●程子洲 趙莉萍 王小青 胡文鑫/文

（作者單位：1.內(nèi)蒙古科技大學(xué);2.包頭稀土研究院）

鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、減震性高、易加工、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在航天、軍工、電子通訊、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，特別是在全球鐵、鋁、鋅等金屬資源緊缺的大背景下，鎂的資源優(yōu)勢(shì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，鎂合金成為一種迅速崛起的結(jié)構(gòu)材料。面臨國際鎂金屬材料的高速發(fā)展，我國作為鎂資源生產(chǎn)和出口大國，對(duì)鎂合金開展深入研究工作意義重大。然而目前普通鎂合金強(qiáng)度偏低、耐熱耐蝕等性能較差仍然是制約鎂合金大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

稀土元素由于具有獨(dú)特的核外電子結(jié)構(gòu)，作為一種重要的合金化元素，在冶金、材料領(lǐng)域起著獨(dú)特的作用，例如凈化合金熔體、細(xì)化合金組織、提高合金力學(xué)性能和耐腐蝕性能等。作為合金化元素或微合金化元素，稀土已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵及有色金屬合金中。在鎂合金領(lǐng)域，尤其是在耐熱鎂合金領(lǐng)域，稀土突出的凈化、強(qiáng)化性能逐漸被人們認(rèn)識(shí)與把握，稀土被認(rèn)為是耐熱鎂合金中最具使用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Φ暮辖鸹?。我國的鎂資源和稀土資源特別豐富，近年來國內(nèi)科研工作者依托這兩大資源優(yōu)勢(shì)，對(duì)含稀土鎂合金的研究逐漸系統(tǒng)和深入，致力于開發(fā)低成本、高性能的新型稀土鎂合金，對(duì)鎂合金材料及稀土材料的發(fā)展起到極大地推動(dòng)作用。稀土不僅是鎂行業(yè)提升產(chǎn)品性能，打造特色、高端產(chǎn)品必不可少的重要元素，也是其向高端產(chǎn)能轉(zhuǎn)換，提高產(chǎn)品附加值，提升產(chǎn)業(yè)鏈水平的突破口。

一、稀土在鎂合金中的主要作用

1.熔體凈化作用

稀土元素在鎂合金熔體中具有除氫、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用，達(dá)到除氣精煉、凈化熔體的效果。輕稀土元素化學(xué)活性比重稀土元素高，因此輕稀土元素的除雜能力一般比重稀土元素要好。

2.熔體保護(hù)作用

鎂合金在熔煉過程中極易氧化燃燒，目前工業(yè)生產(chǎn)鎂合金一般采用熔劑覆蓋或氣體保護(hù)法熔煉，但都存在不少缺點(diǎn)，如果能夠提高鎂合金熔體自身的起燃溫度則有可能實(shí)現(xiàn)鎂合金大氣下直接熔煉，這對(duì)鎂合金進(jìn)一步推廣應(yīng)用意義重大。稀土是鎂合金熔體的表面活性元素，能夠在熔體表面形成致密的復(fù)合氧化物膜，有效阻止熔體和大氣的接觸，大大提高鎂合金熔體起燃溫度。

3.細(xì)晶強(qiáng)化作用

稀土元素在固液界面前沿富集引起成分過冷，過冷區(qū)形成新的形核帶而形成細(xì)等軸晶，此外稀土的富集使其起到阻礙α-Mg 晶粒長(zhǎng)大的作用，進(jìn)一步促進(jìn)了晶粒的細(xì)化。根據(jù)Hal1-Petch 公式，合金的強(qiáng)度隨晶粒尺寸的細(xì)化而增加，并且相對(duì)體心立方和面心立方晶體而言，晶粒尺寸對(duì)密排六方金屬強(qiáng)度影響更大，因此鎂合金晶粒細(xì)化產(chǎn)生的強(qiáng)化效果極為顯著。細(xì)化作用方面鈰最常用，但釔的細(xì)化作用也很明顯，對(duì)于不同種類的鎂合金，各稀土元素的細(xì)化效果不一樣。

4.固溶強(qiáng)化作用

大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度，稀土元素溶入鎂基體中，增強(qiáng)原子間的結(jié)合力，使基體產(chǎn)生晶格畸變。稀土元素固溶強(qiáng)化的作用主要是減慢原子擴(kuò)散速率，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體，提高合金的強(qiáng)度和高溫蠕變性能。重稀土元素固溶強(qiáng)化和時(shí)效沉淀強(qiáng)化效果一般比輕稀土元素好，但輕稀土元素更易富集于晶界，形成高熔點(diǎn)金屬間化合物。因此輕稀土元素的晶界強(qiáng)化效果一般比重稀土元素要好，輕稀土元素和重稀土元素組合有望發(fā)揮出稀土元素的最佳效果。

5.彌散強(qiáng)化作用

稀土與鎂或其他合金化元素在合金凝固過程中形成穩(wěn)定的金屬間化合物，這些含稀土的金屬間化合物一般具有高熔點(diǎn)、高熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，它們呈細(xì)小化合物粒子彌散分布于晶界和晶內(nèi)，在高溫下可以釘扎晶界，抑制晶界滑移，同時(shí)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化合金基體。

6.時(shí)效沉淀強(qiáng)化作用

稀土元素在鎂中所具有的較高固溶度隨溫度降低而降低，當(dāng)處于高溫下的單相固溶體快速冷卻時(shí)，形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效，則形成細(xì)小而彌散的析出沉淀相。析出相與位錯(cuò)之間交互作用，提高合金的強(qiáng)度。

二、稀土對(duì)鎂合金性能的提高

1.提高鎂合金力學(xué)性能

稀土的添加通過細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化及時(shí)效沉淀強(qiáng)化（其中的一種或幾種強(qiáng)化機(jī)制）提高鎂合金的力學(xué)性能，特別是高溫力學(xué)性能，使得稀土鎂合金成為高溫抗蠕變、高溫高強(qiáng)鎂合金的重要研發(fā)方向。

2.提高鎂合金耐蝕性能

稀土元素能夠與鎂合金中有害雜質(zhì)（如鐵、鎳等）結(jié)合，降低它們的強(qiáng)陰極性作用，并且能夠優(yōu)化合金組織結(jié)構(gòu)，抑制陰極過程，從而提高合金基體的耐蝕性能。此外，稀土的加入使合金表面生成更加致密的腐蝕產(chǎn)物膜，抑制合金的進(jìn)一步腐蝕，因此稀土能夠有效地提高鎂合金耐腐蝕性能。

3.提高鎂合金耐摩擦磨損性能

稀土元素與氧、硫等雜質(zhì)元素有較強(qiáng)的結(jié)合力，抑制了這些雜質(zhì)元素引起組織疏松的作用。在熔煉過程中，稀土元素能與水氣和鎂液中的氫反應(yīng)，生成稀土氫化物和稀土氧化物以除去氫氣，減少氣孔、針孔及縮松等鑄造缺陷，提高了鑄件質(zhì)量，減少了在摩擦過程中裂紋源的產(chǎn)生；稀土元素還可以凈化晶界，增加晶界強(qiáng)度，使裂紋不易在晶界處產(chǎn)生；在材料摩擦過程中，磨損表面不可避免會(huì)發(fā)生溫度升高，在大氣環(huán)境中，幾乎無法避免氧化作用的影響，摩擦表面的氧化物層對(duì)摩擦磨損起著非常重要的作用。稀土元素在氧化物膜與基體界面發(fā)生了偏聚，提高了氧化物膜的粘著力，細(xì)化了膜的組織，有助于提高膜的耐磨性和抗剝離能力，這樣形成的氧化物膜比較穩(wěn)定，增強(qiáng)了稀土鎂合金的承載能力。

三、稀土鎂合金的研發(fā)動(dòng)向

1.鑄造稀土鎂合金

傳統(tǒng)的鎂合金耐熱、抗高溫蠕變等性能較差，通常只能用于120℃以下的場(chǎng)合，達(dá)不到交通工具發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)部件需要耐溫150℃～200℃、250℃甚至更高的要求，從而限制了它的應(yīng)用。圍繞著提高鑄造鎂合金的力學(xué)、耐腐蝕、耐高溫、抗蠕變等性能，研究人員對(duì)稀土作為鎂合金添加劑或合金元素的作用進(jìn)行了大量研究，取得了矚目的成績(jī)。

2.快速凝固稀土鎂合金

快速凝固工藝的原理適于改進(jìn)鎂合金的力學(xué)性能。由于冷卻速率相當(dāng)快，可獲得在傳統(tǒng)鑄造工藝條件下得不到的鑄件成分、相結(jié)構(gòu)，如晶粒細(xì)小、無偏析、過飽和固溶、亞穩(wěn)相、化合物細(xì)小彌散等?？焖倌淌亲钚掳l(fā)展的一類制備高性能材料的先進(jìn)技術(shù)，使鎂合金的開發(fā)進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。

快速凝固技術(shù)的三大類（霧化、流鑄和原處熔化）都可以用于鎂合金的生產(chǎn)。目前最具代表性的是RSP-Mg-A1-Zn 基合金。在該類合金基礎(chǔ)上加入3%～5%稀土元素，可產(chǎn)生附加彌散硬化效應(yīng)，降低腐蝕趨勢(shì)，并進(jìn)一步提高合金蠕變抗力。此外，以稀土元素為主的霧化噴射沉積Mg-Nd-Mn 合金在室溫及高溫下均具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和耐蝕性。因此，采用快速凝固技術(shù)對(duì)開發(fā)優(yōu)質(zhì)含稀土的鎂合金有巨大的潛力。

3.變形稀土鎂合金

變形稀土鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強(qiáng)度、更好的塑性。研究表明鎂合金在熱變形后，組織得到了明顯細(xì)化，鑄造組織缺陷被消除，使得產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能大大提高。發(fā)展變形鎂合金制品可使鎂合金更大量地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件上，如軋制的薄板或厚板、擠壓材和鍛件。但由于變形鎂合金的開發(fā)與研究不夠充分，有關(guān)稀土對(duì)其組織性能影響的研究遠(yuǎn)不如稀土在鑄造鎂合金中的研究深入和充分，相關(guān)的公開專題研究報(bào)道相對(duì)較少。

4.稀土耐熱鎂合金

耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一。當(dāng)溫度升高時(shí)，它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關(guān)鍵零件（如發(fā)動(dòng)機(jī)零件），在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。目前世界各國含稀土鑄造鎂合金已占牌號(hào)總數(shù)的50%以上，稀土鎂合金中稀土金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2.5%～3%。其主要機(jī)制是稀土元素使晶界和相界擴(kuò)散滲透性降低，使相界的凝聚作用減慢，且第二相在整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)始終是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障礙，稀土元素可減少金屬表面氧化物缺陷；加入稀土元素后（如Ce），能在晶界生成高熔點(diǎn)化合物（如MS12Ce）對(duì)晶粒起釘扎作用，從而提高合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，且稀土含量增加，合金蠕變速率降低；在鎂基體中稀土元素具有較大的固溶度，隨溫度的下降，固溶度也降低，滿足與Mg 形成時(shí)效型合金的必要條件。大多數(shù)鎂稀土合金形成共晶反應(yīng)，并且由于晶間熱穩(wěn)定性高的化合物存在，使Mg-RE 合金具有良好的抗蠕變性能，在200℃～250℃時(shí)仍具有良好的抗蠕變性能。到目前為止，稀土元素如Y、Gd 在耐熱鎂合金中的作用研究已取得突破性進(jìn)展。

5.稀土阻燃鎂合金

鎂合金常用的阻燃方法為熔劑保護(hù)和SF6 混合氣體保護(hù)。但相對(duì)而言，合金化阻燃是一種更理想的阻燃方法。其機(jī)理是在合金中添加特定的合金元素來影響合金氧化的熱力學(xué)反應(yīng)與動(dòng)力學(xué)過程，形成具有保護(hù)作用的致密的氧化膜，達(dá)到阻止合金劇烈氧化的目的。與熔劑保護(hù)和SF6 氣體保護(hù)相比，合金化阻燃可以消除熔劑夾雜，提高合金的力學(xué)性能與抗腐蝕性，消除有害氣體對(duì)大氣的污染。通過合金化的方法來達(dá)到阻燃目的將是鎂合金熔煉阻燃的發(fā)展方向。

四、高性能稀土鎂合金的研發(fā)現(xiàn)狀

1.高性能稀土鎂合金的國內(nèi)研發(fā)現(xiàn)狀

在初期的稀土鎂合金研究中，由于價(jià)格昂貴，稀土鎂合金主要應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域，隨著其他金屬資源的日益枯竭，稀土和鎂生產(chǎn)成本的降低，尤其是對(duì)提高鎂合金高溫性能的迫切需要，稀土鎂合金的研究已經(jīng)成為世界研究熱點(diǎn)，含稀土鎂合金正在被積極地推廣應(yīng)用到汽車、電子、通訊等商用領(lǐng)域。我國在20 世紀(jì)50年代末對(duì)稀土元素在鎂合金中的應(yīng)用展開研究，幾十年來研究出不少有應(yīng)用價(jià)值的含稀土鎂合金，在鑄造鎂合金中開發(fā) 了ZM2，ZM3，ZM4，ZM6 以 及ZM8 等系列產(chǎn)品，在變形鎂合金中開發(fā)了MB8，MB22，MB25 以及在MB25 基礎(chǔ)上用富釔混合稀土代替高品位釔的MB26。

東北輕合金加工廠研發(fā)的含Nd、含Gd 代號(hào)為122 和127 合金的2 種耐熱高強(qiáng)稀土變形鎂合金，其室溫強(qiáng)度比MA13 和HM21 要高得多，且300℃下的高溫強(qiáng)度與MA13，HM21 相當(dāng)，已在國防軍工上獲得廣泛應(yīng)用。

上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心開發(fā)出阻燃效果和力學(xué)性能良好的轎車用阻燃鎂合金。湖南大學(xué)、中南大學(xué)等采用快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠（ECAE）等方法使鎂合金晶粒高度細(xì)化，從而開發(fā)出具有高強(qiáng)度、高塑性甚至超塑性的高強(qiáng)、高韌鎂合金如Mg-（5～8）A1-（1～2）Zn-（0.5～2）M（M=Pr、Nd、Ce、Y）。快速凝固鎂合金因其微觀組織結(jié)構(gòu)的均勻化和彌散沉淀相的形成，提高了合金的抗腐蝕能力，如快速凝固Mg-5A1-2Zn-2Y 合金是已知鎂合金中抗腐蝕性能最高的合金。同時(shí)高性能的含Sc 鎂合金也正在積極開發(fā)之中。

中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所近年來對(duì)鎂稀土中間合金、系列稀土鎂合金進(jìn)行了深入研究。目前，已開發(fā)出下沉陰極、液固組合陰極以及共電沉積電解工藝，制備出幾乎所有單一稀土金屬與鎂組成的中間合金；采用提取貴重稀土元素后剩余的混合稀土為原料制備出富鈰、富釔和鈰鑭與鎂組成的新型低成本鎂稀土中間合金。利用研制出的鎂-稀土中間合金，開發(fā)出一系列適合不同使用溫度的擠壓變形、高壓鑄造、重力鑄造的應(yīng)用鎂合金。

2.高性能稀土鎂合金的國外研發(fā)現(xiàn)狀

近年來，鎂合金的研究越來越引起人們的關(guān)注，這主要是由于鎂合金具有許多優(yōu)良的性能。目前國外對(duì)稀土鎂合金研究較多的是美國、歐洲、日本及俄羅斯，已經(jīng)開發(fā)出AE、WE、EZ、EK、QE 等諸多含稀土的鎂合金。

美國科學(xué)家對(duì)鎂合金這一工程材料投入大量的研究，在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)進(jìn)行了廣泛的新材料研制與推廣應(yīng)用工作。開發(fā)出AE 系列鎂稀土壓鑄合金，并將WE 系列合金大規(guī)模投入應(yīng)用。在高強(qiáng)耐熱鎂稀土合金研究與應(yīng)用方面，美國始終處于領(lǐng)先位置。

歐洲的稀土鎂合金研究最為活躍，許多應(yīng)用型稀土鎂合金問世于歐洲。含銀富釹稀土QE22A 合金長(zhǎng)期以來廣泛用于飛機(jī)、導(dǎo)彈的優(yōu)質(zhì)鑄件，如美洲虎攻擊機(jī)的座艙蓋骨架，超黃蜂直升機(jī)的前起落架外筒和輪彀等。在Mg-Zn 合金研究中，發(fā)現(xiàn)加入稀土元素改善Mg2Zn 合金的鑄造性能和蠕變抗力，但降低抗拉性能，采取折中方案，曾開發(fā)了ZE41 及F233 合金。ZE41 有較高強(qiáng)度，可以用到200℃，而EZ33 合金有更高蠕變抗力，用到250℃。WE 系列合金的強(qiáng)度性能超過其他稀土鎂合金、高溫強(qiáng)度甚至比高溫鋁合金R350 的穩(wěn)定性還好，已經(jīng)用于賽車及航空。歐洲的稀土鎂合金基礎(chǔ)研究及其在汽車、航空航天工業(yè)中的應(yīng)用同美國一樣處于世界領(lǐng)先地位，當(dāng)前歐洲正在進(jìn)行Mg-Gd 合金、Mg-Tb 合金、Mg-Sc-Mn 等新型稀土鎂合金研究。

日本緊隨歐美步伐，相繼仿制出與歐美最新研究成果大致相同的MC8（EZ33A）、MC9（QE22A）、MClO（ZE4lA）等稀土鎂合金，并積極研制汽車工業(yè)用稀土壓鑄鎂合金。

俄羅斯主要沿襲前蘇聯(lián)的鎂合金發(fā)展體系，曾經(jīng)研制出早期飛機(jī)艙蓋用以及大量應(yīng)用于米格23 飛機(jī)的稀土鎂合金等，最近幾年未見突破性研究報(bào)道。目前在俄羅斯的航空航天及軍事工業(yè)已經(jīng)廣泛使用含釔的變形鎂合金和含釔、釹的鑄造鎂合金。對(duì)比鋁合金結(jié)構(gòu)，這些鎂合金的應(yīng)用可保證降低結(jié)構(gòu)重量的25%～50%。

五、高性能稀土鎂合金的應(yīng)用

稀土鎂合金的應(yīng)用性能優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在耐高溫和高強(qiáng)度方面，通過加入稀土元素合金化，能顯著提高鎂合金的強(qiáng)度和耐熱溫度，國外已將耐熱稀土鎂合金應(yīng)用到飛機(jī)蒙皮、導(dǎo)彈艙體、衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)件、飛船框架、發(fā)動(dòng)機(jī)引擎蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體和變速箱殼體等零部件上。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在軍工領(lǐng)域和民用領(lǐng)域均會(huì)有更大拓展。

1.稀土鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

高性能稀土鎂合金主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、變速箱殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋等零部件中。福特、通用、戴姆勒-克萊斯勒、奔馳、大眾、豐田、菲亞特-阿爾法等汽車公司紛紛采用稀土壓鑄鎂合金。豐田汽車的方向盤加裝安全氣囊后質(zhì)量增加，采用AM60B 壓鑄鎂合金后，與鋼制品、鋁制品相比，質(zhì)量減少了45%和15%，并減少了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的震動(dòng)。中國奇瑞汽車已100%采用鎂合金方向盤，并力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)單車鎂合金達(dá)到30kg。中國一汽和中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所合作開發(fā)高性能稀土鎂合金，已經(jīng)形成年產(chǎn)1500 噸鎂合金壓鑄件（包括輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、變速箱殼體等）的批量生產(chǎn)能力，建成了我國最大的高性能稀土鎂合金產(chǎn)業(yè)化示范基地，批量生產(chǎn)耐熱、抗蠕變的稀土鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋。

表1 常用稀土鎂合金性能及其應(yīng)用

長(zhǎng)安汽車通過持續(xù)實(shí)施稀土鎂合金項(xiàng)目，掌握了鎂合金材料替代后的整車和零部件結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力總成、座椅骨架、轉(zhuǎn)向盤骨架、輪轂、備胎架等稀土鎂合金汽車零部件的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用。已開發(fā)應(yīng)用于國內(nèi)汽車零部件上的耐熱、抗蠕變稀土鎂合金有新型稀土壓鑄鎂合金（AZ91X）、稀土高溫高強(qiáng)鎂合金（Mg-Gd-Y 系列）、稀土高強(qiáng)、高韌鎂合金（MB26）等。國外已開發(fā)出AE、WE、OE 等系列含稀土的鎂合金。目前，汽車工業(yè)中稀土鎂合金用量較多的國家和地區(qū)是北美、歐洲、日本和韓國，鎂合金在汽車上的應(yīng)用主要取代鑄鐵、鋁合金、塑料和鋼制沖壓焊接件，以壓鑄件為主。北美汽車壓鑄鎂合金用量正以每年15%的速度遞增。目前，壓鑄鎂合金汽車零部件至少已超過60 種，如：汽車儀表板、座椅骨架、轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、變速箱殼體、離合器殼體、進(jìn)氣歧管、輪轂、門框等。汽車輕量化是節(jié)能減排的重要手段，同時(shí)，由于對(duì)汽車安全性和舒適性要求的不斷提高，需要增加安全裝置，如ABS、安全氣囊，內(nèi)飾也更高級(jí)，這也要靠汽車輕量化來補(bǔ)償。奔馳采用AM20和AM50 壓鑄鎂合金座椅骨架，質(zhì)量較沖壓焊接鋼結(jié)構(gòu)件減少，并減少了震動(dòng)，增加了舒適性。目前，國外單輛汽車鎂合金用量達(dá)到40kg。隨著稀土鎂合金技術(shù)的進(jìn)步和制造成本的降低，鎂合金在汽車上的應(yīng)用將會(huì)達(dá)到100～150kg，由此帶來的汽車減重可達(dá)l0%～15%，油耗可減少6%～10%，CO2排放量減少約5g/km。

2.稀土鎂合金在軌道交通中的應(yīng)用

近年來，軌道交通獲得長(zhǎng)足發(fā)展，通過機(jī)車的輕量化以實(shí)現(xiàn)機(jī)車的高速、重載、降耗成為軌道交通研發(fā)的熱點(diǎn)問題之一。稀土鎂合金材料在機(jī)車的輕量化方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。現(xiàn)階段還不能用鎂合金來制造機(jī)車的重要承載構(gòu)件，只能用鎂合金制造非承載構(gòu)件和車輛內(nèi)部承載要求不高的零部件。德國西門子公司的ICE 高速列車和法國TGV 高速列車已經(jīng)開始開發(fā)應(yīng)用稀土鎂合金零部件，如座椅、框架等。日本新干線N700 系列高速列車座椅骨架已經(jīng)采用稀土鎂合金，包括座椅扶手、底座、背靠等，實(shí)現(xiàn)了整車減重，提升了動(dòng)車組的動(dòng)力性能，減少了能耗。我國也在大力推進(jìn)稀土鎂合金在軌道交通中的應(yīng)用。目前。稀土鎂合金主要用于空調(diào)通風(fēng)口格柵、車窗防護(hù)欄桿、座椅安裝型材和地板布安裝型材、臥鋪框架、行李架邊框、內(nèi)部?jī)x表盤框架等零部件。機(jī)車車輛上常用的鎂合金有：AZ31B、AZ61A、AZ91D、ZK60、AM60B 等。從非承載或者承載要求不高的零部件逐漸發(fā)展到承載零部件，開發(fā)高強(qiáng)高韌、耐疲勞和減震鐵道車輛零部件，這將是未來稀土鎂合金材料在軌道交通中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

自2017年下半年起，山西銀光華盛鎂業(yè)成功開發(fā)出鎂合金精密擠壓型材，已成功列裝130 余列高鐵車輛，近百列地鐵車輛，總長(zhǎng)度超過15 萬延米。成都天智輕量化科技有限公司已經(jīng)批量供應(yīng)地鐵列車鎂合金輕量化產(chǎn)品。

3.稀土鎂合金在航空航天和武器裝備中的應(yīng)用

高性能輕金屬材料在航空航天和國防建設(shè)中占有十分重要的地位。航空航天器的輕量化帶來的經(jīng)濟(jì)效益和性能改善十分顯著。MD600N 直升機(jī)的變速裝置采用了稀土鎂合金，降低了重量，極大提高了旋翼的升力。我國神舟系列載人飛船使用稀土鎂中間合金開發(fā)的MB26 鎂合金制作電器箱，實(shí)現(xiàn)減重13kg。航空航天和武器裝備上使用的材料工況條件惡劣，經(jīng)常需要在振動(dòng)、沙塵、腐蝕、高溫等苛刻環(huán)境下服役，這使得稀土鎂合金如WE43、WE54被廣泛應(yīng)用于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱和直升機(jī)的變速系統(tǒng)中。我國的殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、機(jī)載雷達(dá)、地空導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星和飛船上均選用了稀土鎂合金構(gòu)件。上海交通大學(xué)采用涂層轉(zhuǎn)移精密鑄造技術(shù)和JDM1 低稀土鑄造鎂合金結(jié)合，成功制備了某型號(hào)輕型導(dǎo)彈艙體和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣，滿足了艙體和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的內(nèi)表面（非加工面）對(duì)光潔度的高要求；采用大型鑄件低壓鑄造技術(shù)和JDM2 高稀土鑄造鎂合金結(jié)合，成功制備了某型直升機(jī)尾部減速機(jī)匣和某型號(hào)導(dǎo)彈殼體。

4.稀土鎂合金在3C 產(chǎn)品中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品簡(jiǎn)稱3C 產(chǎn)品。3C 產(chǎn)品的輕、薄、短、小化趨勢(shì)使得稀土鎂合金的應(yīng)用得到推崇。傳統(tǒng)的3C 產(chǎn)品外殼大都采用塑料材料（如PC、ABS、PC/ABS 等），質(zhì)量雖輕但防電磁波干擾能力不如金屬材質(zhì)。需進(jìn)行后處理，鎂合金所獨(dú)具的輕巧、美觀、電磁屏蔽性能、良好的散熱性、良好的耐腐蝕性、優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛度、良好的手感等優(yōu)良特性使其在3C 產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用快速崛起。目前，聯(lián)想、戴爾、蘋果、東芝、松下和索尼等公司生產(chǎn)的筆記本電腦、手機(jī)、照相機(jī)、攝像機(jī)等的外殼廣泛使用稀土壓鑄鎂合金。提高了外殼的強(qiáng)度和剛度。減少了電磁波對(duì)人體的輻射，其中，應(yīng)用最為廣泛的是AZ91D 鎂合金。

5.稀土鎂合金在石油化工中的應(yīng)用

在石油化工中，由于鎂對(duì)燃料、礦物油和堿等具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，故所開發(fā)的阻燃耐蝕稀土鎂合金可用來制造、貯存和運(yùn)送這類液體的導(dǎo)管、箱體和貯罐。

油氣田鉆井開采時(shí)，壓裂改造是增加低滲透油氣藏的單井產(chǎn)量的最有效的措施，壓裂工具（如壓裂球、橋塞）有利于消除油井回堵現(xiàn)象、提高開采效率，在整個(gè)壓裂過程中起著至關(guān)重要的作用?？扇苄韵⊥伶V合金具有很高的抗壓強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，可以在苛刻的、即插即用以及滑動(dòng)套筒球座應(yīng)用中保持壓力具有可控的腐蝕速率，以確保其使用壽命結(jié)束后可在鹽水環(huán)境中完全溶解。目前主要生產(chǎn)企業(yè)有福建坤孚股份有限公司、上海隆司新材料科技有限公司、蘭州佰思巍信息科技有限公司、中鋁鄭州輕研院等。