制造汽车车架和面板用高强度镁合金的新技术

一种制造用于商用车车架或汽车面板的高强度镁合金的新技术，现已被北卡罗来纳州立大学的研究人员开发出。镁合金通过热轧法实现晶体层的堆垛层错现象(stacking faults)，产生的效果是镁合金的屈服强度(yield strength)达到575 兆帕，极限强度(ultimate strength)达到600 兆帕，延展性等级为中(5.2%均匀伸长率)。

 

纳米间距堆积层错是层状结构晶格中常见的一种面缺陷，它是晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面(称为层错面)两侧附近原子的错误排布。

 

由于镁金属储量丰富、密度较低、可铸性强、循环利用率高，镁以及镁合金在近几年被逐渐应用于汽车面板制造中。然而，镁合金的强度不足在很大程度上限制了其应用，普通镁合金的拉伸屈服强度为100-250 兆帕，平均伸长率为2%-8%。

 

除了传统沉淀强化(precipitation control)工艺，增强镁合金强度主要依靠两种手段：第一种，晶粒细化。晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。目前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体，增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化。通过这种方法，铝合金的屈服强度将达到最高600 兆帕，并形成均匀分布长期有序结构。 另一种增强铝合金强度的方法能够用来获得超细晶粒(直径小于1 微米)。高浓度晶界(GBs)存在于超细晶粒的微观结构中形成晶粒原子位移的屏障，限制分子运动，从而提高了镁合金的强度。但此方法对屈服强度的提升作用并不大，往往只能从250 兆帕提升到400 兆帕左右。此外，虽然位错滑移(dislocation slip)是提升铝合金延展性和强度的有效方法，但细化晶粒会抑制形变双晶(deformation twinning)的原有属性，导致超细化晶粒在低温环境下强度降低，不利于进一步加工成型。

 

研究人员选择镁合金、钆(gadolinium)、钇(yttrium)、银和锆(zirconium)等材料均能够通过热轧法形成纳米间距堆垛层错结构。高密度的层错结构允许材料进一步的加工和成型。理论上，新型铝合金的强度为传统铝合金的两倍，其重量则只有钢材的一半，非常适合运用于运输车辆的车架或汽车面板中。

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】