搜索我國科學家研制出世界上最輕金屬結構材料——新型鎂鋰合金
2017-03-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
西安交通大學教授柴東朗及團隊研制的新型鎂鋰合金,經過實際應用,具有超輕、高比強度、減震等特性,成為目前世界上最輕的金屬結構材料。這是近日媒體關注的一大新聞。
▲柴東朗(右)在給研究生講解鎂鋰合金的加工特性。(西安交大供圖)
2016年12月22日,我國成功發射的首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星中的高分辨率微納衛星,幾乎整顆都用了這種新型鎂鋰合金材料替代鋁合金結構材料,大大減輕了自身的結構重量,有效載荷得到顯著提高。
▲CO2 探測儀初樣照片
▌最為綠色環保的革命性材料
鎂鋰合金是金屬結構材料中密度最低、最輕的特殊合金,被業內稱為“超輕合金”。最輕的可以漂在水上,成為“水上漂浮”合金,用于制造航空航天器結構零件。
鎂、鋰的密度分別為1.73克/立方厘米、0.53克/立方厘米,這種新型鎂鋰合金是通過在金屬鎂中添加鋰元素,并附加少量其他合金元素,具備低密度、高比剛度、高比強度的優異力學性能,以及減震、消噪的高阻尼性能和抗輻射、抗電磁干擾性能。
“鎂鋰合金是鎂合金發展的一個突破點,處于鎂合金發展的技術前沿,被稱為未來最為綠色環保的革命性材料。”柴東朗介紹,鎂合金是金屬鎂加上其他金屬元素組成的合金,被譽為“21世紀綠色金屬結構材料”,而鎂鋰合金是鎂合金的一種,具有比普通鎂合金更低的密度,是航空航天最有前途的材料。我國鎂資源占全球60%以上,原鎂的產量占全球70%。我國航空航天的主體材料目前是鋁合金。
“1立方米的鋁重2.8噸,1立方米的鎂重1.78噸,而1立方米的鎂鋰合金僅重1.3噸至1.6噸,減重效果明顯。”柴東朗說,他們研制的新型鎂鋰合金,“同樣大小,重量只有鋁合金的一半,但比強度高于鋁合金。與鋁合金相比,它能減重40%-50%,與一般鎂合金相比,能減重20%-30%。”其阻尼性能優異,其衰減系數是鋁合金的十幾倍,減震降噪效果好,在屏蔽電磁干擾方面表現突出,填補了我國新材料方面的一項空白。
陜西省國防科工辦組織的專家鑒定委員會一致認為:新型鎂鋰合金材料具有低密度、高比強度、高塑性等特點,是當今世界上最輕的金屬結構材料,可部分替代目前應用于航空、航天領域的鋁材及其他鋁合金材料,在航空、航天、軍工、民用等領域具有廣泛的應用前景。總體技術水平達到國內領先、國際先進水平。
柴東朗及團隊研制的鎂鋰合金材料除應用于高分微納衛星外,最早在2015年9月25日我國成功發射的“浦江一號”衛星上使用,這是中國衛星首次使用鎂鋰合金材料。
▌總體技術達到國內領先、國際先進水平
隨著全球國防科技工業的快速發展,各國紛紛大力開發高性能輕質結構材料,對火箭、導彈、衛星、戰機等實施減重,空間飛行器對重量的“敏感度”已進入“克克計較”時代。業內人士有句口頭禪:“衛星重量減少一克,等于節約了一克黃金!”近年來,柴東朗及團隊積極探索產學研發展之路,推動成果從實驗室走向規模化生產。
2010年9月,西安交大與民營高新技術企業——西安四方超輕材料有限公司 (以下簡稱四方公司),聯合在西安閻良國家航空高技術產業基地,建起中國第一條鎂鋰合金生產線,輕質高強度鎂鋰合金材料產業化項目當年投產。項目已列入陜西省新材料產業發展專項規劃,國家工信部重點產業振興項目。
以四方公司為依托,陜西省在閻良建起鎂鋰合金工程研究中心,柴東朗擔任中心主任。如今,鎂鋰合金超輕材料已實現批量化生產,可年產100噸,產值達1.5億元。
四方公司副總經理張正松告訴記者,經過多年的產學研攻關,他們已在冶煉工藝、質量控制、表面處理、機械加工等方面取得突破性成果,已研制出3個牌號具有自主知識產權的鎂鋰合金 (鑒于強度要求,其密度為1.36克-1.64克/立方厘米),總體技術處于國內領先、國際先進水平。我國首個鎂鋰合金材料國家標準——《鎂鋰合金鑄錠》 也在這里誕生。
柴東朗及團隊近期又開發出另一種新型鎂鋰合金。“這種鎂鋰合金較前者密度更低、比強度更高、用途更廣泛,正處于批量化生產前的中試階段。”柴東朗說。他們還研制了一種表面處理新技術,能使鎂合金和鎂鋰合金的表面具有優良的耐磨性和抗蝕性,已實際應用,該技術目前尚未見有文獻報道。
▌便攜性、輕量化、環保型產品將步入百姓生活
據了解,鎂鋰合金是制造輕量化零部件的最佳材料,未來的應用會越來越廣泛,便攜性、輕量化、環保型的產品將進入人們的生活,部分先進的電子產品已開始采用鎂鋰合金。
柴東朗說:“鎂鋰合金在電子產品、醫療器械、戶外器材等領域有著廣泛用途,如筆記本電腦、手機、攝像機、照相機的外殼等,都要求輕型化。民用領域產品的研發,將是我們后期的主要方向。”
“鎂合金已進入汽車制造領域,運用于方向盤、儀表盤等;醫用鎂合金也已開始研制,將來可用來做假肢。”張正松介紹,此外,如通訊基站、散熱片、照相機三腳架等,用鎂鋰合金制造的話,能減輕很多重量。
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來源:中國科學院、國際金屬在線
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