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最后的轻金属镁,虽轻但不好用
吉田 胜,中山 力
镁的密度约为1.8g/cm3,不到钢(7.8g/cm3)的1/4,仅为铝合金(2.8g/cm3)的2/3左右,强度与密度的比值“比强度”优良。实际上,单纯使悬臂梁有相同的弯曲刚性,镁的重量仅为钢的1/3左右。反过来说,重量相同的镁悬臂梁的弯曲刚性是钢的18倍。而且,镁在海水中储量丰富,无需担心资源枯竭。
镁合金有若干种类,现在最常用的是含有铝(Al)重量比9%、锌(Zn)重量比1%的铸造用合金“AZ91”。名称的“A”和“Z”等字母代表添加的元素,“9”和“1”等数字代表含量。一般来说,镁合金含铝越多越耐腐蚀,但因为质地脆,不适合塑性加工。而铝重量比3%左右的“AZ31”虽然耐腐蚀性略差,但能够塑性加工,近年来在冲压和挤压上的应用越来越多。
易燃、易锈
但这种材料也存在几个难点。一是自燃温度低,易燃,在550~600℃左右便会着火。虽然块状材料不会轻易自燃,但粉末和切屑等细小的金属片一旦接触火种便容易发生自燃*a。因此,在机械加工中需要加以注意,比较难操作。这也是其难以在飞机和铁路车辆等领域应用的一个原因。
*a况且着火后不易扑灭。泼水时,其会与水分子中的氧发生反应,生成氧化氢,使火势加大。因此,灭火要使用特殊的灭火剂。
耐腐蚀性差也成了瓶颈。因为容易与水和酸等发生反应,在空气中氧化速度快,所以需要形成化学覆膜或阳极氧化膜等表面处理。但是,由于普及程度不及铝合金,“表面处理技术的开发进展缓慢”(镁合金研究人员)。
还有观点指出有供应风险。虽说无需担心资源枯竭,但现在全世界镁需求的8成以上是中国生产的。日本进口的镁也绝大多数来自中国。因此,中国的生产调整会给市场的镁锭价格造成巨大影响。
成本也是一个令人担忧的因素。镁锭的价格只是铝锭的1.3倍左右,但是由于加工成本高,尤其是板材和挤压材料的价格甚至高达铝合金的数倍*b。但这也是因为供应量少之故,如果采用的产品增加,带动需求增长,价格很可能会有所回落。
*b在2000年代初,镁锭的价格也曾低于铝锭。
压延应用水涨船高
估计今后这种压延材料的运用将加速。日本镁协会预测,虽因工厂进军海外致使2013年日本的镁需求整体减少近5%,但压延材料的需求将增加3%左右。2011年,该协会为推动在铁路车辆的结构材料上采用镁合金,成立了“镁合金高速车辆结构体实用化技术委员会”,并推动铁路公司、车辆企业、材料企业及表面处理企业等联手开展活动。
日本经济产业省2013年国家项目“革新性新结构材料等技术开发”,也把镁合金作为了研究对象。该项目拟开发提高传输设备用结构材料强度的技术,上述委员会的成员企业也参与了该项目。其中,三协立山旗下的三协材料公司表示,“我们想用成本低廉的原材料,制造出强度相当于新干线使用的铝合金‘6N01’的镁合金”(三协材料公司技术开发统括室产品技术部镁技术课课长清水和纪)。
参与项目的另一家企业——日本金属公司开发的“TMP”是用镁合金冷成型实现的,在滚轧时很好地控制结晶方向从而实现了在室温下的塑性加工。
减少压延成本的开发也在推进之中。日本产业技术综合研究所与宫本工业公司(总部:东京)开发出了温度200℃以下的低温压延技术。该技术不仅能延长模具的寿命,还因温度低可使用水溶性润滑剂,有望降低成本。 12/3/2013


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