แมกนีเซียมอัลลอยด์จากกระบวนการสู่การใช้งาน

ในปัจจุบันน้ําหนักเบาของผลิตภัณฑ์โลหะในการบินและอวกาศการขนส่งรถยนต์และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัย แมกนีเซียมอัลลอยด์ เป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยแมกนีเซียมเป็นเมทริกซ์และองค์ประกอบอื่น ๆ มันเป็นโลหะที่เบาที่สุดในโลหะที่ใช้งานได้จริงและมีปริมาณสํารองที่อุดมสมบูรณ์ โลหะผสมแมกนีเซียมมีข้อได้เปรียบที่ดีในการน้ําหนักเบาและได้รับความสนใจมาก โลหะผสมแมกนีเซียมมีข้อดีหลายประการเช่นความแข็งแรงจําเพาะสูงความสามารถในการขึ้นรูปด้วยความร้อนที่ดีการแปรรูปที่ดีและความเข้ากันได้ทางชีวภาพการทําให้หมาด ๆ และการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและการย่อยสลาย พวกเขามีศักยภาพที่ดีในการลดน้ําหนักของผลิตภัณฑ์โลหะ, และยังมีมูลค่าสูงใน biomedicine. ปัญหาหลักในการพัฒนาแมกนีเซียมอัลลอยด์ในปัจจุบัน: (1) เนื่องจากโครงสร้างหกเหลี่ยมที่ใกล้ชิดโดยธรรมชาติของแมกนีเซียมความสามารถในการขึ้นรูปพลาสติกของโลหะผสมแมกนีเซียมไม่ดีและเป็นการยากที่จะสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อน (2) โลหะผสมแมกนีเซียมมีความต้านทานการกัดกร่อนไม่ดีซึ่ง จํากัด การใช้งานในด้านต่างๆอย่างมาก วิธีการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมแมกนีเซียมนั้นควรค่าแก่การศึกษาเพิ่มเติม

Magnesium Alloys from Process to Application

1 การจําแนกประเภทโลหะผสมแมกนีเซียม

ในปัจจุบันแมกนีเซียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอลูมิเนียม (AL), สังกะสี (Zn), แมงกานีส (MN), เซอร์โคเนียม (Zr) และองค์ประกอบโลหะผสมอื่น ๆ รวมถึงองค์ประกอบโลหะหายากเช่นรีเนียม (RE) ชนิดและเนื้อหาที่แตกต่างกันขององค์ประกอบการผสมที่เพิ่มเข้าไปในโลหะผสมแมกนีเซียมจะมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติของโลหะผสมแมกนีเซียม โดยทั่วไปเมื่อเนื้อหาของ zzn ไม่เกิน 22% ความต้านทานการคืบของการหล่อโลหะผสมแมกนีเซียมสามารถปรับปรุงได้ องค์ประกอบ MMN ในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความต้านทานความร้อนและความต้านทานการกัดกร่อนของแมกนีเซียมอัลลอยและกําจัดองค์ประกอบที่เป็นอันตราย FFE ได้ในระดับหนึ่งในกระบวนการถลุง องค์ประกอบ AAL ในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการหล่อของโลหะผสมแมกนีเซียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเพิ่มโลหะหายากที่เหมาะสมโดยทั่วไปสามารถปรับปรุงความลื่นไหลของโลหะผสมลดความพรุนของการหดตัวปรับขนาดเกรนของโลหะผสมและปรับปรุงความแข็งแรงและความเป็นพลาสติก ตามประเภทของโลหะผสมที่เพิ่มเข้ามาโลหะผสมแมกนีเซียมสามารถแบ่งออกเป็นชุดต่อไปนี้:

(1) Mg Al Zn ซีรีส์ โลหะผสมชุดนี้เป็นโลหะผสมแมกนีเซียมชนิดแรกที่สํารวจและใช้โดยผู้คน พวกเขาสามารถใช้ไม่เพียง แต่สําหรับการหล่อ แต่ยังสําหรับการประมวลผลการเสียรูป เมื่อโลหะผสมถูกหล่อและก่อตัวขึ้นเนื้อหาขององค์ประกอบ Al คือ 77% ~ 9% เมื่อใช้สําหรับการประมวลผลการเสียรูปเนื้อหาขององค์ประกอบ AAL ควรเก็บไว้ที่ 33% ~ 5%
(2) Mg Al Mn ซีรีส์ . การเพิ่ม MMN จํานวนหนึ่งลงในโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมจะไม่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติเชิงกลของโลหะผสม แต่จะลดความเป็นพลาสติกของโลหะผสมลงเล็กน้อย การเพิ่ม MMN 11% - 25% จะช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของความเครียดของโลหะผสมได้อย่างมากและปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการเชื่อมของโลหะผสมอย่างมีนัยสําคัญ
(3) Mg Al RE ซีรีส์ ... โลหะผสมชุดนี้มีความสามารถในการเสียรูปที่ดีเยี่ยม ความแข็งแรงและความปั้นของโลหะผสมหล่อสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการอัดขึ้นรูป การเพิ่มธาตุหายาก RRE สามารถลดขนาดของเมล็ดพืชและคุณสมบัติเชิงกลที่ครอบคลุมของโลหะผสมสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสําคัญโดยการเพิ่มเนื้อหาของ AAL อย่างเหมาะสม
(4) Mg Zn Zr ซีรีส์ ... เนื้อหาขององค์ประกอบ zzn ในชุดโลหะผสมนี้โดยทั่วไปจะถูกควบคุมที่ประมาณ 66% ซึ่งมีบทบาทในการเสริมสร้างความแข็งแกร่งของสารละลายโลหะผสมและการเสริมสร้างความเข้มแข็งของการรักษาความร้อน Zzr ในโลหะผสมสามารถปรับแต่งเม็ดโลหะผสมได้อย่างมีนัยสําคัญและปรับปรุงความแข็งแรงความเป็นพลาสติกและความต้านทานความร้อนของโลหะผสม เนื้อหาของ Zr โดยทั่วไปคือ 00.5% - 0.9% มันมักจะใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความเค้นขนาดใหญ่ในเครื่องบินและยานพาหนะการบินและอวกาศ
(5) Mg Zn RE ซีรีส์ ตามเนื้อหาที่แตกต่างกันของ RRE โลหะหายากโลหะผสมจะพัฒนาจากการแก้ปัญหาที่เป็นของแข็งเสริมสร้างความเข้มแข็งให้กับระยะที่สองเพื่อเสริมสร้างเมทริกซ์ การเพิ่มอะตอมใหม่จะทําให้เกิดการบิดเบือนขัดแตะขัดขวางการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อนในโครงสร้างหรือเสริมสร้างขอบเขตของเมล็ดพืช

แม้ว่าโลหะผสมจะมีข้อดีหลายประการเช่นความแข็งแรงจําเพาะสูงการตัดด้วยความเร็วสูงความเข้ากันได้ทางชีวภาพและอื่น ๆ แต่โลหะผสมแมกนีเซียมที่สามารถรับได้ในปัจจุบันยังคงมีปัญหาเช่นการเผาไหม้ตัดการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงและอื่น ๆ วิธีการเตรียมแมกนีเซียมอัลลอยคุณภาพสูงที่ตรงตามมาตรฐานอุตสาหกรรมต่างๆ ยังคงต้องการการวิจัยเชิงลึก คุณภาพของโลหะผสมแมกนีเซียมโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับประเภทเนื้อหาและเทคโนโลยีการประมวลผลขององค์ประกอบ บทความนี้สรุปการพัฒนาแมกนีเซียมอัลลอยด์จากแง่มุมของเทคโนโลยีการผลิตพื้นผิวและกลไกการเสริมสร้างความแข็งแรงภายในและเทคโนโลยีการตัด

2 กระบวนการขึ้นรูป

ตามคุณสมบัติทางกายภาพขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบของแมกนีเซียมอัลลอย และรูปร่างขนาดและการประยุกต์ใช้ส่วนประกอบเป้าหมายโดยทั่วไปมีการนํากระบวนการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน 33 กระบวนการดังต่อไปนี้มาใช้:

(1) การหล่อด้วยแรงโน้มถ่วง: ใช้โลหะผสมแมกนีเซียมหลอมเหลวเพื่อหล่อส่วนประกอบด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวเอง วิธีการใช้งานรวมถึง: การหล่อแม่พิมพ์โลหะ, การหล่อแม่พิมพ์กึ่งโลหะ, การหล่อแม่พิมพ์เปลือก, การหล่อแม่พิมพ์การลงทุนและการหล่อแม่พิมพ์ทราย ในหมู่พวกเขาต้นทุนการหล่อทรายอยู่ในระดับต่ํา แต่การดําเนินการค่อนข้างยุ่งยากซึ่งเหมาะสําหรับการผลิตชุดเล็ก ๆ ของการหล่อขนาดใหญ่
(2) การหล่อด้วยแรงดัน: ใช้แรงดันบางอย่างเพื่อช่วยให้โลหะผสมละลายเติมโพรงแม่พิมพ์และทําให้กระบวนการหล่อเสร็จสมบูรณ์ ตามความดันมันสามารถแบ่งออกเป็นการหล่อแรงดันสูงและการหล่อแรงดันต่ํา การหล่อด้วยแรงดันสูงคือการบีบโลหะผสมแมกนีเซียมเหลวหรือกึ่งของแข็งละลายเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์ด้วยความเร็วสูงและทําให้แข็งตัว ขนาดของโลหะผสมที่ได้จากวิธีนี้มีความแม่นยํามากขึ้นและโครงร่างมีความชัดเจน การหล่อด้วยแรงดันต่ําคือการใช้แรงดันที่ต่ํากว่าเพื่อเพิ่มของเหลวของโลหะผสมที่ละลายและเติมแม่พิมพ์ได้อย่างราบรื่นเพื่อให้สามารถแข็งตัวและเปลือกโลกตามลําดับจากนั้นตกผลึกภายใต้ความกดดันและในที่สุดก็ปล่อยแรงดันเพื่อให้ได้การหล่อ วิธีนี้ยังสามารถได้รับการหล่อโลหะผสมที่มีคุณภาพสูง ในการเชื่อมโยงการแข็งตัวของกระบวนการหล่อขึ้นรูปหากอัตราการหล่อเย็นเพิ่มขึ้นเมล็ดพืชจะได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญและความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของการหล่อจะดีขึ้น [9-11] โลหะผสมแมกนีเซียมเหมาะสําหรับการหล่อด้วยแรงดันเนื่องจากจุดหลอมเหลวต่ํา (แมกนีเซียมบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 6650 °C) การแข็งตัวอย่างรวดเร็วความหนืดของของเหลวโลหะผสมต่ําและความลื่นไหลที่ดี ในปัจจุบันการหล่อแบบสูญญากาศการหล่อแบบกึ่งแข็งและการหล่อแบบเติมออกซิเจนมักใช้สําหรับการหล่อด้วยแรงดันโลหะผสมแมกนีเซียม
(3) การขึ้นรูปกึ่งของแข็ง: โลหะผสมแมกนีเซียมถูกทําให้ร้อนเพื่ออยู่ร่วมกันของแข็งและของเหลวโดยการเหนี่ยวนําความร้อนแบบวนรอบจากนั้นวัสดุจะเกิดขึ้นโดยตรง เมื่อเทียบกับการขึ้นรูปของเหลวมันมีข้อดีของอุณหภูมิการขึ้นรูปต่ําอายุการใช้งานที่ยาวนานข้อบกพร่องต่ําและความกะทัดรัดสูง เทคโนโลยีนี้มีข้อดีของการหล่อและการขึ้นรูปพลาสติกโซลิดสเตต อุณหภูมิการขึ้นรูปต่ํากว่าสถานะของเหลวและความต้านทานการเสียรูปต่ํากว่าสถานะของแข็ง ส่วนประกอบโลหะผสมที่ได้มีความแม่นยําสูง ปัจจุบันมีการใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์แมกนีเซียมอัลลอยและเครื่องมืออุตสาหกรรมการบินและอวกาศบางชนิด

เพื่อปรับขนาดเกรนและปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลที่ครอบคลุมเนื่องจากโลหะผสมแมกนีเซียมหล่อมักจะถูกรีดอัดขึ้นรูปและแปรรูปพลาสติกอื่น ๆ เนื่องจากแมกนีเซียมเมทริกซ์ชนิดขัดแตะเป็นของโครงสร้างหกเหลี่ยมที่ปิดและโลหะผสมที่เป็นส่วนประกอบโดยทั่วไปเป็นผลมาจากการบิดเบือนของโครงสร้างหกเหลี่ยมที่ใกล้ชิดโดยมีระบบลื่นไถลน้อยลงและความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกที่อ่อนแอโลหะผสมแมกนีเซียมมักใช้กระบวนการกลิ้ง เมื่อพิจารณาถึงความสามารถในการเปลี่ยนรูปเย็นที่ไม่ดีของโลหะผสมแมกนีเซียมโดยทั่วไปจะใช้การรีดร้อนหรือการรีดร้อน อุณหภูมิกลิ้งขึ้นอยู่กับชนิดและเนื้อหาขององค์ประกอบโลหะผสมซึ่งโดยทั่วไปจะต่ํากว่าโลหะผสม solidus ประมาณ 555 °C อุณหภูมิและอัตราความเครียดที่เหมาะสมสามารถปรับแต่งธัญพืชลดความต้านทานการเปลี่ยนรูปและปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล

3 การใช้แมกนีเซียมอัลลอย

(1) สาขาการบินและอวกาศ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการป้องกันประเทศความต้องการวัสดุโครงสร้างน้ําหนักเบาที่มีประสิทธิภาพสูงในประเทศจีนได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและน้ําหนักเบาของวัสดุการบินและอวกาศมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ บนพื้นฐานของการประชุมการแสดงต่าง ๆ โดยใช้โลหะผสมแมกนีเซียมเพื่อสร้างส่วนประกอบการบินและอวกาศไม่เพียง แต่ช่วยประหยัดทรัพยากร แต่ยังเอื้อต่อการใช้ยานอวกาศในภายหลังและยืดอายุการใช้งาน นอกจากนี้ยังเอื้อต่อการรับรองความปลอดภัยของยานอวกาศในกระบวนการส่งคืน ปัจจุบันจีนได้กําหนดเป้าหมายน้ําหนักเบาที่สอดคล้องกันในด้านการบินและอวกาศ

(2) สาขาการขนส่งทางรถไฟ

วัสดุน้ําหนักเบามีความสําคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมการขนส่งทางราง แมกนีเซียมอัลลอยสารหน่วงไฟใช้ในการลดน้ําหนักของกรอบทิศทางการขนส่งทางรถไฟ แต่ในปัจจุบันการใช้แมกนีเซียมอัลลอยด์ในสาขานี้ยังไม่ได้รับการส่งเสริมส่วนใหญ่เป็นเพราะเทคโนโลยีหลักบางอย่างยังไม่ถูกทําลายและยังต้องใช้เวลาในการทดสอบซ้ํา ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าตรงตามข้อกําหนดของทุกด้าน

(3) อุตสาหกรรมยานยนต์

แมกนีเซียมอัลลอยสามารถทําให้รถบรรลุเป้าหมายของน้ําหนักเบาและปรับปรุงผลการดูดซับแรงกระแทกซึ่งเป็นที่ชื่นชอบในด้านการลดน้ําหนักของยานพาหนะ สามารถใช้ทําดุมล้อรถยนต์กล่องกระปุกเกียร์ฝาครอบฝาสูบพวงมาลัยและขายึดพวงมาลัย ฯลฯ เพื่อลดน้ําหนักตัวเองลดการใช้เชื้อเพลิงและปกป้องสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตามแมกนีเซียมอัลลอยด์ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนและความไวไฟไม่ดี

(4) สาขาการแพทย์

แมกนีเซียมอัลลอยมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี, ย่อยสลายได้และใกล้เคียงกับความหนาแน่นของกระดูกมนุษย์, และสามารถนํามาใช้ในการรักษาพยาบาล. อย่างไรก็ตามมีเพียงแมกนีเซียมอัลลอยด์บางชนิดเท่านั้นที่เหมาะสําหรับสาขาการแพทย์และคุณสมบัติจะเปลี่ยนไปหลังจากสร้างโลหะผสม แมกนีเซียมสามารถส่งเสริมการดูดซึมแคลเซียมไอออนโดยร่างกายมนุษย์เพื่อเร่งการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูกและการรักษาบาดแผลและลดวงจรการรักษาของผู้ป่วย

(5) สนามทหาร

การใช้แมกนีเซียมอัลลอยในอุปกรณ์ทางทหารสามารถลดคุณภาพของอุปกรณ์ทางทหารและเพิ่มประสิทธิภาพการเคลื่อนย้ายและการต่อสู้ของกองกําลัง สามารถใช้ในกระปุกเกียร์ตัวก้นอุปกรณ์เล็งและส่วนอื่น ๆ ของอาวุธปืนทหาร นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในดุมล้อโครงที่นั่งกล่องกระปุกเกียร์และส่วนอื่น ๆ ของรถหุ้มเกราะรวมถึงอุปกรณ์ฉุดกล่องจ่ายกระสุนและกระจกปืนใหญ่และกระสุนปืนของมือปืน

(6) ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

โลหะผสมแมกนีเซียมมีข้อดีของน้ําหนักเบาไม่ใช่แม่เหล็กดูดซับแรงกระแทกได้ดีและอื่น ๆ มันมีอนาคตที่สดใสในด้านผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจาก 33c (คอมพิวเตอร์) ซึ่งแสดงโดยคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กโทรศัพท์มือถือและกล้องดิจิตอล

การสื่อสารการบริโภค) ผลิตภัณฑ์ได้รับการพัฒนาในทิศทางของแสงบางและขนาดเล็กและโลหะผสมแมกนีเซียมมีความโดดเด่นมากขึ้นเรื่อย ๆ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์โลหะผสมแมกนีเซียมไม่เพียง แต่มีลักษณะและการสัมผัสที่ยอดเยี่ยม แต่ยังมีการนําความร้อนและความแข็งแกร่งที่ดี ความหนาของเปลือกผลิตภัณฑ์ที่บางที่สุด 33c เพียง 0.4 มม.

(7) พื้นที่อื่น ๆ

โลหะผสมแมกนีเซียมค่อนข้างเสถียรในน้ํามันเบนซินและน้ํามันหล่อลื่นและสามารถใช้ทําท่อน้ํามันกล่องเกียร์และชิ้นส่วนอื่น ๆ

โลหะผสม แมกนีเซียมมีข้อดีหลายประการเช่นความหนาแน่นต่ําความแข็งแรงจําเพาะสูงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีและอื่น ๆ สามารถบรรลุผลลัพธ์ที่ดีกว่าวัสดุโลหะหรือพลาสติกอื่น ๆ และมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง ในเวลาเดียวกันเราควรใส่ใจกับปัญหาที่มีอยู่ในการผลิตและการใช้โลหะผสมแมกนีเซียม ตัวอย่างเช่นโลหะหายากบางชนิดที่ก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีแมกนีเซียมมีราคาแพงและยากที่จะทําการค้า แมกนีเซียมอัลลอยด์กัดกร่อนได้ง่ายระหว่างการใช้งาน มันง่ายที่จะเผาไหม้เมื่อตัด ปัญหาข้างต้น จํากัด การพัฒนาของโลหะผสมแมกนีเซียมและต้องการการสํารวจและแก้ปัญหาเพิ่มเติมโดยนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง