Το κράμα μαγνησίου έχει τα χαρακτηριστικά του ελαφρού βάρους, της υψηλής ειδικής ακαμψίας, της υψηλής απόσβεσης, της μείωσης των κραδασμών και του θορύβου, της αντοχής στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, της μηδενικής ρύπανσης κατά την επεξεργασία και την ανακύκλωση κ.λπ., και οι πόροι μαγνησίου είναι άφθονοι, γεγονός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για βιώσιμη ανάπτυξη. Ως εκ τούτου, το κράμα μαγνησίου είναι γνωστό ως «ελαφρύ και πράσινο δομικό υλικό του 21ου αιώνα». Αυτό αποκαλύπτει ότι με την ορμή του ελαφρού βάρους, της εξοικονόμησης ενέργειας και της μείωσης των εκπομπών στη μεταποιητική βιομηχανία τον 21ο αιώνα, η τάση ότι το κράμα μαγνησίου θα διαδραματίσει σημαντικότερο ρόλο δείχνει επίσης ότι η βιομηχανική δομή των παγκόσμιων μεταλλικών υλικών, συμπεριλαμβανομένης της Κίνας, θα αλλάξει. Ωστόσο, τα παραδοσιακά κράματα μαγνησίου έχουν ορισμένες αδυναμίες, όπως η εύκολη οξείδωση και καύση, η έλλειψη αντοχής στη διάβρωση, η κακή αντοχή σε ερπυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες και η χαμηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες.
Η θεωρία και η πράξη δείχνουν ότι οι σπάνιες γαίες είναι το πιο αποτελεσματικό, πρακτικό και πολλά υποσχόμενο στοιχείο κράματος για την υπέρβαση αυτών των αδυναμιών. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να αξιοποιηθούν οι άφθονοι πόροι μαγνησίου και σπάνιων γαιών της Κίνας, να αναπτυχθούν και να αξιοποιηθούν επιστημονικά, καθώς και να αναπτυχθεί μια σειρά από κράματα μαγνησίου σπάνιων γαιών με κινεζικά χαρακτηριστικά, μετατρέποντας τα πλεονεκτήματα των πόρων σε τεχνολογικά και οικονομικά πλεονεκτήματα.
Η εφαρμογή της επιστημονικής αναπτυξιακής ιδέας, η αειφόρος ανάπτυξη, η εφαρμογή της νέας οδού εκβιομηχάνισης που εξοικονομεί πόρους και είναι φιλική προς το περιβάλλον, και η παροχή ελαφρών, προηγμένων και χαμηλού κόστους υλικών υποστήριξης από κράμα μαγνησίου σπάνιων γαιών για την αεροπορία, την αεροδιαστημική, τις μεταφορές, τις βιομηχανίες "Τρεις Γ" και όλες τις μεταποιητικές βιομηχανίες έχουν γίνει τα hot spots και τα βασικά καθήκοντα της χώρας, της βιομηχανίας και πολλών ερευνητών. Το κράμα μαγνησίου σπάνιων γαιών με προηγμένη απόδοση και χαμηλή τιμή αναμένεται να γίνει το σημείο ανακάλυψης και η δύναμη ανάπτυξης για την επέκταση της εφαρμογής του κράματος μαγνησίου.
Το 1808, ο Humphrey Davey διαχώρισε για πρώτη φορά τον υδράργυρο και το μαγνήσιο από αμάλγαμα και το 1852 ο Bunsen ηλεκτρολύθηκε για πρώτη φορά το μαγνήσιο από χλωριούχο μαγνήσιο. Έκτοτε, το μαγνήσιο και το κράμα του βρίσκονται στην ιστορική σκηνή ως νέο υλικό. Το μαγνήσιο και τα κράματά του αναπτύχθηκαν αλματωδώς κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής αντοχής του καθαρού μαγνησίου, είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί ως δομικό υλικό για βιομηχανικές εφαρμογές. Μία από τις κύριες μεθόδους για τη βελτίωση της αντοχής του μεταλλικού μαγνησίου είναι η κραματοποίηση, δηλαδή η προσθήκη άλλων ειδών στοιχείων κράματος για τη βελτίωση της αντοχής του μεταλλικού μαγνησίου μέσω στερεού διαλύματος, καθίζησης, βελτίωσης των κόκκων και ενίσχυσης με διασπορά, έτσι ώστε να μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ενός δεδομένου εργασιακού περιβάλλοντος.
Είναι το κύριο στοιχείο κράματος του κράματος μαγνησίου σπάνιων γαιών και τα περισσότερα από τα αναπτυγμένα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μαγνησίου περιέχουν στοιχεία σπάνιων γαιών. Το κράμα μαγνησίου σπάνιων γαιών έχει τα χαρακτηριστικά αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες και υψηλής αντοχής. Ωστόσο, στην αρχική έρευνα του κράματος μαγνησίου, οι σπάνιες γαίες χρησιμοποιούνται μόνο σε συγκεκριμένα υλικά λόγω της υψηλής τιμής τους. Το κράμα μαγνησίου σπάνιων γαιών χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικούς και αεροδιαστημικούς τομείς. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της κοινωνικής οικονομίας, τίθενται υψηλότερες απαιτήσεις για την απόδοση του κράματος μαγνησίου και με τη μείωση του κόστους των σπάνιων γαιών, το κράμα μαγνησίου σπάνιων γαιών έχει επεκταθεί σημαντικά σε στρατιωτικούς και πολιτικούς τομείς όπως η αεροδιαστημική, οι πύραυλοι, τα αυτοκίνητα, οι ηλεκτρονικές επικοινωνίες, τα όργανα κ.λπ. Γενικά, η ανάπτυξη του κράματος μαγνησίου σπάνιων γαιών μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα στάδια:
Το πρώτο στάδιο: Τη δεκαετία του 1930, διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη σπάνιων γαιών στο κράμα Mg-Al θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση του κράματος σε υψηλές θερμοκρασίες.
Το δεύτερο στάδιο: Το 1947, ο Sauerwardl ανακάλυψε ότι η προσθήκη Zr σε κράμα Mg-RE μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τους κόκκους του κράματος. Αυτή η ανακάλυψη έλυσε το τεχνολογικό πρόβλημα του κράματος μαγνησίου σπάνιων γαιών και έθεσε πραγματικά τα θεμέλια για την έρευνα και την εφαρμογή του ανθεκτικού στη θερμότητα κράματος μαγνησίου σπάνιων γαιών.
Το τρίτο στάδιο: Το 1979, ο Drits και άλλοι διαπίστωσαν ότι η προσθήκη Υ είχε πολύ ευεργετική επίδραση στο κράμα μαγνησίου, η οποία ήταν μια άλλη σημαντική ανακάλυψη στην ανάπτυξη ανθεκτικού στη θερμότητα κράματος μαγνησίου σπάνιων γαιών. Σε αυτή τη βάση, αναπτύχθηκε μια σειρά κραμάτων τύπου WE με αντοχή στη θερμότητα και υψηλή αντοχή. Μεταξύ αυτών, η αντοχή σε εφελκυσμό, η αντοχή σε κόπωση και η αντοχή σε ερπυσμό του κράματος WE54 είναι συγκρίσιμες με εκείνες του χυτού κράματος αλουμινίου σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλή θερμοκρασία.
Το τέταρτο στάδιο: Αναφέρεται κυρίως στην εξερεύνηση του κράματος Mg-HRE (βαρέων σπάνιων γαιών) από τη δεκαετία του 1990, με σκοπό την απόκτηση κράματος μαγνησίου με ανώτερη απόδοση και την κάλυψη των αναγκών των πεδίων υψηλής τεχνολογίας. Για τα βαρέα στοιχεία σπάνιων γαιών, εκτός από το Eu και το Yb, η μέγιστη διαλυτότητα σε στερεά στο μαγνήσιο είναι περίπου 10%~28% και η μέγιστη μπορεί να φτάσει το 41%. Σε σύγκριση με τα ελαφρά στοιχεία σπάνιων γαιών, τα βαρέα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν υψηλότερη διαλυτότητα σε στερεά. Επιπλέον, η διαλυτότητα σε στερεά μειώνεται ραγδαία με τη μείωση της θερμοκρασίας, γεγονός που έχει καλά αποτελέσματα στην ενίσχυση του στερεού διαλύματος και στην ενίσχυση της καθίζησης.
Υπάρχει μια τεράστια αγορά εφαρμογών για κράματα μαγνησίου, ειδικά υπό το πρίσμα της αυξανόμενης έλλειψης μεταλλικών πόρων όπως ο σίδηρος, το αλουμίνιο και ο χαλκός στον κόσμο, τα πλεονεκτήματα των πόρων και των προϊόντων του μαγνησίου θα αξιοποιηθούν πλήρως και το κράμα μαγνησίου θα γίνει ένα ταχέως αναπτυσσόμενο μηχανικό υλικό. Αντιμέτωπη με την ταχεία ανάπτυξη μεταλλικών υλικών μαγνησίου στον κόσμο, η Κίνα, ως σημαντικός παραγωγός και εξαγωγέας πόρων μαγνησίου, είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη διεξαγωγή εις βάθος θεωρητικής έρευνας και ανάπτυξης εφαρμογών κράματος μαγνησίου. Ωστόσο, προς το παρόν, η χαμηλή απόδοση των κοινών προϊόντων κραμάτων μαγνησίου, η κακή αντοχή στον ερπυσμό, η κακή αντοχή στη θερμότητα και η αντοχή στη διάβρωση εξακολουθούν να αποτελούν τα σημεία συμφόρησης που περιορίζουν την εφαρμογή του κράματος μαγνησίου σε μεγάλη κλίμακα.
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν μοναδική εξωπυρηνική ηλεκτρονική δομή. Επομένως, ως σημαντικό στοιχείο κράματος, τα στοιχεία σπάνιων γαιών παίζουν μοναδικό ρόλο στους τομείς της μεταλλουργίας και των υλικών, όπως ο καθαρισμός του τήγματος του κράματος, η βελτίωση της δομής του κράματος, η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του κράματος και της αντοχής στη διάβρωση, κ.λπ. Ως στοιχεία κράματος ή στοιχεία μικροκράματος, οι σπάνιες γαίες έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε χάλυβα και κράματα μη σιδηρούχων μετάλλων. Στον τομέα των κραμάτων μαγνησίου, ειδικά στον τομέα των ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων μαγνησίου, οι εξαιρετικές ιδιότητες καθαρισμού και ενίσχυσης των σπάνιων γαιών αναγνωρίζονται σταδιακά από τον άνθρωπο. Οι σπάνιες γαίες θεωρούνται το στοιχείο κράματος με την μεγαλύτερη αξία χρήσης και το μεγαλύτερο αναπτυξιακό δυναμικό στα ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα μαγνησίου και ο μοναδικός ρόλος τους δεν μπορεί να αντικατασταθεί από άλλα στοιχεία κράματος.
Τα τελευταία χρόνια, ερευνητές στην Κίνα και στο εξωτερικό έχουν αναπτύξει εκτεταμένη συνεργασία, χρησιμοποιώντας πόρους μαγνησίου και σπάνιων γαιών για να μελετήσουν συστηματικά κράματα μαγνησίου που περιέχουν σπάνιες γαίες. Ταυτόχρονα, το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Χημείας του Τσανγκτσούν της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών έχει δεσμευτεί να διερευνήσει και να αναπτύξει νέα κράματα μαγνησίου σπάνιων γαιών με χαμηλό κόστος και υψηλή απόδοση, και έχει επιτύχει ορισμένα αποτελέσματα. Προώθηση της ανάπτυξης και της χρήσης υλικών κραμάτων μαγνησίου σπάνιων γαιών.
Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιουλίου 2022