多年來,鎂合金的應用曾受到三種疑慮的影響:其一為成本高(原料貴及回收再利用費貴);其二為易腐蝕;其三為高易燃易爆性。
事實上,熔化鎂所消耗的能量雖大于熔化鋅,但卻小于熔化鋁。而當今的無助劑熔鎂技術和添加硫氟化物(SF6)技術,已能控制使熔化鎂時的耗損減至最低。同時鎂合金的良好切削性能和可控制的極小壓鑄誤差,以及很高的壓鑄生產(chǎn)率,都使得鎂的應用成本大為下降。
鎂合金制件的腐蝕問題,已借助添加墊片等簡易技術及新型表面處理技術得以解決。 鎂的易燃問題亦已通過各種措施得到解決,實際上,鎂鑄件并不像鎂粉那樣存在易燃問題,對于熔融狀態(tài)的鎂合金件或在高速切削時的高燃燃性也早已有了相應措施。
因此,上述疑慮在當今技術條件下不必過度擔心,而鎂合金的下列獨特優(yōu)點卻使這顆材料領域的新星更加熣燦。
鎂合金對比其他合金的優(yōu)勢
大眾車友接觸得最多的自行車材料就是鋁合金。
而現(xiàn)實是,我國鋁資源礦石總儲量只占世界的2.96%,位居世界第九,每年均需大量進口。
據(jù)估算,照目前的發(fā)展速度,大概在十年以內(nèi),國內(nèi)鋁礦石資源就會枯竭。那么在鋁資源枯竭的情況下我們要找哪種材料來替代?鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一,而我國是世界上鎂資源最為豐富的國家之一,鎂資源礦石總儲量占世界的21.7%,居世界第一,也是鎂資源出口的第一大國。
鎂的密度僅為1.74g/cm3,約為鋁的2/3、鈦的2/5、鐵的1/4。鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金,鎂合金比鋁合金輕36%、比鋅合金輕73%、比鋼輕77%[1]。鎂合金的延伸率和沖擊抗力則明顯好于壓鑄鋁合金。
在這里特別解釋一下彈性模量,它是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度。在一定載荷作用下的物體,彈性模量越低,彈性模量變形相對越大,剛度越小,材料易發(fā)生變形柔性越好;彈性模量越高,材料發(fā)生彈性模量變形相對越小,剛度大,材料不易變形,脆性越強。
鎂合金具有極高的壓鑄生產(chǎn)率。
由此可知:壓鑄鎂合金與壓鑄鋁合金和壓鑄鋅合金一樣,具有良好的流動性;其結晶潛熱和熱導率低于A380,凝固區(qū)間比A380大。因此,壓鑄鎂合金具有良好的充型能力,充型后凝固速度較快,對壓鑄型的熱沖擊較小,可用于壓鑄薄壁件而不會出現(xiàn)熱裂和欠鑄等缺陷,并減輕壓鑄型的熱疲勞現(xiàn)象,延長壓鑄型的使用壽命,縮短壓鑄件的留型時間,壓鑄生產(chǎn)速率比鋁合金快約75%。
除了上述特點,鎂合金的優(yōu)勢還體現(xiàn)在散熱好和耐有機物和堿的腐蝕性能好,與純鎂的易燃、自爆、不穩(wěn)定、活性強的特性完全不同。
鎂合金對比碳纖材料的優(yōu)勢
現(xiàn)在在自行車材料領域,除了討論合金,就是討論碳纖維,大家都知道同樣的重量下碳纖維的強度要比普通的金屬高出許多,但相對高昂的價格為其制造了一定的門檻。
據(jù)自行車制造業(yè)內(nèi)人士介紹,碳纖維,畢竟工藝中的手工成分多,不如鎂合金那么適合大批量生產(chǎn),因此它需要花費的成本就比較大,時間就比較長,對工藝的要求也比較高。這些因素直接影響成品的價格,也就讓最終端的消費者要花更多的錢。
另一方面,環(huán)保是當今各行各業(yè)重視的話題,而碳纖維對環(huán)境的破壞是可觀的。2010年時豐田汽車發(fā)布的一項研究表明,碳纖維的原材料處理階段,會產(chǎn)生大量的廢氣污水,而加工過程要排放更多的二氧化碳,同時其生產(chǎn)過程有可能導致工人的各種呼吸道疾病和皮膚病。碳纖維產(chǎn)品被丟棄后,將在土壤和水里存在非常久的時間,降解難度非常大,進一步對地球造成污染。所以,碳纖維是否是合適的綠色材料,還是個未知數(shù)。
而鎂合金是二十一世紀新興的環(huán)保材料,國外也把鎂合金劃為環(huán)保產(chǎn)業(yè)。其對環(huán)境無污染、可回收再利用的性能讓人相當滿意。
國家扶持的政策優(yōu)勢
在目前的十三五規(guī)劃里面,國家把鎂合金列為非常重要的材料,因此對這方面的引導和扶持力度非常大。比如對河南和山西這種鎂資源儲量大的地方,國家的補助非?犊。實際上除了原材料的開采,還有在加工方面,只要是跟鎂合金有關系的,國家都會給予很大程度的幫扶,資金動輒百萬千萬。
“以輕質(zhì)、高強、大規(guī)格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞為發(fā)展方向,發(fā)展高性能鎂合金,重點滿足大飛機、高速鐵路等交通運輸裝備需求,加快鎂合金制備及深加工技術開發(fā),開展鎂合金在汽車零部件、軌道列車等領域的應用示范!闭浴缎虏牧袭a(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。