的自行车比铝合金的轻,整车质量仅4kg。

2.镁合金在通信电子行业的应用

镁合金具有优异的薄壁铸造性能,其压铸件的壁厚可达0.6~1.0mm,并保持一定的强度、刚度和抗撞能力,这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求,这是工程塑料,甚至铝合金无法达到的。目前,用镁合金制作零部件的电子产品有照相机、摄影机、笔记本电脑、移动电话、电视机、等离子显示器、硬盘驱动器等。

3.镁合金在航空航天和国防军工领域中的应用

从20世纪20年代开始,镁合金就在航空航天领域得到应用。目前镁合金的应用领域包括各种民用、军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构及火箭、导弹和卫星的一些零部件等。减轻兵器重量是兵器装备轻量化的主要手段之一,它对提高兵器机动性及战场生存能力有重要意义。欧美一些国家已经将镁合金用于便携式兵器支架、单兵用通信器材壳体等,德国、以色列已采用镁合金制造枪托。

4.镁合金其他方面的应用

用镁合金作为阳极消耗可有效防止金属构件的电化学腐蚀,这已被应用于延长热水器、地下铁制管道、电缆、塔基、海水蒸馏器、轮船壳体和海洋环境中的钢桩等的寿命。目前,镁合金作为阳极消耗的用量以每年20%的速度增长。镁及镁合金还被用于电力、冶金、化工、家庭消费品、家具、办公室设备、光学设备、运动器械、车床设备等众多领域,应用非常广泛。 3kmJa9KPV3pJK6wKN1QW0BPMzSoNZOR0YzJUWDZY0F/yFNTBKQR8z7iGHZ1UHMEd

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