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我国研制出最轻金属结构材料

来源:文汇报 作者:韩宏 2017-03-20 18:11:16
  西安交通大学教授柴东朗及团队研制的新型镁锂合金,经过实际应用,具有超轻、高比强度、减震等特性,成为目前世界上最轻的金属结构材料。这是近日媒体关注的一大新闻。

  2016年12月22日,我国成功发射的首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星中的高分辨率微纳卫星,几乎整颗都用了这种新型镁锂合金材料替代铝合金结构材料,大大减轻了自身的结构重量,有效载荷得到显著提高。

  最为绿色环保的革命性材料

  镁锂合金是金属结构材料中密度最低、最轻的特殊合金,被业内称为“超轻合金”。最轻的可以漂在水上,成为“水上漂浮”合金,用于制造航空航天器结构零件。

  镁、锂的密度分别为1.73克/立方厘米、0.53克/立方厘米,这种新型镁锂合金是通过在金属镁中添加锂元素,并附加少量其他合金元素,具备低密度、高比刚度、高比强度的优异力学性能,以及减震、消噪的高阻尼性能和抗辐射、抗电磁干扰性能。

  “镁锂合金是镁合金发展的一个突破点,处于镁合金发展的技术前沿,被称为未来最为绿色环保的革命性材料。”柴东朗介绍,镁合金是金属镁加上其他金属元素组成的合金,被誉为“21世纪绿色金属结构材料”,而镁锂合金是镁合金的一种,具有比普通镁合金更低的密度,是航空航天最有前途的材料。我国镁资源占全球60%以上,原镁的产量占全球70%。我国航空航天的主体材料目前是铝合金。

  “1立方米的铝重2.8吨,1立方米的镁重1.78吨,而1立方米的镁锂合金仅重1.3吨至1.6吨,减重效果明显。”柴东朗说,他们研制的新型镁锂合金,“同样大小,重量只有铝合金的一半,但比强度高于铝合金。与铝合金相比,它能减重40%-50%,与一般镁合金相比,能减重20%-30%。”其阻尼性能优异,其衰减系数是铝合金的十几倍,减震降噪效果好,在屏蔽电磁干扰方面表现突出,填补了我国新材料方面的一项空白。

  陕西省国防科工办组织的专家鉴定委员会一致认为:新型镁锂合金材料具有低密度、高比强度、高塑性等特点,是当今世界上最轻的金属结构材料,可部分替代目前应用于航空、航天领域的铝材及其他铝合金材料,在航空、航天、军工、民用等领域具有广泛的应用前景。总体技术水平达到国内领先、国际先进水平。

  柴东朗及团队研制的镁锂合金材料除应用于高分微纳卫星外,最早在2015年9月25日我国成功发射的“浦江一号”卫星上使用,这是中国卫星首次使用镁锂合金材料。

  总体技术达到国内领先、国际先进水平

  随着全球国防科技工业的快速发展,各国纷纷大力开发高性能轻质结构材料,对火箭、导弹、卫星、战机等实施减重,空间飞行器对重量的“敏感度”已进入“克克计较”时代。业内人士有句口头禅:“卫星重量减少一克,等于节约了一克黄金!”近年来,柴东朗及团队积极探索产学研发展之路,推动成果从实验室走向规模化生产。

  2010年9月,西安交大与民营高新技术企业———西安四方超轻材料有限公司(以下简称四方公司),联合在西安阎良国家航空高技术产业基地,建起中国第一条镁锂合金生产线,轻质高强度镁锂合金材料产业化项目当年投产。项目已列入陕西省新材料产业发展专项规划,国家工信部重点产业振兴项目。

  以四方公司为依托,陕西省在阎良建起镁锂合金工程研究中心,柴东朗担任中心主任。如今,镁锂合金超轻材料已实现批量化生产,可年产100吨,产值达1.5亿元。

  四方公司副总经理张正松告诉记者,经过多年的产学研攻关,他们已在冶炼工艺、质量控制、表面处理、机械加工等方面取得突破性成果,已研制出3个牌号具有自主知识产权的镁锂合金(鉴于强度要求,其密度为1.36克-1.64克/立方厘米),总体技术处于国内领先、国际先进水平。我国首个镁锂合金材料国家标准———《镁锂合金铸锭》也在这里诞生。

  记者发稿前获悉,柴东朗及团队近期又开发出另一种新型镁锂合金。“这种镁锂合金较前者密度更低、比强度更高、用途更广泛,正处于批量化生产前的中试阶段。”柴东朗说。他们还研制了一种表面处理新技术,能使镁合金和镁锂合金的表面具有优良的耐磨性和抗蚀性,已实际应用,该技术目前尚未见有文献报道。

  便携性、轻量化、环保型产品将步入百姓生活

  据了解,镁锂合金是制造轻量化零部件的最佳材料,未来的应用会越来越广泛,便携性、轻量化、环保型的产品将进入人们的生活,部分先进的电子产品已开始采用镁锂合金。

  柴东朗说:“镁锂合金在电子产品、医疗器械、户外器材等领域有着广泛用途,如笔记本电脑、手机、摄像机、照相机的外壳等,都要求轻型化。民用领域产品的研发,将是我们后期的主要方向。”

  “镁合金已进入汽车制造领域,运用于方向盘、仪表盘等;医用镁合金也已开始研制,将来可用来做假肢。”张正松介绍,此外,如通讯基站、散热片、照相机三脚架等,用镁锂合金制造的话,能减轻很多重量。
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