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鎂合金產業發展報告

鎂合金產業發展報告

鎂合金產業發展報告

  隨著現代科技的不斷發展,金屬材料的消耗與日俱增,金屬礦產資源逐漸趨于枯竭。鎂是地球上儲量最豐富的元素之一,在地殼表層金屬礦的資源含量為2.3%,位居常用金屬的第4 位,此外在鹽湖及海洋中鎂的含量也十分可觀,如海水中鎂含量達2.1×1015 噸。在很多金屬趨于枯竭的今天,加速開發鎂金屬材料是實現可持續發展的重要措施之一。由國際著名鎂合金專家聯合撰寫的“鎂基合金”(師昌緒、柯俊、R.W 卡恩主編《材料科學與技術》叢書第8 卷)一文指出:“在材料領域中,還沒有任何材料像鎂那樣潛力與現實有如此大的顛倒。
 
  鎂合金密度低,是實際應用中最輕的金屬結構材料,具有比強度和比剛度高、電磁屏蔽效果好、抗震減震能力強、易于機加工成形和易于回收再利用等優點,在航空、航天、汽車、3C產品以及軍工等領域具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力,從而引起了許多國家的政府、企業和研究機構對鎂合金及其成形技術的高度重視,投入了大量人力、財力進行開發研究,并取得了一定的效果。
 
  隨著“綠色,環保,可持續”的世界發展的主旋律,以輕質和可回收使用為應用特點的鎂合金,日益成為現代工業產品的理想材料,其市場需求也一直呈現穩定增長的趨勢?,F代科技和相關產業技術的發展,各國對鎂合金應用的推廣,不僅消除了人們對使用鎂合金的疑慮,而且使其各項獨特優點更加完美,應用范圍迅速擴展,特別是汽車零部件的大量應用,電訊產品向輕、薄、短、小方向發展,以及相關行業的密切合作與技術整合,更使這種新興材料的市場發展呈現極為樂觀的前景。
 
  鎂的定義
 
  1828年被發現的銀白色輕金屬,無磁性。原子序數12,化學代號為Mg,電子結構為2-8-2,為六方最密堆積晶體結構。熔點(M.P)為650℃,沸點(B.P)為1107℃(2024.6°F)。為地殼第六豐富之金屬元素,為海水中排名第三之金屬元素,也為地表含量第三之常用金屬元素。工業生產鎂始于1886年的德國,1990年全世界生產235萬公噸。最主要的用途為:鋁合金元素添加,鋼鐵脫硫及除氧劑,以及制造鎂合金。
 
  鎂的合金元素
 
  最常見的合金元素為鋁(Al)、鋅(Zn)、錳(Mn)。合金的基本原理如下:
 
  鋁(A):添加3-10%時其硬度與強度隨添加比例增加。鎂鑄件含5~10%Al時對熱處理有較佳之響應。
 
  錳(M):添加少量可改善腐蝕抗,對機械性質效應極少。
 
  鋅(Z):最多達3%,可改善強度與鹽水腐蝕。Mg-Zn-Zr合金可含6%的鋅,以提供高強度與良好延展性。
 
  稀土元素(RE)或釷(Th):中高溫強度需求時添加,合金中通常并含鋅與鋯,如EZ33A-T5,HK31A-T6。
 
  銀(Ag):若高溫強度需求時添加,同時可添加稀土元素(RE)、釷(Th)與鋯(Zr),如QE22A-T6。
 
  鎂合金分類
 
  鎂合金可分為鑄造鎂合金及變形鎂合金,可細分為Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-Mn系、Mg-Li系、Mg-RE系、Mg-Th系等。按合金組元不同分為AZ系(Mg-Al-Zn-Mn)、AM 系(Mg-Al-Mn)、AS系(Mg-Al-Si-Mn)、AE系(Mg-Al-RE)、ZK系(Mg-Zn-Zr)、ZE系(Mg-Zn-RE)等。我國早期的鎂合金牌號為鑄造鎂合金(ZM)、變形鎂合金(MB)、壓鑄鎂合金(YM)和航空鎂合金等。我國鑄造鎂合金牌號ZM1~7、ZM10 等,早期變形鎂合金牌號MB1~3、MB5~8、MB102010-6-22等。
 
  鎂合金特性
 
  鎂合金的下列獨特優點使這顆材料領域的新星更加熣燦:
 
  1、重量輕:在同等剛性條件下,一磅鎂的堅固程度等同于1.8磅的鋁和2.1磅的鋼。同時,鎂能制出與鋁同樣復雜的零件但重量僅較后者輕三分之一。上述特性對于現代一些手提類產品是至關重要的。而對于車輛,這一特性將顯著地減少其啟動慣性,并節省燃料消耗。
 
  2、吸震性能高:鎂有極好的滯彈吸震性能,可吸收振動和噪音,這對用作設備機殼減小噪音傳遞,和提供防沖擊與防凹陷損壞是十分重要的。
 
  3、尺寸穩定性:這是鎂的特點之一。當它從模具中取出時,產品只有很小的殘余鑄造應力,因此,它無需退火和去應力處理的必要。而在加載情況下,這種金屬也能呈現很好的抗蠕變特性。例如,AM壓鑄件在超過120℃條件下承受100小時,只有0.1%~0.5%的總伸長。
 
  4、自動化生產能力和高的模具壽命:由于熔融的鎂不會與鋼起反應,這使得它更易于實現在熱室壓鑄機中進行自動生產操作,同時也延長了鋼制模具的壽命。與鋁的壓鑄相比,鎂鑄造模具壽命可比前者高出2~3倍,通??删S持20萬次以上的壓鑄操作。
 
  5、良好的鑄造性能:在保持良好的結構條件下,鎂允許鑄件壁厚小至0.6mm。這是塑料制品在相同強度下,無法達到的壁厚。至于鋁合金也要在1.2~1.5mm范圍下,才可以和鎂相比。另外,鎂合金在長時間使用及溫度升高不會產生組織變化,低溫(-10℃以下)時,亦無脆裂問題。
 
  6、高的模鑄生產率:與鋁相比,鎂有更低的單位體積熱含量,這意味著它在模具內能更快凝固。一般說來,其生產率比鋁壓鑄高出40~50%,最高時可達到壓鑄鋁的兩倍。
 
  7、良好的切削性能:鎂比鋁和鋅有更好的加工及切削特性,這促使鎂成為最易切削加工的金屬材料。
 
  8、可回收再用:鎂合金材料取得不虞匱乏,自海水即可提煉,不會有原料不易取得之問題。另外,鎂合金不良品可完全回收再提煉,并作為AZ91D、AM50或AM60的二次材料進行鑄造。由于壓鑄件的需求不斷提高,可回收再用的能力是非常重要的。這符合環保的要求,使得鎂合金比許多塑料材料更具吸引力。
 
  9、高散熱性:鎂合金有高散熱性能,適合現今設計密集的電子產品。鎂合金熱傳導性比一般結構金屬的要好,可供熱源快速的分散。筆記型計算機一旦過熱便易使系統不穩,目前的散熱方式是在工程塑料外殼內,以熱管導開熱源、加裝鰭狀熱片,或風扇做強制對流等,故熱傳導能力為塑料150倍以上的鎂鋁合金,是未來高級筆記本電腦的最佳選擇。
 
  10、高電磁干擾屏障:鎂合金有良好的阻隔電磁波功能,適合現今發出電磁干擾的電子產品。例如NB用工程塑料外殼不具電磁屏蔽功能,需加裝如鎳或銅的電磁波吸收物質,才能使外殼具防電磁波功能。加裝吸收物質的工程塑料,在數百MHZ的CPU工作頻率的吸收能力為55db,而鎂鋁合金的吸收程度可達全頻率范圍100db 以上,可謂完全吸收,不需再有其它防范措施,因此可大幅降低成本。另外,鎂合金也可對行動電話所發射的電磁波做有效的阻隔,將可降低電磁波對人腦的影響。
 
  11、其它特性:除上述主要特性外,鎂合金還具有長期使用條件下的良好抗疲勞,以及低的裂紋傾向,和無毒、無磁性等一些特點。
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