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探秘新型鎂合金材料

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鎂網訊，鎂合金作為最輕的工程金屬材料，被譽為“21世紀的綠色工程材料”，強度高、耐沖擊、散熱好、尺寸穩定和彈性模量大，承受沖擊載荷能力比鋁合金強。

鑄造鎂合金具有比強度和比剛度高、震動阻尼容量大，在汽油、煤油和潤滑油中性能穩定等特點。這些特性使鎂合金應用領域十分廣泛，如交通運輸、電子工業、軍工等領域。尤其在航空航天、軌道交通、電子產品、生物醫用、自行車、建筑裝飾等領域應用前景廣闊，已經成為未來新型材料的發展方向之一。
      從20世紀開始，鎂合金就在航空航天領域得到應用。鎂合金可以大大改善飛行器的氣體動力學性能并能明顯減輕其結構重量，因此，許多部件用鎂合金制作。一般航空用鎂合金主要是板材和擠壓型材，少部分是鑄件。經過先進的加工技術處理過的鎂合金，擁有著耐高溫、耐腐蝕等超強屬性，被廣泛應用在飛機、發動機、導彈等關鍵部位的制作上。隨著鎂合金生產技術的發展，性能會不斷提高，應用范圍也會不斷擴大。
      憑借著速度快、能耗低、環境舒適的設計特點，高鐵在現代運輸手段中占據著極其重要的位置。為了保證這些方面特性的優化，列車輕量化是非常必要的技術，鎂合金自然擔起了這份重任。目前，法國、日本、中國等多個國家的高鐵，已經在大量使用鎂合金制作零部件，成為了高速列車輕量化的關鍵材料。
      鎂合金已被發達國家廣泛用于汽車儀表板、座椅支架、變速箱殼體、方向操縱系統部件、發動機罩蓋、車門、發動機缸體、框架等零部件上。用鎂合金制造汽車零部件，可以顯著減輕車重，降低油耗，減少尾氣排放量，提高零部件的集成度，提高汽車設計的靈活性等。通常汽車自重每減輕10%，燃油效率可提高5.5%，廢氣排放相應減少。隨著技術的發展，鎂合金在汽車領域的應用范圍會更廣。
      鎂合金具有優異的薄壁鑄造性能，其壓鑄件的壁厚可達0.6~1.0mm，并保持一定的強度、剛度和抗撞能力，這非常有利于產品超薄、超輕和微型化的要求。另外，鎂合金還具有防震、抗磨損及可屏蔽電磁波的特殊功能。因此，單反相機中的骨架常用鎂合金來制作，一般中高端及專業數碼單反相機都采用鎂合金做骨架，使其堅固耐用、手感好。三星新推出的Notebook 9（2018）系列筆記本電腦中使用鎂合金，以后也將用于三星旗下的手機、可穿戴設備，將使這些設備更輕、更堅固。
      軍事裝備中使用鎂合金可以提高結構件強度，減輕裝備重量，提高武器命中率，例如掩體支架、迫擊炮底座和導彈等。隨著鎂合金研究的深入及材料性能的提高,鎂合金在兵器中的應用會越來越多。
      鎂合金容易加工成形，并且具有優良的綜合力學性能以及獨特的生物降解功能，而鎂又是人體所必需的宏量金屬元素之一，因此鎂合金是醫用金屬材料的不二選擇。鎂合金的彈性模量約為45GPa，也接近于人體骨骼（10~40GPa），能有效緩解甚至避免“應力遮擋效應”；鎂合金在人體中釋放出的鎂離子還可促進骨細胞的增殖及分化，促進骨骼的生長和愈合。不僅如此，鎂合金的加工性能遠優于聚乳酸、磷酸鈣等其他類型可降解植入材料，因此其在心血管支架方面也具有臨床應用價值。
      多孔鎂作為一種可降解的生物材料可為細胞提供三維生長空間，有利于養料和代謝物的交換運輸，其本身具有生物活性，可誘導細胞分化生長和血管長入。多孔鎂的制備方法主要有鑄造法和粉末冶金法。
      血管內支架植入術已成為冠狀動脈和外周血管阻塞性疾病的主要治療手段。但是現有材料制作的支架長期存留在體內易導致內膜增生，從而會嚴重影響到支架置入術的中、遠期療效。采用鎂及鎂合金制作的可降解血管內支架在人體內完成。
      鎂及鎂合金作為骨固定材料的優勢在于其與人骨密度及力學性能接近，可有效降低應力遮擋效應，同時鎂降解的堿性環境可起到抗菌的作用，鎂對骨組織具有良好的相容佳，鎂還有促血管化的作用。鎂越來越多的優勢正在被人們發現，因此可以說鎂及鎂合金作為骨固定材料的潛力十分巨大。
      鎂合金是什么材料？鎂合金應用領域、發展趨勢
      我國開發了多種高性能稀土鎂合金材料。航空航天用高強耐熱Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金材料在性能方面已經達到國際先進水平，但在大型復雜高強耐熱鑄造鎂合金鑄件凝固理論及成形工藝方面遠落后于發達國家。迄今為止，國際上只有美國和蘇聯有鎂鋰系合金牌號，國內關于鎂鋰合金的研究還很有限，尤其是對超輕鑄造鎂鋰合金的相關研究非常缺乏，這與鎂鋰合金在航空航天及電子工業等領域的巨大應用前景不相稱。
      高強耐熱鎂合金是國外的重點研究方向，IBM公司加工的鎂鋰合金應用在Saturn V火箭計算機室和雙子座宇宙飛船上，在軍事上DOW公司開發Mg-14Li-1.5Al-0.08Mn用于加工M113軍用運輸車的殼體。鎂鋰合金還被德國、日本等國的科學家開發用于醫療器械、電子產品等用途。