丁文江:镁与镁合金腐蚀可控即为利

http://www.pf.hc360.com2015年03月01日09:56 来源:互联网T|T

    慧聪表面处理网讯:我国每年因金属材料腐蚀造成的损失高达5000亿元,约占国民生产总值的5%.说到腐蚀,人们首先想到的是如何进行防护,而丁文江院士却给了我们一个新的认识:腐蚀并不一定是坏事,在有些领域,材料的腐蚀反而大有裨益。比如在生物材料领域,由于镁及其合金容易腐蚀,在人体内可以完全降解,通过正常代谢排出体外,如果对镁的腐蚀控制得当,可以解决诸如医用金属植入材料需要再次手术取出等方面的问题。腐蚀的利弊,在于其是否得到合理的控制。

    中国工程院院士丁文江教授长期从事先进镁合金材料及加工方面的研究,丁院士将会向大家介绍了镁与镁合金的知识、应用研究及腐蚀问题。

    镁与铝:性相近合金相远

    镁和铝都是在19世纪被发现的。1808年,英国戴维用钾还原氧化镁制得了金属镁。1827年,德国化学家维勒用金属钾还原无水氯化铝,制备出了较纯的铝。镁和铝在元素周期表中处于相邻位置,化学特性相近,镁在铝的前一位,比铝更活泼。全世界大概有400种铝合金,而镁合金却不超过30种。“原因是镁的耐腐蚀性能不好。”丁院士说。

    “镁和铝都是活泼金属,空气中易与氧气发生化学反应,在其表面生成一层的氧化膜。铝表面形成的氧化铝薄膜是致密的,可以保护内层金属不被继续氧化,而镁表面形成的氧化镁薄膜是疏松的,阻止不了继续氧化,导致镁极易被腐蚀。”丁院士接着说。

    镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金,它的腐蚀实质上是镁被氧化成氧化镁或氢氧化镁的电化学和化学过程。镁的腐蚀过程是自发的、极易发生的,且是不可逆的。

    比重小:镁合金的最大优势

    材料分为结构材料和功能材料。丁院士介绍说:“镁在实用金属结构材料中是比重最小的(密度为约为铝的2/3,钢的1/4),它最大优点的就是轻,主要用于航空航天、高铁汽车等领域。在这些领域中,材料的轻量化可以减少对能源的消耗,有利于环保。”

    以汽车为例,根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100kg,每百公里油耗可减少0.7L左右,每节约1L燃料可减少CO2排放2.5g,年排放量减少30%以上。减轻汽车重量对环境和能源的影响,轻量化其是必然趋势。

    常规镁合金的燃点仅为540-600℃,远低于镁合金的熔点,导致其易燃而生产困难。丁院士带领科研团队在国际上较早地开展了阻燃镁合金的研究,让镁合金燃点提高至935℃以上,改变传统镁合金需要进行熔剂等特殊保护的局限,实现了大气中无保护的镁合金熔炼与生产,该技术已应用于电子产品外壳和汽车变速箱等产品批量生产。常规的镁合金强度低,承力比较差,难以应用到承力要求比较高的方面。丁院士团队采用稀土与锌固溶时效强化和锆细化的方法,发明了一种兼具高强度和高韧性的铸造镁合金(JDM1),可以应用到汽车轮毂、缸体、发动机支架等传统镁合金难以应用的承力结构上,有利于汽车的轻量化。

    “3C产品的外壳如手机及电脑,它们的枝撑框架和背面的壳体上使用镁合金,不仅减轻了移动设备的重量,外观及触摸质感也非常好。”丁院士表示。

责任编辑:郑必佳

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