2013年12月16日09:00
【相關(guān)新聞】
現(xiàn)在，一種新型合金的出現(xiàn)打消了鎂自燃溫度低、易燃的負(fù)面印象，引發(fā)了外界關(guān)注。這種合金就是熊本大學(xué)研究生院自然科學(xué)研究科工學(xué)部教授河村能人開發(fā)的“KUMADAI不燃鎂合金”。因為有望作為需要良好阻燃性的飛機及鐵路車輛的構(gòu)造材料，這種鎂合金被寄予了厚望。
強度堪比超特硬鋁合金
不燃鎂合金即使從熔爐中取出、進入空氣環(huán)境中，也不會像通常的鎂合金那樣著火。用燃燒器炙烤也不會迸發(fā)火苗，當(dāng)溫度超過純鎂的熔點（1091℃）后，這種合金雖然會熔化沸騰，但不會燃燒〔圖1（a）〕。也就是“完全不燃燒”（河村）。這就是稱之為“不燃”，而不是“難燃”、“耐熱”的緣故。因為不燃燒，所以熔煉和鑄造時的操作比較簡單。
 |
|
圖1：KUMADAI不燃鎂合金的特性 用燃燒器炙烤，加熱到1000℃以上也不著火，只出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象（a）。這種材料的屈服強度良好，可輕松達(dá)到市售鎂合金的2倍以上（b）。 |
而且，這種合金在常溫下強度大，拉伸屈服強度約為460MPa，堪比特超硬鋁合金（A7075）〔圖1（b）〕�？偠灾�，不燃鎂合金不僅不會燃燒，而且擁有良好的機械強度，因而吸引了飛機和鐵路車輛企業(yè)的興趣。
具有如此出色特性的不燃鎂合金不使用稀有金屬。雖然開發(fā)方?jīng)]有透露成分，但可以確定的是，添加的元素均為價格低廉的通用金屬。
本文最后還將介紹河村先于該合金開發(fā)出的“KUMADAI耐熱鎂合金”，這種合金添加了稀有金屬釔（Y），有可能導(dǎo)致成本增加，從成分來看，不燃鎂合金更便于實現(xiàn)低成本化。而且，因為具有不燃的性質(zhì)，所以無需擔(dān)心切削時的粉屑著火，容易實施切削加工。但難點在于高溫強度低。
為了開發(fā)不燃鎂合金和耐熱鎂合金，進行性能測試，揭示不燃和難燃化原理，以便全面投入實用，熊本大學(xué)于2011年在校內(nèi)成立了“熊本大學(xué)先進鎂國際研究中心”（MRC），加快了開發(fā)的速度。中心除400kg的熔爐和580t的熱擠壓設(shè)備之外，還擁有能夠評價成分和機械強度的分析裝置等。
急冷性能高，鑄造易制造
河村從2000年起著手開發(fā)的“KUMADAI耐熱鎂合金”是不燃鎂合金的基礎(chǔ)。這種合金添加了約2at％的釔（Y）和1～2at％的鋅（Zn），自燃溫度最高可達(dá)940℃，比一般鎂合金高出了300℃以上。而且還具有優(yōu)良的耐腐蝕性和強度，與不燃鎂合金一樣，實用化前景都很受期待。
耐熱鎂合金按照制造方法分成兩類。一類是利用快速凝固的方法制造的“KUMADAI急冷耐熱鎂合金”。另一類是對鑄造的錠料實施擠壓加工的“KUMADAI鑄造耐熱鎂合金”。前者是利用薄帶連鑄法，使熔融金屬快速凝固，制成合金薄片，壓實預(yù)成型后實施擠壓加工而成。制造雖然費時費力，但性能優(yōu)良。而后者與急冷材料相比，特性雖然略差，但制造方法要簡單。
在阻燃性鎂合金中，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開發(fā)的材料已經(jīng)是眾所周知。這種合金的自燃溫度為810℃，強度與傳統(tǒng)的鎂合金相同。而河村開發(fā)的耐熱鎂合金不僅自燃溫度比產(chǎn)綜研的阻燃性鎂合金要高出100℃以上，而且擁有更加優(yōu)良的強度和耐腐蝕性。
實際上，鑄造耐熱合金的比強度約是A7075的1.3倍，急冷耐熱合金更是達(dá)到了A7075的2倍以上〔圖2（a）〕。河村表示“高溫特性特別好”也是耐熱鎂合金的一大特點。在200℃下，鑄造耐熱合金、急冷耐熱合金的比強度均遠(yuǎn)大于鋁合金（A2219）和高強度鎂合金（WE54）*2的比強度〔圖2（b）〕。但二者的成型性要好，如果采用溫成型，耐熱鎂合金作為壓延材料比主流鍛造材料AZ31更容易成型。
 |
|
圖2：鑄造耐熱鎂合金的特性 常溫下的比強度（屈服強度與密度之積）高于鋁合金（a）。高溫（200℃）下的強度更是勝過鋁合金和其他耐熱鎂合金（b）。鑄造耐熱合金的耐腐蝕性雖然不及市售的鎂合金，但急冷耐熱合金的耐腐蝕性比鋁合金還要好（c）。市售合金均經(jīng)過了熱處理。 |
再來看耐腐蝕性，鑄造耐熱合金的耐腐蝕性等于甚至低于不耐腐蝕的AZ31，但急冷耐熱合金的耐腐蝕性高達(dá)特超硬鋁合金的“近2倍”，傳統(tǒng)鎂合金更是不在話下〔河村，圖2（c）〕。
 |
