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【镁科研】2018-2019年世界镁及镁合金研究新进展

浏览:356 发表时间:2020-05-08 11:21:13

综述概要

镁及镁合金的重要性越来越受到全球的广泛关注,全球镁及镁合金研究者的人数大幅度增加。过去十多年来,全球镁合金研究学者通力协作,致力于拓展镁合金的大规模产业化应用,解决镁合金强度偏低、塑性较差、耐蚀性较差、加工变形困难、降解速率快、充放电窗口较窄等问题,已经取得了一系列重要进展。例如,开发了一批强度大于500MPa,塑性高于30%的高性能镁合金。尽管如此,镁合金的大规模应用依然面临着强塑性难以平衡和制备加工难带来的挑战。

重庆大学潘复生院士团队与加拿大陈道伦院士总结了近两年来镁及镁合金在铸造镁合金、变形镁合金、镁基功能材料、镁合金制备加工技术、镁合金腐蚀与防护、镁合金国际标准方面的重要进展,指出了目前镁合金研究还存在的问题和挑战,为今后镁合金的发展方向提出了具体建议。

  1. 近年来开发了一大批新型变形镁合金,其中,中国、英国和日本开发的MG9999, MAQ80, MAL32, MAT11, MAT61, MAJ31, MAZ31c, MVWZ641, MVWE751, MVW83, MVWZ842, MVK41, MLAZ433, MLAZ1033, MWEK711, MWEK911, MZAC811, MZC20, MZME210, MZM51, MWE43c, MVW76,MAX51, MAX61, MAX62, MAM60, MAZ91, MAXZ311, MAXZ611, MXAZ621, MAXZ811, MAXZ911, MAXZ921, MLZ91, MWZ73, MWZ75等一批合金已在2018年成为国际标准牌号。
  2. 随着析出强化、细晶强化等研究工作的进一步深化,镁合金强度在2018-2019年进一步提升,屈服强度的改善特别明显。部分合金的抗拉强度超过560 MPa, 部分合金的屈服强度达到540MPa以上。低无稀土高强度镁合金的发展进展更加突出,例如Mg–5Al–3Ca–0.3Mn合金的抗拉强度达到450MPa,屈服强度达到420MPa,断裂延伸率为4.1%。
  3. “镁合金固溶强化增塑”合金设计理论的提出为高塑性镁合金的发展建立了重要的理论基础,已成为解决镁合金强度和塑性平衡优化的一条新途径。配合晶粒细化、长程有序相等控制,高塑性镁合金的发展在2018-2019年有了重要的突破,一批高塑性镁合金体现了重要的应用潜力。例如开发的Mg–1Mn–0.5Al 合金的断裂延伸率达到33.4%,抗拉强度达到263MPa。
  4. 镁合金的制备与加工技术在2018-2019年进一步优化。其中,非对称加工技术的理论和工艺有了新的突破。一批新型制备加工技术体现了重要的应用前景,例如熔体自纯化技术、磁场辅助铸造技术、低温挤压技术、在线扭转挤压技术、复合挤压技术等。
  5. 镁基复合材料有望为提高镁合金强度、改善镁合金弹性模量提供一个新途径。在2018-2019,公开的结果已显示SiC增强AZ91复合材料的强度达到441MPa,杨氏模量达到60GPa。
  6.  镁功能材料的发展潜力巨大,将成为镁及镁合金突破和应用热点。其中,储氢材料、电池材料、生物材料等进展迅速,和传统同类型材料竞争的性能优势已开始体现,有望成为新材料领域的重要增长点。
  7. 和传统材料相比,镁合金的综合性能还需要进一步提高。例如,超高强铸造镁合金的抗拉强度强度须提高到400MPa以上,而塑性须保持在7-10%以上;超高强度变形镁合金的抗拉强度强度须提高到600MPa以上,而塑性同样须保持在7-10%以上;高弹性模量镁合金的弹性模量须和铝合金接近;高耐蚀镁合金的耐蚀性须满足大多数场合的应用要求等。
  8. 镁及镁合金的基础研究需要进一步加强。准确的镁合金相图严重不足,镁合金中各种扩散系数、导热系数、活度系数等基础数据等严重缺乏,析出相的晶体结构、析出行为等第二相的研究还不够充分,镁合金连接技术的研究还非常有限等。

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文章发表


该综述发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2020年第8卷第1期:

[1] J. Song, J. She, D. Chen, F. Pan, Latest research advances on magnesium and magnesium alloys worldwide, Journal of Magnesium and Alloys 8(1) (2020) 1-41.


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中文摘要


近两年来,高性能铸造镁合金、高性能变形镁合金、镁基复合材料、先进铸造技术、先进加工技术和镁基功能材料(如镁离子电池、储氢镁材料、生物镁合金等)取得了重要进展。重庆大学、上海交通大学、中国科学院、亥姆霍兹研究所、昆士兰大学、布鲁内尔大学等为新型镁合金及其制备加工技术的发展做出了重要贡献。本文旨在总结2018-2019两年全球范围内,铸造镁合金、变形镁合金和镁基功能材料领域在新材料开发及制备加工技术创新的重要进展。此外,在总结镁合金研究目前存在问题和挑战的基础上,提出了今后的研究方向,包括进一步开发低成本、高强、高塑性、高耐蚀镁合金,加强相图、扩散、析出相等方面的基础研究,以及发展先进焊接和连接技术。


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Abstract


In the past two years, significant progresses have been achieved in high-performance cast and wrought magnesium and magnesium alloys,magnesium-based composites, advanced cast technologies, advanced processing technologies, and functional magnesium materials, such asMg ion batteries, hydrogen storage Mg materials, bio-magnesium alloys, etc. Great contributions to the development of new magnesium alloysand their processing technologies have been made by Chongqing University, Shanghai Jiaotong University, Chinese Academy of Sciences,Helmholtz Zentrum Geesthacht, Queensland University, Brunel University, etc. This review paper is aimed to summarize the latest importantadvances in cast magnesium alloys, wrought magnesium alloys and functional magnesium materials worldwide in 2018–2019, including boththe development of new materials and the innovation of their processing technologies. Based on the issues and challenges identified here,some future research directions are suggested, including further development of high-performance magnesium alloys having high strengthand superior plasticity together with high corrosion resistance and low cost, and fundamental research on the phase diagram, diffusion,precipitation, etc., as well as the development of advanced welding and joining technology.


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