目前,我国工业领域普遍采用镁锆中间合金作为晶粒细化剂,市场现有产品存在锆元素细化效率低(低于40%)、锆颗粒大量沉积、细化剂成本高、杂质含量高以及细化工艺操作不稳定等诸多问题,给实际工业应用带来不小困难。
“镁合金的晶粒尺寸控制技术是对镁合金材料性能调控的根本、显著的技术方法之一,锆元素和稀土元素均为镁合金的有效细化元素,如何充分发挥好这些元素在合金中的作用,是我们一直研究的。
基于前期针对稀土和锆元素对镁合金耦合细化机制的研究成果,包头稀土研究院辅之以全新的冶金工艺制备方法,让分布更密集、体积更小的锆粒子为镁晶核提供更多的附着机会,同时稀土元素加强了结晶过程中镁晶核在锆粒子表面的附着能力,可以实现镁合金晶粒的率细化。
数据显示,稀土镁锆晶粒细化剂中的细化粒子尺寸较传统降低2/3,纳米级颗粒含量占粒子总量的60%以上,颗粒之间无团聚现象。合金材料经细化后,晶粒尺寸可再降低20%,达到35微米以下,晶粒细化效果显著,更细的晶粒将为材料带来更好的力学性能。
目前该产品已经完成小规模生产工艺的研发,产品已经客户使用验证,产品细化效率大于80%,成本较传统镁锆晶粒细化剂降低20%以上。
这项技术对稀土镁合金铸锭产品的产业化意义非凡,它可以有效地减少产品内外金属颗粒的不均匀性,让内外合金颗粒大小基本保持一致,地提高合金的应力水平,让合金更。”
节约成本,性能等同现有材料
伴随新能源汽车以及国内5G通讯的高速发展,更轻、散热性能更好、耐腐蚀性能的轻合金材料市场需求强烈,但对应性能的要求也越发苛刻。
“针对内蒙古地区特有稀土资源优势,我们对镧、铈等稀土元素对镁合金散热性能的作用机制进行研究,开发出系列低成本散热稀土镁合金工程材料,综合性能已等同于现有铝合金散热材料,散热器件的制作成本相比铝合金节约5%以上。”
基于稀土对镁合金散热性能的作用机制和对镁合金的晶粒尺寸控制技术的突破,包头稀土研究院在半连续铸造及冷室压铸的产业化方面取得了新突破。
目前,半连续铸造技术,突破熔体净化细晶技术、低频电磁铸造控制技术、自流式浇铸控制技术等技术,经过技术集成,突破性解决大尺寸稀土镁合金棒材内应力大、径向晶粒尺寸差异大、力学性能不均等技术难点。这项合成技术代表国内的镁合金材料半连续铸造技术,为后续大尺寸、锻造轮毂以及挤压型材的低成本化奠定了技术与产品基础。
包头稀土研究院引进内蒙古地区科研院所中的大吨位冷室压铸系统QC-830,现已实现工业常用泵机电机外壳的压铸制备,具备了300吨/年稀土镁合金薄壁器件制备能力,相比传统重力铸造、砂型铸造等方式,综合效率提升30%,仅人工成本支出一项降低幅度达60%,对稀土镁合金材料的下游终端应用起到有力推进作用,稀土镁合金压铸技术与产品终端市场未来可期。
对未来的技术研发,胡文鑫表示,研发团队将面向通讯工程及民用电子行业的散热镁合金与功能性镁合金材料进行研究;对镁合金材料的低压铸造、半固态成型等加工成型技术进行研发,实现对应器件与制品的示范化应用。
电磁辐射是无色、无味、无形、无所不在的具有较大的危害性,且不易防护的污染源。它不仅影响通讯、干扰电子仪器、设备的正常运行,污染空间环境,甚至直接威胁到人类健康,成为人类生存的隐形“”。下面一起来看下镁合金电磁辐射屏蔽特性。
从定量描述电磁屏蔽材料的屏蔽效果,通常采用屏蔽效能(SE),表示屏蔽材料和屏蔽体结构对屏蔽波的衰退程度。
屏蔽效能定义如下:不存在屏蔽体时某处的电磁场强度 (E0 H0)与存在屏蔽体时同一处的电磁场强度 (ES HS)之比,单位为 (dB):
SE=20 lg0/Es 或SE=20 lg H0/Hs
镁合金电磁辐射屏蔽特性
一般来说,SE 越大,则屏蔽效果越好。从应用方面的评价看,用作常规电子器材的电磁屏蔽材料,在30~100MHZ频率范围内,其屏蔽效果SE值能达到35dB,即具有有效屏蔽效果。当屏蔽效果达到60dB(电磁波能量衰减99.9%)以上时,该屏蔽材料可以用在航空、航天、装备方面应用。
镁合金材料的电磁屏蔽效能从低频到高频区域的屏蔽效能在68~72Db之间,在整个宽频间屏蔽效能、平稳,波动差值很小。屏蔽效能良好,达到电磁波屏蔽效能(SE)的分等标准 4级(优良),能在航空、航天、设备等上使用,超过了GB/T18387-2001《电动汽车的磁场强度测量方法及限值》中规定限值47.4dB的要求,完满足电动汽车的电磁辐射屏蔽的要求。
镁合金棒材可广泛应用于航空航天、高铁、3C数码、汽车零部件、LED、电动工具、自行车等领域,下面一起来看下镁合金棒材棒材的熔化工艺。
镁合金棒材的熔化工艺
1. 可将镁锭预热到150℃以上的预热熔炉
2. 加锭到熔化炉中的设备
3. 一个熔化系统
4. 熔炉的坩埚为中碳钢,外包一层耐热钢;
5. 料液的传输采用电加热的不含镍耐热钢管完成
6. 将料液加入压铸机内可通过下列各设备进行,如手动给汤、虹吸管、气泵、活塞泵、电磁泵等;
7. 熔炉上配有盖子。上面有必需的温度测量、液面控制、输料管、给汤泵、保护气体系统,以及用来检查及清洁熔炉的开口。
镁合金棒材的预热温度为150℃~350℃。水的沸点为100℃,所以低为150℃,随着温度的升高,镁合金棒材的化学性质越来越活跃,很容易发生化学变化(氧化)。当镁合金棒材加热到350℃时,应加保护气体保护。
镁合金棒材熔炉:镁合金棒材可在用电热丝、油或气加热的熔炉中熔化。因气价低廉,美国普遍使用气热炉。然而,因为气热炉上垢块会导致坩埚磨损及水气形成的弊端,现正大量使用电热炉。在欧洲,电热炉占主导地位。电热炉操作简单,能控制温度。在熔炉内部和发热元件附近都安装了热电偶来防止过度加热。