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2018日本镁工业现状及应用进展

浏览:312 发表时间:2019-08-14 09:18:14
摘要:介绍了日本镁业协会(JMA)的活动,在镁的方面的研究进展、镁的应用现状和材料发展等信息。JMA有19个专业委员会。新成立了焊接、电池和精炼三个专业委员会。其中,汽车应用推广委员会、汽车锻件材料应用研究委员会、高速铁路镁结构件实际应用委员会正在积极开展工作。随着技术的进步,研究了铜镁合金在二次电池负极上的应用,证实了铜镁合金作为二次电池负极的巨大潜力。
前言:
日本的镁消费量占世界的4-5%,低于全球工业生产10%的比例。因此,日本镁的应用领域还有进一步扩大的空间。许多制造商正试图扩大他们的应用。这些制造商不仅包括日本镁协会的成员,还包括许多成员以外的制造商。许多公司从日本政府获得补贴,并正在力求开发镁的应用。本文介绍了日本镁工业的现状及应用进展。我特别提到了镁电池的最新进展。
日本的镁供需:
日本的供需情况如下:
进口量以日本财务省的贸易统计数据为基础。需求数字由JMA成员的估计数字补充。
日本镁供应量为33545吨,同比下降14.1%,其中97.5%来自中国,其余来自土耳其、俄罗斯、英国和以色列。虽然镁合金制品和镁粉镁粒的进口增加了,但镁锭和镁合金的进口却减少了。
日本镁供应量(进口)

2012201320142015201620172018
镁制品54178922872275235522322384
镁粉粒5295457041824088374334274162
镁锭及合金32100282533259731902302763236626997
合计37936336123901638265363743802533543
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
镁制品
541
789
2287
2275
2355
2232
2384
镁粉粒
5295
4570
4182
4088
3743
3427
4162
镁锭及合金
32100
28253
32597
31902
30276
32366
26997
合计
37936
33612
39016
38265
36374
38025
33543
日本2007年的需求峰值为4.7万吨,但在雷曼破产后的第二年,日本需求在2009年大幅下降。自此以后,于2010年开始复苏,并显示出近4万吨的稳定需求量。
日本镁协会JMA的活动:
截至2018年,JMA由102名正式会员、18名支持性会员和83名个人会员组成。日本镁协会员构成多元化,其中镁用户占15%,贸易公司占14%,从事压铸的企业占13%,表面处理占11%,铸造企业占7%,变形加工企业占11%,回收企业占2%,设备企业占11%,加工7%,从事材料研发的7%,还有几家协会会员。
JMA的框架结构如图所示。JMA有16个专业委员会。
新成立了焊接技术、电池和精炼委员会。
电池分委会将对原镁电池制定标准的评价方法。近期,由于自然灾害频发,导致日本对电池的需求量增大。
精炼小组委员会将研究和开发镁的冶炼工艺,涉及利用海水淡化过程中产生的冷凝海水或制氢过程中产生的氧化镁的炼镁工艺。
日本镁协组织结构
去年主要活动的如下:
(1)研讨会、讲座等活动
JMA举办了6次技术研讨会,2次安全及焊接培训。每次讲座大约有30人参加。JMA在日本每年举办两次的高性能金属博览会(High-functional Metal Expo)上获得了一个展位,并一直在帮助会员企业展示自己的产品。
(2) 专业分会活动
主要小组委员会的活动如下。
i)扩大汽车应用委员会(压铸)
本委员会就下列项目进行了工作。
< 1>试制开发的合金零件
< 2>评价方法(标准化)共享
< 3>开发了使用低成本防火气体的连铸机
由于去年的活动,已取得下列结果:
通过添加钙,研制出一种高韧性、阻燃性的合金,并利用该合金进行了方向盘的试验研究。另外,制作了一台样机,对问题进行了研究,并正在进行修改。
ii)扩大变形镁合金在汽车应用委员会
从汽车车身各种合金的力学性能、耐蚀性、韧性等基本性能文献中收集数据,对几种合金的性能进行基础试验研究。因此,小组委员会选择了一些合金,并将准备在今年做一个引擎盖。
iii)高铁车辆基本结构件利用技术委员会
高铁车辆模型
镁协会委员会成员参加了创新结构材料协会(ISMA)的活动,并在去年制作了一辆1米长的模型车,如照片1所示。该模型是结合去年活动中获得的阻燃镁合金、加工与连接技术、防腐技术以及大型结构制造技术而完成的。从今年起,计划制造更长的车辆,并将目标付诸实际,包括在高速铁路车辆上应用阻燃镁合金。具体来说,他们将仿照目前的新干线列车制作一个5米长的车身结构,并在假定实际操作环境的条件下进行疲劳试验,以验证长期使用的可靠性和安全性。
(2) 标准化
JMA与日本标准协会合作,修订JIS(日本工业标准)《锻件用镁合金》。
(3)腐蚀
目前正在南部岛屿进行长期接触试验。在过去的一年,做了5年后的中期评估。结果将于今年发布。
拓展应用:
(1)原电池
日本有许多自然灾害。去年北海道发生了一次大地震。那时,这个地区的所有电力都停止了。当时的一个主要问题是无法给手机充电。人们在市政厅或其它有电的地方,排队长达几个小时为手机充电。从这些经验来看,对应急电源的需求进一步增加。在日本,几家公司已经推出了小型镁电池。如照片所示。最近,保险公司已经开始使用这种镁电池。
如照片所示,MGV电池是一个大电池。该电池可定制,容量12V ~ 18V,电流2.5A ~ 5.0A,功率30W ~ 90W,更换盐水后可使用24小时,而更换镁棒可使用36小时。医院的需求也在增长。
(2) 汽车
压铸件正在以4%的速度增长。尽管目前尚未有大的应用渠道,但汽车行业的应用成为主流。用于汽车的小部件项目也得到了投资,应用也在扩大。
(3) 其它
作为一种独特的合金,碳增强镁合金得到了广泛的应用。该合金是用触模注射法将碳固定在镁片上制成的,其强度高于AZ91,可铸性好,内部缺陷小。这种合金适用于笔记本电脑和照相机部件.
(4) 线材及其它
目前,开发了用纯镁制成的极细线材,譬如,直径为0.03 mm或0.025 mm。
另外,也开发了激光处理支架。
先进技术:
二次电池
去年,镁二次电池负极的研究取得了很大的进展。研究表明,铜镁合金作为镁二次电池的负极极具潜力1)。研究发现,金属间化合物Mg2Cu在添加铜的镁合金中结晶,形成晶核,促进了镁的析出。下图为添加铜的镁合金与常规AZ31合金充放电后的表面形貌。在添加铜的合金表面,可以看到许多晶粒,而在常规的AZ31中则无晶粒。此外,可以看出引起锂离子电池问题的枝晶并没有析出。下图中还有是添加铜合金和AZ31的充放电曲线。在AZ31中,当反复充放电时,电荷侧的电位降低,而在铜合金中,几十次充放电的电位曲线基本相同。这种行为已经通过200次的充放电次数所证实。
充放电后的表面形貌
充放电曲线
本实验用活性炭作为正极。目前,只有活性炭作为镁二次电池的正极,可以反复充放电。活性炭具有较小的电容(43 mAh/g),本实验的重复电容也为14 mAh/g。
综上所述,虽然发现了具有镁二次电池负极材料突出特点的候选材料,但开发正极材料将成为未来的研究课题。
结论:
日本的镁市场并不大,但有很多公司在寻求新技术和新应用。近年来,电池的研究与开发十分活跃,许多类型的一次电池已投入实际使用。
此外,在二次电池中,开发了具有高电位的合金作为负极金属。
许多研究人员正在为未来寻找新的应用,预计它们将在不久的将来有所成就。
(作者:Kazumasa Yamazaki 博士, 日本镁业协会
编译整理:尚镁网)

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