当前镁合金出现四个研究热点
2001-09-19 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
近年来，镁合金的研究和应用领域不断的拓宽，国内外掀起了一股新的研究和开发热潮。据有关专家在近日召开的“２００１年全国镁业年会暨第四届行业信息交流会”上介绍，目前镁合金的研究热点主要集中在非晶态镁合金、镁基复合材料、高强耐热稀土镁合金和其它一些功能材料４个方面。
１、非晶态镁合金
非晶态镁合金在力学性能、抗腐蚀性、储氢性能等方面都有许多独特的优点，是一种很有发展前途的新型材料。
目前，已经开发出的非晶态镁合金有Ｍｇ－Ｚｎ、Ｍｇ－Ｃｕ、Ｍｇ－Ｌｎ、Ｍｇ－Ｎｉ、Ｍｇ－Ｃａ等二元体系，以及Ｍｇ－Ｌｎ－ＴＭ、Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃａ、Ｍｇ－Ｙ－Ａ１、Ｍｇ－Ｙ－Ｃｕ、Ｍｇ－Ｃａ－Ａ１、Ｍｇ－Ｚｎ－Ａ１、Ｍｇ－Ａ１、Ｇａ等三元体系。其中，Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃａ三元非晶合金的最高极限抗拉强度可达１１５０Ｍｐａ，比强度达６００ＭＰａｃ立方米／ｇ，这是已报道的金属材料中最高比强度值。
非晶态镁合金还具有良好的抗腐蚀性。Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５非晶合金的抗腐蚀性比晶态Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５合金有很大的提高。非晶化有可能成为改变镁合金抗腐蚀性的重要方法。
镁的储氢能力非常之大，镁与镍的化合物Ｍｇ２Ｎｉ，是一种最有前途的蓄电池阳极材料。纯镁氢化物ＭｇＨ２是唯一一种可供工业利用的二元氢化物。它价格便宜，密度小，有最大的储氢量。不足之处是氢吸放动力学性能差（释放温度高，反应速度慢，氢化困难）。非晶态镁合金表现出良好的储氢特性。非晶Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃｒ合金的氢化速度和分解速度均得到明显改善，克服了晶态Ｍｇ和ＭｇＮｉ储氢材料的缺点，增加了储氢能力、降低了放氢温度、加快了吸／放氢速度。
镁系吸氢合金的潜在应用在于可有效利用２５０－４００度的工业废热，工业废热提供氢化物分解所需的热量。随着无污染能源氢气的开发与广泛应用，必将引起人们对非晶镁合金的更大重视。
Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５被认为是最容易得到非晶态结构的材料，具有最宽的过冷液相区，△Ｔｘ＝６１Ｋ，其制成的非晶态样品最大厚度可达４ｍｍ，有可能成为新一代的高强度镁基材料。
采用压铸法可以制造厚度小于７ｍｍ的大块非晶态合金，这些大块非晶态合金具有超过６００Ｍｐａ的抗拉强度。
此外，利用镁合金非晶化特性开发超导功能材料、纳米材料等方面也将有着很大的潜力。
目前，非晶镁合金存在的主要问题是，材料的脆性、自然时效敏感性、热稳定性，以及大块非晶的制备技术等。
２、镁基复合材料
非连续物增强镁基复合材料以其低密度、高强度、高刚度、良好的尺寸稳定性和优良的工艺性能，成为现今高技术领域中最有希望采用的一种复合材料。如美国的Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａ１ Ｃｏ．和Ｔｅｃｈｎｉｃａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｌａｕｓｔｈａｌ利用镁基复合材料制造螺旋浆、导弹尾翼等。
近几年来，随着高强镁合金的不断出现，镁基复合材料可选的基体合金种类不断增多，这对复合材料的发展是个非常有利的条件。复合材料的基体与增强相的界面问题是影响其性能的关键，通过调整基体成分、改变增强相的种类、改变增强相的表面状态等来提高复合材料的强度一直是镁基复合材料研究领域的热点
问题。
最近日本研制成功了新型Ｍｇ－Ｙ－Ｍｍ系合金，这是一种纳米组Ｍｇ２４Ｙ２５小颗粒弥散增强ＭｇＹＭｍ合金基体的含稀土纳米复合材料。
关于镁基纳米复合材料的研究目前才刚刚开始，专家认为镁基复合材料在纳米微观领域也将存在巨大的潜力。
３、高强耐热稀土镁合金
镁合金高温性能的提高对拓宽其应用领域，尤其是在航空和航天方面进一步增加镁合金的应用范围，具有十分重要的意义。
镁与稀土元素Ｙ、Ｎｄ、和Ｃｅ等形成的化合物Ｍｇ１２Ｎｄ、Ｍｇ１２Ｃｅ和Ｍｇ１１ＮｄＹ２等在高温极其稳定，可大幅度地提高镁合金的抗蠕变性能。镁对稀土元素Ｙ、Ｎｄ具有很高的固溶度（Ｙ：１２．５ｗｔ％，Ｎｄ：３ｗｔ％）。稀土镁合金经固溶处理后，Ｍｇ－Ｒｅ化合物可全部溶入基体中，在时效过程中将经历“ＧＰ＂区、中间过渡相β＂、β最后转变为稳定相β－Ｍｇ１２Ｎｄ或βＭｇ１１ＮｄＹ２等。稀土镁合金表现出同铝合金同样的时效硬化特征，可以进一步改善镁合金的室温和高温机械性能。
稀土与镁形成低熔点共晶体，合金的流动性增加，缩松、热裂倾向减少。
使用稀土元素和Ｚｒ作为晶粒细化剂，是抗蠕变镁合金发展的基础。目前，国外已开发了一系列的商业化稀土镁合金。
４、硼化镁超导材料
２００１年１月日本学者宣布发现硼化镁具有超导现象之后，引起全世界超导专家的极大关注，并迅速投入到对这种化合物的研究工作中。
与其它的更复杂的高温超导材料相比，硼化镁相对较便宜，易于获得，有望在磁振动成像设备、更有效的电力传输线路及各种各样的电子设备上得到应用。这种材料非常轻，也不象高溻超导体－铜的氧化物那样难以加工。制备方法可采取多种形式，如采用镁粉与硼粉混合烧结，合成硼化镁粉末。
目前，围绕这种材料的制备、超导机理等方面的研究工作正在运行，有可能又开辟了一片应用镁的新天地。
１、非晶态镁合金
非晶态镁合金在力学性能、抗腐蚀性、储氢性能等方面都有许多独特的优点，是一种很有发展前途的新型材料。
目前，已经开发出的非晶态镁合金有Ｍｇ－Ｚｎ、Ｍｇ－Ｃｕ、Ｍｇ－Ｌｎ、Ｍｇ－Ｎｉ、Ｍｇ－Ｃａ等二元体系，以及Ｍｇ－Ｌｎ－ＴＭ、Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃａ、Ｍｇ－Ｙ－Ａ１、Ｍｇ－Ｙ－Ｃｕ、Ｍｇ－Ｃａ－Ａ１、Ｍｇ－Ｚｎ－Ａ１、Ｍｇ－Ａ１、Ｇａ等三元体系。其中，Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃａ三元非晶合金的最高极限抗拉强度可达１１５０Ｍｐａ，比强度达６００ＭＰａｃ立方米／ｇ，这是已报道的金属材料中最高比强度值。
非晶态镁合金还具有良好的抗腐蚀性。Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５非晶合金的抗腐蚀性比晶态Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５合金有很大的提高。非晶化有可能成为改变镁合金抗腐蚀性的重要方法。
镁的储氢能力非常之大，镁与镍的化合物Ｍｇ２Ｎｉ，是一种最有前途的蓄电池阳极材料。纯镁氢化物ＭｇＨ２是唯一一种可供工业利用的二元氢化物。它价格便宜，密度小，有最大的储氢量。不足之处是氢吸放动力学性能差（释放温度高，反应速度慢，氢化困难）。非晶态镁合金表现出良好的储氢特性。非晶Ｍｇ－Ｎｉ－Ｃｒ合金的氢化速度和分解速度均得到明显改善，克服了晶态Ｍｇ和ＭｇＮｉ储氢材料的缺点，增加了储氢能力、降低了放氢温度、加快了吸／放氢速度。
镁系吸氢合金的潜在应用在于可有效利用２５０－４００度的工业废热，工业废热提供氢化物分解所需的热量。随着无污染能源氢气的开发与广泛应用，必将引起人们对非晶镁合金的更大重视。
Ｍｇ６５Ｙ１０Ｃｕ２５被认为是最容易得到非晶态结构的材料，具有最宽的过冷液相区，△Ｔｘ＝６１Ｋ，其制成的非晶态样品最大厚度可达４ｍｍ，有可能成为新一代的高强度镁基材料。
采用压铸法可以制造厚度小于７ｍｍ的大块非晶态合金，这些大块非晶态合金具有超过６００Ｍｐａ的抗拉强度。
此外，利用镁合金非晶化特性开发超导功能材料、纳米材料等方面也将有着很大的潜力。
目前，非晶镁合金存在的主要问题是，材料的脆性、自然时效敏感性、热稳定性，以及大块非晶的制备技术等。
２、镁基复合材料
非连续物增强镁基复合材料以其低密度、高强度、高刚度、良好的尺寸稳定性和优良的工艺性能，成为现今高技术领域中最有希望采用的一种复合材料。如美国的Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａ１ Ｃｏ．和Ｔｅｃｈｎｉｃａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｌａｕｓｔｈａｌ利用镁基复合材料制造螺旋浆、导弹尾翼等。
近几年来，随着高强镁合金的不断出现，镁基复合材料可选的基体合金种类不断增多，这对复合材料的发展是个非常有利的条件。复合材料的基体与增强相的界面问题是影响其性能的关键，通过调整基体成分、改变增强相的种类、改变增强相的表面状态等来提高复合材料的强度一直是镁基复合材料研究领域的热点
问题。
最近日本研制成功了新型Ｍｇ－Ｙ－Ｍｍ系合金，这是一种纳米组Ｍｇ２４Ｙ２５小颗粒弥散增强ＭｇＹＭｍ合金基体的含稀土纳米复合材料。
关于镁基纳米复合材料的研究目前才刚刚开始，专家认为镁基复合材料在纳米微观领域也将存在巨大的潜力。
３、高强耐热稀土镁合金
镁合金高温性能的提高对拓宽其应用领域，尤其是在航空和航天方面进一步增加镁合金的应用范围，具有十分重要的意义。
镁与稀土元素Ｙ、Ｎｄ、和Ｃｅ等形成的化合物Ｍｇ１２Ｎｄ、Ｍｇ１２Ｃｅ和Ｍｇ１１ＮｄＹ２等在高温极其稳定，可大幅度地提高镁合金的抗蠕变性能。镁对稀土元素Ｙ、Ｎｄ具有很高的固溶度（Ｙ：１２．５ｗｔ％，Ｎｄ：３ｗｔ％）。稀土镁合金经固溶处理后，Ｍｇ－Ｒｅ化合物可全部溶入基体中，在时效过程中将经历“ＧＰ＂区、中间过渡相β＂、β最后转变为稳定相β－Ｍｇ１２Ｎｄ或βＭｇ１１ＮｄＹ２等。稀土镁合金表现出同铝合金同样的时效硬化特征，可以进一步改善镁合金的室温和高温机械性能。
稀土与镁形成低熔点共晶体，合金的流动性增加，缩松、热裂倾向减少。
使用稀土元素和Ｚｒ作为晶粒细化剂，是抗蠕变镁合金发展的基础。目前，国外已开发了一系列的商业化稀土镁合金。
４、硼化镁超导材料
２００１年１月日本学者宣布发现硼化镁具有超导现象之后，引起全世界超导专家的极大关注，并迅速投入到对这种化合物的研究工作中。
与其它的更复杂的高温超导材料相比，硼化镁相对较便宜，易于获得，有望在磁振动成像设备、更有效的电力传输线路及各种各样的电子设备上得到应用。这种材料非常轻，也不象高溻超导体－铜的氧化物那样难以加工。制备方法可采取多种形式，如采用镁粉与硼粉混合烧结，合成硼化镁粉末。
目前，围绕这种材料的制备、超导机理等方面的研究工作正在运行，有可能又开辟了一片应用镁的新天地。
