镁具有比强度、比刚度高,导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。
镁合金的比强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料;比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料;耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380;减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。
镁物理性能:除了比重低,镁还有很多其它的良好的物理特性,使之在汽车结构材料应用中,有时比铝和塑料更有应用价值。镁物理性能的主要优点是:比铝高30倍的减振性能; 比塑料高200倍的导热性能; 其热膨胀性能只有塑料的1/2。
镁机械性能:和压铸铝合金相比,镁除了上述物理性能等优点,还具有较高的机械性能。镁的强度和刚度要明显好于塑料,延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金。
镁加工性能:镁有很好的加工性能,也就是说有很好的铸造性能。和其它材料比,它的制造成本很低,值得重视的是,尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些,但它单位体积的成品价格几乎是一样的。镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3,比热只有铝的3/4,并且有非常低的溶铁性。这些特性使镁压铸件达到和铝几乎相同的生产成本/每公斤。
性能参数
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比重g/cm3
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抗拉强度Mpa
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比强度
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屈服强度Mpa
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延伸率%
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弹性模量Gpa
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比刚度
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导热系数w/mk
|
减震系数
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AZ91D
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1.81
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250
|
138
|
160
|
7
|
45
|
25.86
|
54
|
50
|
A380
|
2.70
|
315
|
116
|
160
|
3
|
71
|
25.9
|
100
|
5
|
碳钢
|
7.86
|
517
|
80
|
400
|
22
|
200
|
24.3
|
42
|
15
|
ABS
|
1.03
|
96
|
93
|
|
60
|
|
|
0.9
|
|
无论是国内还是国外,镁的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域,还有稀土合金、金属还原及其他领域。
由于镁的密度小,比强度高,并能与铝、铜、锌等金属构成高强度合金,因此,镁是重要的合金元素。世界上镁的最大消费领域是作铝合金添加元素。2002年世界主要地区原镁消费中,共用了 14.56万吨镁生产铝合金,占原镁消费总量的40%;我国2003年共用2.1万吨镁作为铝合金添加元素,占消费总量的41%。一般来说,镁与原铝的消费比率约为0.4%。
2002年世界主要地区原镁消费中,压铸占 35%。在镁压铸生产行业中,北美、拉美、西欧用量最多,因为汽车制造业促进了市场对镁需求量的增长。有关统计数字表明,在过去10年里,镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右,而且这种发展趋势还会继续。
欧美、俄罗斯等地区和国家的不少钢厂都采用镁脱硫。2002年世界主要地区原镁消费中,5.73万吨用于炼钢脱硫,占总量的15.70%。我国2003年钢铁脱硫用镁8000吨,占总消费量的15.62%。使用镁粒的脱硫效果比碳化钙好,虽然镁的价格比碳化钙高,但其用量仅为碳化钙的1/6—1/7,镁脱硫总费用较碳化钙经济。一般来说,吨钢消耗镁粒0.4—0.5公斤,脱硫后含硫量0.001—0.005%。
使用镁牺牲阳极进行阴极保护,是一种有效的防止金属腐蚀的方法,镁牺牲阳极具有以下特点:防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。镁牺牲阳极广泛用于石油管道、天燃气、煤气管道和储罐;港口、船舶、海底管线、钻井平台;机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
在人体细胞内,镁是第二重要的阳离子,它能激活体内多种酶抑制神经异常兴奋性,维持核酸结构的稳定性,参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节。近代研究证实,动脉硬化、心脑血管病、高血压、糖尿病、白内障、妇女痛经、骨质疏松、抑郁症均与缺镁有关。镁在医药领域的应用越来越受重视。
2003年中国原镁消费量(单位:万吨)
消费领域
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铝合金
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压铸
|
炼钢脱硫
|
稀土合金
|
金属还原
|
其它
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合计
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消费量
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2.10
|
1.02
|
0.80
|
0.40
|
0.30
|
0.50
|
5.12
|
用镁行业
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北美
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拉美
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西欧
|
亚洲/大洋洲
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非洲与中东
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总量
|
占总消费量%
|
同比%
|
铝合金
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56165
|
4899
|
42943
|
31984
|
9622
|
145613
|
40.00
|
1.96
|
压铸
|
60649
|
4972
|
43602
|
18215
|
365
|
127803
|
35.00
|
17.65
|
炼钢脱硫
|
27697
|
4650
|
21048
|
3650
|
340
|
57385
|
15.70
|
36.83
|
镁合金作为密度最小的金属结构材料之一,广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域(包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等)、3C领域等。
镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求,可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始,镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。
在国外,B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板;喷气式歼击机“洛克希德F-80”的机翼用镁板,使结构零件的数量从 47758个减少到16050个;“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg的变形镁合金;“季斯卡维列尔”卫星中使用了 675kg的变形镁合金;直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。
我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件:一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件;一个零件的重量最重近300kg;一个构件的最大尺寸达2m多。
在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。目前国内需要的板带材不得不从国外进口。
近二十年来,世界汽车产量持续增长,年均增长率为2.5%。汽车工业发展程度是一个国家发达程度的重要标志之一,而金属材料是汽车工业发展的重要基础。出于节能与环保的要求,汽车设计专家们想方设法减轻汽车体重,以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。镁合金作为最轻的结构材料,能满足日益严格的节能的尾气排放的要求;可生产出重量轻、耗油少、环保型的新型汽车。镁合金汽车零件的好处可简单归纳为:
密度小,可减轻整车重量,间接减少燃油消耗量; 镁的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷;
镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工,废品率低;
镁具有良好的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。
镁合金在汽车上用作零部件的历史约有70年。早在1930年就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱,之后用量和应用部位逐渐增加。六十年代在有的车种上用量达到23千克,主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等。八十年代初,由于采用新工艺,严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量,镁合金的耐蚀性得到了解决,同时,成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从九十年代开始,欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。
镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里,其年增长速度超过15%。在欧洲,已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车,每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。乐观的估计认为,出于减重的需求,每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。
目前,汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。
地区
|
1991
|
1992
|
1993
|
1994
|
1995
|
1996
|
1997
|
1998
|
1999
|
2000
|
北美
|
1.23
|
1.72
|
2.02
|
2.60
|
3.63
|
4.75
|
5.16
|
5.93
|
6.82
|
7.85
|
欧洲
|
0.63
|
0.64
|
0.54
|
0.64
|
0.74
|
1.06
|
1.34
|
1.68
|
2.20
|
2.61
|
日本
|
0.15
|
0.14
|
0.18
|
0.30
|
0.50
|
0.68
|
0.91
|
1.23
|
1.66
|
2.24
|
其它
|
0.50
|
0.49
|
0.50
|
0.50
|
0.52
|
0.54
|
0.56
|
0.60
|
0.66
|
0.73
|
合计
|
2.51
|
2.99
|
3.24
|
4.04
|
5.39
|
7.03
|
7.97
|
9.44
|
11.34
|
13.43
|