超輕鎂鋰合金性能優(yōu)越
2014年12月22日 12:55 11705次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色網(wǎng) 分類(lèi): 鎂應(yīng)用 作者: 劉旭賀 王軍武 盧成 肖陽(yáng)
鎂鋰合金是世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度、突出的減震性能和優(yōu)異的電磁屏蔽性能,同時(shí)改善了普通鎂合金不易變形的缺點(diǎn)。將鋰元素作為主要合金化元素添加到鎂合金中,制備出鎂鋰合金。鎂鋰合金是目前為止最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,密度約1.3g/cm3-1.6 g/cm3,自1930年以來(lái),經(jīng)過(guò)各國(guó)科研工作者的共同研究,鎂鋰合金已經(jīng)被應(yīng)用于軍事、航天、航空等領(lǐng)域,并且取得了良好的實(shí)用效果。我國(guó)受外部環(huán)境影響,于20世紀(jì)80年代起才開(kāi)始對(duì)鎂鋰合金的鑄造、熱處理、復(fù)合技術(shù)、變形加工、新型合金開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域開(kāi)展相關(guān)研究工作,也都取得了顯著成果。
超輕鎂鋰合金的性能優(yōu)勢(shì)
鎂鋰合金,一般含鋰5wt%~16wt%,以及少量其它合金化元素,如鋁、鋅等。鎂鋰合金具有比普通鎂合金更低的密度,更好的減震及電磁屏蔽性能,同時(shí),其強(qiáng)度與鎂合金相當(dāng),與鋼鐵、鈦合金、鋁合金、工程塑料、碳纖維復(fù)合材料相比,具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
1.低密度、高比強(qiáng)度、高比模量
鎂鋰合金的密度小于常用鎂合金,是鋁合金的1/2~3/5,是金屬結(jié)構(gòu)材料中密度最小的,與塑料相差不大;其比強(qiáng)度大于鋁合金和塑料,與普通鎂合金相當(dāng);其比模量則是常用結(jié)構(gòu)材料中最高的。
2.剛性好
在相同重量條件下,鎂鋰合金的剛性是鋼鐵的22倍;而在滿(mǎn)足相同剛性時(shí),所需的鎂鋰合金材料重量?jī)H為鋼鐵材料的1/3左右。
3.良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能
鎂鋰合金的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能是其它非金屬輕質(zhì)材料無(wú)可比擬的,其熱導(dǎo)率約為塑料的300~400倍,是碳纖維復(fù)合材料的30~50倍,導(dǎo)電性約為塑料的1016倍,是碳纖維復(fù)合材料的104倍。
4突出的減震性能
減震性能與材料的內(nèi)耗系數(shù)有關(guān),內(nèi)耗系數(shù)越大,表明其在發(fā)生震動(dòng)時(shí)能將更多的能量消耗于金屬內(nèi)部,從而達(dá)到減震效果,提高設(shè)備的可靠性,同時(shí)可以起到降噪的作用。與其它金屬材料相比,鎂鋰合金具有比普通鎂合金更高的內(nèi)耗系數(shù),用鎂鋰合金制作底座或者支腳,可以有效減少震動(dòng),提高設(shè)備的穩(wěn)定性。
5 優(yōu)異的電磁屏蔽性能
鎂鋰合金具有比其它鎂合金更優(yōu)異的電磁屏蔽性能,以鎂鋰合金替代塑料制備便攜式電腦、移動(dòng)電話(huà)等設(shè)備的外殼不僅可以提高設(shè)備的強(qiáng)度和耐沖擊性能,還可以發(fā)揮鎂合金的電磁屏蔽功能,提高移動(dòng)電話(huà)的通話(huà)質(zhì)量,減小電磁波對(duì)人體的傷害。
6)可焊接連接,具有良好機(jī)械加工及冷成型能力
鎂鋰合金可與本合金及其它鎂合金熔焊,可采用TIG焊、激光焊接、攪拌摩擦焊等技術(shù)進(jìn)行焊接,焊縫強(qiáng)度可達(dá)木材的85%以上。另外鎂鋰合金具有良好的機(jī)械加工及冷成型能力,能夠進(jìn)行室溫沖壓成型,且成品率在90%以上。
鎂鋰合金的應(yīng)用市場(chǎng)分析
鎂鋰合金具備的超輕、高比強(qiáng)度、高比模量,以及優(yōu)異的剛性,使得該材料成為最具減重潛力的金屬結(jié)構(gòu)材料。同時(shí)由于鎂鋰合金具有的獨(dú)特性能優(yōu)勢(shì),在航空航天、武器裝備、3C產(chǎn)業(yè)及一些其它民用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用空間。
在航空航天領(lǐng)域:航天領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)減重已經(jīng)進(jìn)入“克克計(jì)較”時(shí)代,航天飛機(jī)的重量每減輕1kg,其發(fā)射成本就可減少15000美元。
鎂鋰合金可用于制造火箭的艙體、陀螺儀、儀表盤(pán)等;無(wú)人機(jī)/預(yù)警機(jī)/直升機(jī)/戰(zhàn)機(jī)構(gòu)件如蒙皮、座位架、機(jī)載雷達(dá)、飛機(jī)上下側(cè)板等;飛行器的防護(hù)罩、防宇宙塵壁板、降落傘扣、控制桿、航天氣瓶?jī)?nèi)襯、計(jì)算機(jī)設(shè)備外殼、支架、電器的框架、燃料箱等;登月平臺(tái)及機(jī)構(gòu)等。
美國(guó)和前蘇聯(lián)在衛(wèi)星、火箭及宇宙飛船上都采用有鎂鋰合金制備的零部件。
在軍工裝備領(lǐng)域
用鎂鋰合金替代鋁合金、鈦合金及鈹合金,可獲得20%~30%的減重效果。飛行器減重后速度更快、飛距更遠(yuǎn)、精度更高、成本更低,可滿(mǎn)足未來(lái)作戰(zhàn)遠(yuǎn)程投放、快速部署、機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)需要。
鎂鋰合金輕、比剛度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱,可以作為電器殼體和儀表盤(pán),有效減重;優(yōu)異的電磁屏蔽性能以及超輕高強(qiáng)特性,是作為制導(dǎo)部件和控制艙殼體的理想材料;超輕高強(qiáng)特性使之成為尾翼減重的最佳材料
此外,鎂鋰合金還可用于制造導(dǎo)彈尾翼及控制艙殼體、電器電路基板、電控裝備的外殼、陀螺儀,裝甲材料,武器瞄準(zhǔn)裝置,單兵作戰(zhàn)時(shí)攜帶的輕武器和裝備,以及擔(dān)架、彈夾等。
在3C產(chǎn)業(yè):鎂鋰合金具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能,因此采用鎂鋰合金制備3C產(chǎn)品零部件,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)減重效果,還能夠減少電磁干擾,使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更真實(shí)準(zhǔn)確;而其作為殼體材料使用時(shí)還能夠減少電磁對(duì)人體的損害。
日本NEC公司推出全球第一款鎂鋰合金外殼筆記本電腦,僅重800多克,引起了3C產(chǎn)業(yè)的巨大反響,掀起了3C產(chǎn)業(yè)減重、提高性能的高潮。
鎂鋰合金可用于制造筆記本電腦殼體、計(jì)算機(jī)外殼、高端音響振膜、高端手機(jī)/相機(jī)外殼、精密高頻電子用鎂鋰合金板、導(dǎo)線(xiàn)管等。在筆記本液晶屏幕框架、背面殼體、鍵盤(pán)框殼等零件上使用鎂鋰合金,可以在不減少零部件的強(qiáng)度下,減輕整體重量,增加散熱,增加抗沖擊性能;同時(shí)由于鎂鋰合金良好的冷加工性能,可以實(shí)現(xiàn)室溫沖壓成型,減少加工程序,提高效率,保證精度。在投影儀、LED燈等工作時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生高溫的設(shè)備上,鎂鋰合金大的導(dǎo)熱系數(shù)可以有效的將內(nèi)部的散發(fā)到外面。在手機(jī)電話(huà)的殼體上使用鎂鋰合金,可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序,增加外殼金屬質(zhì)感,增加美觀。
投影儀、LED燈零部件 工作時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生高溫,鎂鋰合金大的導(dǎo)熱系數(shù)可以有效的將內(nèi)部的散發(fā)到外面;在手機(jī)電話(huà)的殼體上使用鎂鋰合金,可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序,增加外殼金屬質(zhì)感,增加美觀;用鎂鋰合金制造精密高頻電子用板、導(dǎo)線(xiàn)管可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性和安全性;采用鎂鋰合金制備的高級(jí)音響震動(dòng)薄膜,不僅強(qiáng)度高,而且穩(wěn)定性好、音質(zhì)好。
在其它民用領(lǐng)域:鎂鋰合金還可用于需輕量化、減震、精確、快速定位的機(jī)械裝置或零部件、便攜式工具等。如復(fù)合材料的內(nèi)襯基材,如風(fēng)電葉片的內(nèi)襯、活潑性金屬材料的犧牲陽(yáng)極保護(hù)材料,以及濺射靶材鍍膜材料等。
在賽車(chē)輪轂上使用鎂鋰合金,能夠充分體現(xiàn)鎂鋰合金減重、減震性能,有效減輕汽車(chē)質(zhì)量、降低燃料消耗、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、改善NVH(噪聲、振動(dòng)和沖擊。風(fēng)電葉片的內(nèi)襯使用鎂鋰合金,減輕重量的同時(shí)增加剛性、強(qiáng)度,同時(shí)由于表面有樹(shù)脂材料,不存在腐蝕問(wèn)題。
中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院掌握鎂鋰合金熔鑄與加工關(guān)鍵技術(shù),研制生產(chǎn)出了一系列不同密度和強(qiáng)度的超輕鎂鋰合金,成功研制超輕鎂鋰合金,最輕的鎂鋰合金可以浮在水面上;2010年3月,在國(guó)內(nèi)最先實(shí)現(xiàn)了鎂鋰合金的產(chǎn)業(yè)化,首次向國(guó)內(nèi)用戶(hù)提供鎂鋰合金的擠壓材與軋制板材; 2012年5月,成功制備出大尺寸鑄錠,同年7月成功制備出鎂鋰合金寬厚板,9月生產(chǎn)出寬度>350mm、厚度<1mm、可進(jìn)行室溫沖壓的鎂鋰合金3C產(chǎn)品用薄板;2013年4月,生產(chǎn)出寬度>600mm的板材,大型鍛件;2013年10月,年產(chǎn)100噸的高性能鎂合金生產(chǎn)線(xiàn)即將投產(chǎn),并已向國(guó)內(nèi)外30余家用戶(hù)提供產(chǎn)品或樣品。
責(zé)任編輯:陳巖
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