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镁合金:未来的道路交通运输材料
作者:管理员时间:2016-06-24浏览:483

使用低密度材料来制造交通工具,具有提高燃料效率和减少有害气体排放的优点。例如,将汽车结构组件的材料由碳钢改为镁合金、铝合金或是聚合物基复合材料。但是,受力学性能和耐腐蚀能力的限制,镁合金在汽车和航空航天工业的应用并不广泛。相反,镁合金往往用于运动器械(如高尔夫球杆、自行车配件)和个人电子设备(如手机、笔记本电脑)。因此,提高镁合金的耐腐蚀性、强度和成型性能成为推广镁合金应用的首要任务。

尽管材料的选择需要衡量诸多因素:价格、耐用性、可靠性、便于批量生产。但这些性质往往不能兼得,例如:提高镁合金的耐腐蚀性往往意味着降低其强度。但是,最近《自然》杂志上就刊登了这样一种改良镁合金,其强度、刚度、延展性和耐腐蚀性在原有基础上均有提高。

改良的关键在于,向镁合金中加入原子数百分含量约为30%的锂。新型镁合金的密度为1.4g/cm2,比传统的镁合金轻22%。新型镁合金的结构为体心立方,而传统镁合金为六方密堆。体心立方中的原子发生滑移的可能性更大,从而提高了材料的延展性。研究人员通过挤压成型、热处理、水淬、冷轧等工序制备出低密度含锂镁合金。冷轧工艺提高了镁合金失效应力,但不减少其硬度。研究人员通过控制富铝区和富锂区的结构实现这一突破。

镁合金的耐腐蚀性尤为重要。镁和锂的化学性质活泼,甚至能与水发生反应。通过适当的热化学处理,研究人员将含锂镁合金发生腐蚀概率降到最低。众所周知,不锈钢上易形成氧化铬薄膜、铝合金上易形成氧化铝薄膜,从而阻隔外界化学环境,保护合金。尽管镁并不能自发形成类似的保护膜。但是,锂和空气中的二氧化碳化合将形成碳酸锂薄膜。而合金中分布的富锂区将有助于碳酸锂薄膜的形成。另一方面,由于合金中不存在粗相晶粒或金属键化合物,电偶腐蚀的概率大大提高。

电偶腐蚀是指由于腐蚀电位不同,造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀现象。要想让镁合金在交通运输、建筑行业中广泛应用,就必须降低其受到电偶腐蚀的可能性,仅靠碳酸锂薄膜是远远不够的。因此,研究人员还开发出一种多层防护涂料,该涂料经化学浴浸泡而形成,将起到暂时性防腐保护的作用,类似于汽车的防刮玻璃。

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