有可能大幅拓展通用鎂合金“AZ91”用途的是日本住友電氣工業(yè)開發(fā)的板材。2013年，作為使用“AZ91”板材的首款產(chǎn)品，東芝上市了“dynabook KIRA”。
住友電工在AZ91板材的量產(chǎn)技術(shù)上初見眉目是在2010年。此后三年，經(jīng)過以穩(wěn)定量產(chǎn)為目標(biāo)的技術(shù)開發(fā)和用戶評(píng)測(cè)之后，終于達(dá)到了實(shí)用化階段。因作為壓延材料使用的“AZ31”鎂合金耐腐蝕性較低，有的產(chǎn)品只好不再將其用作外裝材料，而AZ91板材剛好可應(yīng)用于這些產(chǎn)品。
使微細(xì)晶粒均勻分散
鋁(Al)含量較多的AZ91，在鎂合金中擁有出色的耐腐蝕性，是最常用的通用鎂合金*1。但是，其使用形態(tài)過去基本上只限于鑄造材料。原因是“普通AZ91完全不能進(jìn)行塑性加工”(住友電工新業(yè)務(wù)開發(fā)本部鎂合金開發(fā)部長(zhǎng)岸本明)。因其會(huì)不均勻地析出較硬的MgAl化合物，加工時(shí)易導(dǎo)致材料破碎。因此，無法制造板材、不適合沖壓加工是鎂合金被人冷卻的主要原因之一。
*1 一般鋁含量越多，耐腐蝕性就越高。
打破這一障礙的企業(yè)是住友電工。該公司開發(fā)出了“類似漏模造型(Strip Casting)的自主急速冷凝技術(shù)”(岸本明)，成功使金屬組織的分布細(xì)致而且均勻(圖1)，由此避免了大尺寸化合物的析出，從而可防止由此引起的材料破碎。盡管詳情未透露，但住友電工新領(lǐng)域技術(shù)研究所鎂合金研究室主任河部望表示“關(guān)鍵在于在母材中均勻地混合大量鋁并急速冷卻”。
圖1：AZ91的金相
住友電工的板材組織中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的金屬間化合物(a)。鑄造材料則明顯析出了的金屬間化合物(黑色部分)。這種金屬間化合物比較硬，因此在加工時(shí)容易破碎。
加工性能與AZ31同等
由板材制造的沖壓品不僅適合大量生產(chǎn)，而且具有尺寸精度高、表面缺陷少、強(qiáng)度高等多種優(yōu)點(diǎn)。比如，住友電工的AZ91沖壓品，其拉伸強(qiáng)度最大可達(dá)到380MPa，是鑄造品的1.5倍，延展率高達(dá)10%以上。而且，對(duì)沖擊的耐受性也很強(qiáng)。在薄板鑄造品被砸碎的沖擊試驗(yàn)中，相同厚度的沖壓品只出現(xiàn)稍微凹陷，并未出現(xiàn)裂紋(圖2)*2。
*2 用于筆記本電腦機(jī)殼時(shí)，較薄的AZ91鑄造品在長(zhǎng)期使用過程中有的曾因摔落或沖擊而破碎。
圖2：沖擊試驗(yàn)結(jié)果
從75cm高處令225g的鐵球落下。左側(cè)的AZ91板材沖壓品只稍微凹陷，并未出現(xiàn)裂紋，而比其厚的觸變成型品則被砸破。
AZ91板材的加工性能與AZ31同等，“因其強(qiáng)度高，連鋁合金都很難做到的深沖及小R角也能沖壓成形”(河部)。
發(fā)揮出色的耐腐蝕性用于表面加工
AZ91板材的另一大優(yōu)點(diǎn)是“裝飾性高，可以實(shí)現(xiàn)AZ31無法做到的外觀設(shè)計(jì)”(河部)。這得益于AZ91板材的出色耐腐蝕性。
AZ91板材的耐腐蝕性比AZ31板材及AZ91鑄造材料都高。這是因?yàn)槠浔砻嫒毕萆?，晶體細(xì)密且均勻，表面性質(zhì)十分穩(wěn)定的結(jié)果。從住友電工實(shí)施的100小時(shí)鹽水噴霧試驗(yàn)結(jié)果來看，AZ31板材及AZ91鑄造材料的表面出現(xiàn)了白色銹斑，而AZ91板材卻沒有明顯的腐蝕痕跡(圖3)。耐腐蝕性高，可采用的涂料范圍就會(huì)擴(kuò)大，從而可以使用多種顏色的涂料，也就是說外觀設(shè)計(jì)性更高。
圖3：鹽水噴霧腐蝕試驗(yàn)結(jié)果
AZ31板材與AZ91鑄造材料在24小時(shí)后有明顯腐蝕，而住友電工的AZ91板材在100小時(shí)后也沒有明顯的腐蝕。
板材間的接合可以采用普通焊接方式*3。比如，住友電工設(shè)想將其應(yīng)用于大尺寸產(chǎn)品，試制了手提公文箱等(圖4)。將三塊板材以摩擦攪拌焊接工藝粘貼起來，沖壓加工制成。據(jù)稱，制造過程中直接沿用了鋁合金模具。
*3 這里指MIG(Metal Inert Gas，金屬惰性氣體)焊接、TIG(Tungsten Inert Gas，鎢極惰性氣體)焊接、激光焊接及摩擦攪拌焊接等。
圖4：用AZ91板材制造的樣品
圖為筆記本電腦表面機(jī)殼示意圖。采用沖壓技術(shù)施以十字加工。右圖是以摩擦攪拌焊接(FSW)工藝將三塊板材焊接成大尺寸板材，再?zèng)_壓成形加工成的手提公文箱。這種公文箱已由開發(fā)人員日常使用。
目前，住友電工可以供應(yīng)的板材尺寸為寬350mm×厚2mm。要想按照用戶需求用于大型結(jié)構(gòu)材料，還需要解決如何實(shí)現(xiàn)大型化的課題。
AZ91板材剩下的問題就是成本了。因?yàn)榘宀脑阼T造之后還要經(jīng)過壓延工序加工，所以成本高于鑄造品。但是，由于成形后的研磨工時(shí)及表面處理工時(shí)少于鑄造品，且生產(chǎn)效率高，因此住友電工估計(jì)，最終的板材價(jià)格可以控制在與鑄造品同等或以下的水平。