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我國(guó)科學(xué)家研制出世界上最輕金屬結(jié)構(gòu)材料——新型鎂鋰合金

2017-03-29 11:29:58 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：國(guó)際金屬在線分享至：

西安交通大學(xué)教授柴東朗及團(tuán)隊(duì)研制的新型鎂鋰合金，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，具有超輕、高比強(qiáng)度、減震等特性，成為目前世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。這是近日媒體關(guān)注的一大新聞。

▲柴東朗（右）在給研究生講解鎂鋰合金的加工特性。（西安交大供圖）

2016年12月22日，我國(guó)成功發(fā)射的首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中的高分辨率微納衛(wèi)星，幾乎整顆都用了這種新型鎂鋰合金材料替代鋁合金結(jié)構(gòu)材料，大大減輕了自身的結(jié)構(gòu)重量，有效載荷得到顯著提高。

▲CO2 探測(cè)儀初樣照片

▌最為綠色環(huán)保的革命性材料

鎂鋰合金是金屬結(jié)構(gòu)材料中密度最低、最輕的特殊合金，被業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“超輕合金”。最輕的可以漂在水上，成為“水上漂浮”合金，用于制造航空航天器結(jié)構(gòu)零件。

鎂、鋰的密度分別為1.73克/立方厘米、0.53克/立方厘米，這種新型鎂鋰合金是通過(guò)在金屬鎂中添加鋰元素，并附加少量其他合金元素，具備低密度、高比剛度、高比強(qiáng)度的優(yōu)異力學(xué)性能，以及減震、消噪的高阻尼性能和抗輻射、抗電磁干擾性能。

“鎂鋰合金是鎂合金發(fā)展的一個(gè)突破點(diǎn)，處于鎂合金發(fā)展的技術(shù)前沿，被稱(chēng)為未來(lái)最為綠色環(huán)保的革命性材料。”柴東朗介紹，鎂合金是金屬鎂加上其他金屬元素組成的合金，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”，而鎂鋰合金是鎂合金的一種，具有比普通鎂合金更低的密度，是航空航天最有前途的材料。我國(guó)鎂資源占全球60%以上，原鎂的產(chǎn)量占全球70%。我國(guó)航空航天的主體材料目前是鋁合金。

“1立方米的鋁重2.8噸，1立方米的鎂重1.78噸，而1立方米的鎂鋰合金僅重1.3噸至1.6噸，減重效果明顯。”柴東朗說(shuō)，他們研制的新型鎂鋰合金，“同樣大小，重量只有鋁合金的一半，但比強(qiáng)度高于鋁合金。與鋁合金相比，它能減重40%-50%，與一般鎂合金相比，能減重20%-30%。”其阻尼性能優(yōu)異，其衰減系數(shù)是鋁合金的十幾倍，減震降噪效果好，在屏蔽電磁干擾方面表現(xiàn)突出，填補(bǔ)了我國(guó)新材料方面的一項(xiàng)空白。

陜西省國(guó)防科工辦組織的專(zhuān)家鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：新型鎂鋰合金材料具有低密度、高比強(qiáng)度、高塑性等特點(diǎn)，是當(dāng)今世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，可部分替代目前應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域的鋁材及其他鋁合金材料，在航空、航天、軍工、民用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。

柴東朗及團(tuán)隊(duì)研制的鎂鋰合金材料除應(yīng)用于高分微納衛(wèi)星外，最早在2015年9月25日我國(guó)成功發(fā)射的“浦江一號(hào)”衛(wèi)星上使用，這是中國(guó)衛(wèi)星首次使用鎂鋰合金材料。

▌總體技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平

隨著全球國(guó)防科技工業(yè)的快速發(fā)展，各國(guó)紛紛大力開(kāi)發(fā)高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，對(duì)火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、戰(zhàn)機(jī)等實(shí)施減重，空間飛行器對(duì)重量的“敏感度”已進(jìn)入“克克計(jì)較”時(shí)代。業(yè)內(nèi)人士有句口頭禪：“衛(wèi)星重量減少一克，等于節(jié)約了一克黃金！”近年來(lái)，柴東朗及團(tuán)隊(duì)積極探索產(chǎn)學(xué)研發(fā)展之路，推動(dòng)成果從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化生產(chǎn)。

2010年9月，西安交大與民營(yíng)高新技術(shù)企業(yè)——西安四方超輕材料有限公司　（以下簡(jiǎn)稱(chēng)四方公司），聯(lián)合在西安閻良國(guó)家航空高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，建起中國(guó)第一條鎂鋰合金生產(chǎn)線，輕質(zhì)高強(qiáng)度鎂鋰合金材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目當(dāng)年投產(chǎn)。項(xiàng)目已列入陜西省新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，國(guó)家工信部重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興項(xiàng)目。

以四方公司為依托，陜西省在閻良建起鎂鋰合金工程研究中心，柴東朗擔(dān)任中心主任。如今，鎂鋰合金超輕材料已實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，可年產(chǎn)100噸，產(chǎn)值達(dá)1.5億元。

四方公司副總經(jīng)理張正松告訴記者，經(jīng)過(guò)多年的產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)，他們已在冶煉工藝、質(zhì)量控制、表面處理、機(jī)械加工等方面取得突破性成果，已研制出3個(gè)牌號(hào)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鎂鋰合金　（鑒于強(qiáng)度要求，其密度為1.36克-1.64克/立方厘米），總體技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)首個(gè)鎂鋰合金材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——《鎂鋰合金鑄錠》　也在這里誕生。

柴東朗及團(tuán)隊(duì)近期又開(kāi)發(fā)出另一種新型鎂鋰合金。“這種鎂鋰合金較前者密度更低、比強(qiáng)度更高、用途更廣泛，正處于批量化生產(chǎn)前的中試階段。”柴東朗說(shuō)。他們還研制了一種表面處理新技術(shù)，能使鎂合金和鎂鋰合金的表面具有優(yōu)良的耐磨性和抗蝕性，已實(shí)際應(yīng)用，該技術(shù)目前尚未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道。

▌便攜性、輕量化、環(huán)保型產(chǎn)品將步入百姓生活

據(jù)了解，鎂鋰合金是制造輕量化零部件的最佳材料，未來(lái)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，便攜性、輕量化、環(huán)保型的產(chǎn)品將進(jìn)入人們的生活，部分先進(jìn)的電子產(chǎn)品已開(kāi)始采用鎂鋰合金。

柴東朗說(shuō)：“鎂鋰合金在電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械、戶(hù)外器材等領(lǐng)域有著廣泛用途，如筆記本電腦、手機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)的外殼等，都要求輕型化。民用領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)，將是我們后期的主要方向。”

“鎂合金已進(jìn)入汽車(chē)制造領(lǐng)域，運(yùn)用于方向盤(pán)、儀表盤(pán)等；醫(yī)用鎂合金也已開(kāi)始研制，將來(lái)可用來(lái)做假肢。”張正松介紹，此外，如通訊基站、散熱片、照相機(jī)三腳架等，用鎂鋰合金制造的話，能減輕很多重量。

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責(zé)任編輯：汪玉玲

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