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镁合金工业化应用现状

镁合金工业化应用现状

​​1 我国镁合金材料发展现状

我国镁材料起步于20世纪50年代末期,起初以军事用途为主。经过50多年的发展,特别是近10年的联合科技攻关,无论原镁冶炼产量、出口量,还是国内消费量以及经济效益等方面都取得了举世瞩目的成就,已经初步形成了包括镁及镁合金生产、镁合金深加工、产品开发与应用及装备制造等相对完整的镁合金产业链,并在全国形成了多个各具特色的镁产业基地和产业集群。

以师昌绪和李恒德院士为首的科学家,在2000年联名倡议从国家层面大力支持镁的研究,推动镁合金高端产业价值链的形成。目前,已初步形成了从原材料到深加工再到应用的完整镁产业链,初步建立了从基础研究到应用研究再到产品开发的完整科研开发体系,突破了一批前沿核心技术和产业化关键共性技术,在全国建立了一批产业化示范基地。我国不仅是原镁第一生产国和出口国,而且是科研大国。

随着我国镁加工产业链的形成和发展,近年来,我国金属镁的消费量保持持续迅速增长态势。从2007年起,我国成为世界第一大镁消费国,占全球镁消费量的1/3,成为全球最具潜力的镁消费市场。在中国镁合金快速发展和原材料优势的带动下,国外很多拥有镁合金技术优势的公司纷纷到中国投资建立镁合金压铸厂,生产汽车、摩托车和3C产品等镁合金零部件。随着越来越多的来自我国台湾地区和北美、欧洲及日本等的镁加工企业将产业基地转移到中国内地并扩大其生产规模,我国正在成为世界镁合金产业加工制造基地。

2 镁合金工业化应用主要技术进展

2.1原镁冶炼技术取得的新进展

镁合金冶炼所用的方法一般为电解法和皮江法。我国原镁生产企业基本上采用横罐还原炉,直接燃煤方式使得生产能耗高。南京云海特种金属有限公司开发了“大直径竖式还原罐炼镁技术”,采用竖罐,底部出渣还原炉技术,能够使球料快速受热升温,且工艺操作更简便,缩短了镁料进出炉时间,也进一步增加了热能利用。同时,在镁冶炼过程采用双蓄热器式镁还原炉和余热利用系统,加上广泛采用炉料预热,使热能得到充分利用,吨镁生产能耗由原来的10t标煤降到5t标煤以下,环境污染也得到了有效治理,烟气含尘量≤100mg/m3。

我国还开发了镁废料回收利用成套技术,每吨再生镁合金总燃料平均消耗只有0.328t标煤,金属回收率达到98.2%,熔剂渣残金属回收率由50%提高到95.7%。

原镁生产企业研制出利用镁渣制造水泥的技术:镁渣添加比率为30%~32%,吨水泥镁渣利用量≥300kg,现已达到日产镁渣水泥熟料2500t,年可消化炼镁还原废渣30万吨,废渣达到零排放。

经近10年的努力,我国皮江法原镁冶炼技术向前推进了一大步,初步改变了原镁生产能耗高、污染严重的景象。

2.2镁合金型材、板材成形加工技术有突破

镁合金由于其流动性、充型性能好,适于采用压铸成形,且成本低。目前,我国镁合金部件约90%以上采用压铸方式生产,现有的一些镁合金企业也基本都在做铸造镁合金,但由于铸态缺陷又限制了镁合金材料的应用。因此,亟待开发镁合金变形加工技术。近几年,主要进行了型材和板材成形技术的开发工作。

东北大学等采用电磁铸造方法,突破了大型镁合金铸造锭坯的制备技术,获得了表面光洁、内部晶核细化的ф500 mm大型镁合金铸锭,表面车削量为1.5 mm时已经能够满足后续加工要求。

在镁合金型材的开发中,我们重庆大学研制出外接圆直径为368 mm的镁合金薄壁中空大型材。同时开发了镁合金快速挤压技术,镁合金管材的挤压速度可达到4~8m/min,棒材达到20 m/min以上。

山西闻喜银光镁业(集团)有限公司致力于镁合金深加工产品的研发与生产,实现银光集团的转型跨越发展。目前,代表中国镁产业发展方向的七条深加工生产线已全部实现产业化生产(包括压铸、挤压、锻压、轧板、铸造等全产业链),形成门类齐全、技术完整的镁深加工体系,成为全国镁行业规模最大、品种最全的深加工企业。并开发出镁合金连续铸轧及成卷技术,建成了宽幅600 mm、厚度0.5~9mm的板材生产线,并形成年产板带3000t的商品化生产能力(如图1)。在镁合金轧制成型及卷曲方面取得了重大突破。





图1镁合金轧制成型及卷曲产品

古交市银河镁业有限公司是一家专注于研发镁合金型材加工新工艺、新技术、新设备、新产品及产业化生产的高新技术企业,与上海交通大学合作申报的“新型可控降解骨修复用高强韧医用镁合金材料关键技术及产品研发项目”,被列入国家科技部2015年度“863计划”项目。公司的产品主要涉及康复辅具、医疗器械、交通用具等领域,公司的康复轮椅系列产品,填补了镁合金在“康复领域应用的空白”,山西省食品药品监督管理局颁发给这家公司的“镁合金轮椅生产许可证”和“镁合金轮椅注册证”为目前国内唯一镁合金轮椅生产资质企业。下图为古交市银河镁业有限公司生产的镁合金轮椅(如图2),整体重量仅有10斤左右,非常轻便。



图2镁合金轮椅

刚刚成立不久的句容百利镁合金材料科技有限公司(大家可能没听过,去年小编在这里实习了一个多月呢)以生产稀土镁合金型材(如图3)为主。公司的产品主要涉及镁合金挤压管材,镁合金自行车架、立杆、曲柄,锻造板材,散热片等。同时该公司在镁合金焊接技术方面做得比较好,镁合金氩弧焊可以使焊接损失控制到5%以下,平焊可以使焊接损失控制在10%以下。







图3 稀土镁合金型材

有一件举世瞩目的事情。去年我国第一条镁合金汽车轮毂生产线,也是世界上第一条真正实现工业化生产的镁合金汽车轮毂生产线(如图4),8月14日在位于河南省长葛市的德威科技股份有限公司正式投产,并与美国THMagnesium公司签订20亿元供货合同。此次签约意味着中国首个镁合金汽车轮毂百万生产项目落户长葛,长葛将有望成为全球汽车装备行业的新兴基地,成为全球汽车产业链条上的重要一环。德威股份拥有目前我国唯一的镁合金汽车轮毂一次正反锻压工艺专利。德威股份产业将转型升级跨入镁合金汽车轮毂制造行业。





图4 镁合金汽车轮毂生产

2.3镁合金大型复杂件的开发与应用

东风汽车、一汽、重庆长安、奇瑞汽车等已开发和生产变速箱壳体、真空助力器中间隔板、制动阀体、方向盘骨架、气阀室罩盖等50多种镁合金零件,累计生产各类零部件超过800万件。一汽、重庆长安、东风汽车等汽车公司还开展了大型复杂压铸件的结构设计、强度分析、压铸工艺优化、压铸模具开发的并行研究,实现了镁合金座椅骨架、油底壳、链轮室罩盖等压铸件在自主品牌B级车—奔腾轿车等新车型上的同步开发。

成发集团铸造公司采用砂型铸造技术,开发出平台、音圈等大型镁合金砂型铸件,突破了熔体压头轻、易于氧化燃烧等一系列难题。其中,镁合金振动平台的最大尺寸达到1800mm×2200mm,最大质量达到1200kg。

镁合金板材连铸轧新技术和型材挤压技术的突破,为镁合金材料作为结构材料的推广应用打下了基础。

2.4镁合金工业化应用小结



3 结语

我国是世界上镁资源最丰富的国家之一,也是世界上镁的生产及出口大国。目前,我国的镁合金板带已经成功应用在航空、航天、汽车、五金、交通等领域。虽然还处于起步阶段,但随着镁合金加工处理工艺的进一步改善,成本进一步下降,在不远的将来,这种环保、轻便的金属将真正走进大众的生活。

在日益严重的资源和环境双重压力下,镁合金作为目前工程应用中最轻和尚未被全面开发的金属材料,正受到前所未有的关注。同时随着我们材料人的不断努力,我们重庆大学的国家镁合金材料工程技术研究中心作为世界上最大的镁合金研究机构,也一定会在推动我国镁合金产业发展的道路上奉献更多的力量。

​来源:重庆大学材料研究生​​​​

发布于 2018-10-10

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