中國粉體網(wǎng)訊 根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，中國是世界上鎂礦資源最豐富的國家，總儲量及產(chǎn)量均為世界第一。我國金屬鎂主要來自于白云石和菱鎂礦，根據(jù)智研咨詢的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年我國白云石產(chǎn)量為1.18億噸，同比增長4.8%；根據(jù)Wind的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2023年我國菱鎂礦儲量為5.8億噸，產(chǎn)量為1300萬噸，約占全球產(chǎn)量的60%。
與其他結(jié)構(gòu)件用金屬相比，鎂具有比鋁和鋼更高的強度-重量比，以及更好的延展性和鑄造性。此外，鎂沒有毒性風(fēng)險，在熱和電導(dǎo)性、振動和沖擊吸收、以及阻尼能力方面表現(xiàn)更佳。鎂具有良好的加工性，可以采用任何既定的方法進行成型。鎂合金更適合工程與結(jié)構(gòu)件應(yīng)用，純鎂適合冶金和化學(xué)用途。
當(dāng)前采用的主流鎂合金鑄造方法為在真空輔助的惰性氣氛中熔煉和鑄造�；瘜W(xué)成分方面，通常合金成分約占鎂合金的三分之二。最常見和首選的合金元素是鋁和鋅，其中鋁可用于提高合金的強度、硬度和熔化范圍，同時減少其腐蝕性，通過改變合金中的鋁含量，可以實現(xiàn)一系列不同的強度和延展性。當(dāng)鋅與鎂合金混合，并與雜質(zhì)如鎳和鐵混合時，可以增強合金的耐腐蝕性。
鎂合金在多個領(lǐng)域應(yīng)用
由于鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性能和變形性能，在汽車、直升機等的驅(qū)動裝置、殼體類零部件、傳動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。上海交通大學(xué)開發(fā)的JDM1和JDM2系列鎂稀土合金，已被應(yīng)用于空天飛行器、直升機、發(fā)動機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等關(guān)鍵部件的研發(fā)與批產(chǎn)，在保證力學(xué)性能的前提下大幅度降低了零部件重量。在民用領(lǐng)域，采用JDM1鎂稀土合金制備的V6發(fā)動機缸蓋和輪轂經(jīng)過長時間的臺架實驗和路試實驗也被證明可以有效替代原有材料，同時實現(xiàn)輕量化。
鎂合金鑄件在汽車上的應(yīng)用
鎂合金有望借助汽車行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗打開在低空航空器結(jié)構(gòu)件方向上的應(yīng)用空間
鎂合金是當(dāng)前使用的所有金屬結(jié)構(gòu)材料中質(zhì)量最輕的，采用鎂合金可在鋁合金的基礎(chǔ)上使整車質(zhì)量再減輕15%~20%。在汽車輕量化成為汽車工業(yè)主要前進方向的背景下，鎂是很有前途的金屬材料，并已經(jīng)是很多國家的研發(fā)重點。與汽車行業(yè)相比，低空航空器對于輕量化、高強度、高耐久性材料的應(yīng)用有更深的創(chuàng)新要求。
主流eVTOL結(jié)構(gòu)
無人機、eVTOL、飛行汽車等低空航空器主要由機身、機翼、尾翼、起落架、旋翼葉片、發(fā)動機/動力總成組等部分構(gòu)成，不同的鎂基材料可用于解決不同的應(yīng)用需求。鎂基材料如鎂基金屬基納米復(fù)合材料（MMNC's）具有很好的潛力，一些MMNC's通過添加少量陶瓷納米顆粒顯示出優(yōu)異的性能，不僅能增加機械強度，還能增加延展性。使用鎂基建筑材料可避免復(fù)合材料結(jié)構(gòu)易分層的問題，且鎂或鎂合金結(jié)構(gòu)的剛性足以確保適度的變形，可應(yīng)用于航空器結(jié)構(gòu)件，包括螺旋槳、機翼、機身鈑金等。根據(jù)Daniel Höche的介紹，設(shè)計一架基于鎂材料的四旋翼無人機可以通過各個結(jié)構(gòu)部件使用不同的材料來解決，例如：剛性——使用MgZnCa鍛造合金，其屈服強度為306MPa，伸長率為11%；振動限制——使用基于AM60的納米復(fù)合材料，在室溫下具有15.4%的高延展性；抗蠕變——使用新型DieMag合金，不含稀土元素，與商業(yè)合金相比表現(xiàn)出更好的抗蠕變性能，并且比鋁合金A380具有更好的高溫屈服強度。
基于鎂材料的四旋翼無人機設(shè)計方案
由于鎂合金出色的充型性使其能經(jīng)濟地用于生產(chǎn)大型、薄壁和復(fù)雜鑄件，未來鎂合金壓鑄件將有望朝著大型化、薄壁化和復(fù)雜化方向發(fā)展，更貼合低空航空器的運行環(huán)境需求。
參考來源：
劉奇峰.鋁、鎂合金壓鑄件在汽車工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展
Daniel Höche e.g. Novel Magnesium Based Materials: Are They Reliable Drone Construction Materials? A Mini Review
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(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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