9月3日，中國稀土新材料應(yīng)用技術(shù)高端論壇在黑龍江省齊齊哈爾市開幕。論壇以稀土結(jié)構(gòu)新材料與高端裝備制造為主題，就稀土在新材料領(lǐng)域中的應(yīng)用技術(shù)問題展開交流。

　　全球稀土供應(yīng)量中國占85%以上，中國稀土在國際經(jīng)貿(mào)格局中卻不占優(yōu)勢。中國稀土產(chǎn)業(yè)多生產(chǎn)初級產(chǎn)品，暢銷國外卻無利潤，行銷國內(nèi)更無市場。根據(jù)初步統(tǒng)計，截至2013年，稀土行業(yè)中磁性、發(fā)光、拋光、儲氫等材料的產(chǎn)能利用率均不超過40%，稀土產(chǎn)能嚴重過剩。

　　2011年國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于促進稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見》明確稀土是國家戰(zhàn)略性資源。工信部稀土辦公室主任賈銀松在論壇發(fā)言中說，優(yōu)化提升稀土行業(yè)前端抓好稀土開采、冶煉工作，后端抓好稀土產(chǎn)、用、研發(fā)、創(chuàng)新的可持續(xù)能力，在產(chǎn)學(xué)研用商結(jié)合的基礎(chǔ)上探索與正式礦區(qū)協(xié)同發(fā)展。

　　中國科學(xué)院長春分院院長、中國科學(xué)院院士張洪杰做《稀土資源利用國家重點實驗室近五年工作進展及產(chǎn)業(yè)化項目》的主題報告，介紹了稀土輕合金材料及其表面防護三項科研成果及應(yīng)用情況，打破稀土基礎(chǔ)性研究向應(yīng)用性研究轉(zhuǎn)化的壁壘，將科技轉(zhuǎn)化為應(yīng)用性產(chǎn)品。其他報告涉及稀土鎂合金在自行車和輪椅上的應(yīng)用、稀土在核結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用、重稀土釔在鑄鐵及特殊鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用等領(lǐng)域。

　　高性能稀土鎂合金的研發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用

　　一、稀土鎂合金的研發(fā)動向

　　1、鑄造稀土鎂合金

　　傳統(tǒng)的鎂合金耐熱、抗高溫蠕變等性能較差,通常只能用于120 ℃以下的場合,達不到交通工具發(fā)動機和傳動部件需要耐溫150～200 ℃、250 ℃甚至更高的要求,從而限制了它的應(yīng)用. 圍繞著如何提高鑄造鎂合金的力學(xué)、耐腐蝕、耐高溫、抗蠕變等性能,研究人員對稀土作為鎂合金添加劑或合金元素的作用進行了大量研究,取得了矚目的成績

　　2、快速凝固稀土鎂合金

　　快速凝固工藝的原理適于改進鎂合金的力學(xué)性能. 由于冷卻速率相當快,可獲得在傳統(tǒng)鑄造工藝條件下得不到的鑄件成分、相結(jié)構(gòu),如晶粒細小、無偏析、過飽和固溶、亞穩(wěn)相、化合物細小彌散等. 快速凝固是最新發(fā)展的一類制備高性能材料的先進技術(shù),使鎂合金的開發(fā)進入一個嶄新的領(lǐng)域.

　　快速凝固技術(shù)的三大類(霧化、流鑄和原處熔化) 都可以用于鎂合金的生產(chǎn).通過快速冷卻制備的凝固鎂合金,由于大量超過平衡溶度的稀土元素固溶到鎂中可以大幅度地降低軸比( c/a) ,擴展α- Mg 的固溶區(qū)間,激發(fā)新的滑移系,從而提高鎂合金的塑性變形能力; 也可提高鎂合金微觀組織的均勻性,避免局部微電池作用,降低了鎂合金的腐蝕趨勢.

　　3、變形稀土鎂合金

　　變形稀土鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強度、更好的塑性. 研究表明鎂合金在熱變形后,組織得到了顯著細化,鑄造組織缺陷被消除,使得產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能大大提高[2 ] . 發(fā)展變形鎂合金制品可使鎂合金更大地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件上,如軋制的薄板或厚板、擠壓材和鍛件. 但由于變形鎂合金的開發(fā)與研究不夠充分,有關(guān)稀土對其組織性能影響的研究遠不如稀土在鑄造鎂合金中的研究那么深入和充分,相關(guān)的公開專題研究報道相對較少.

　　4、稀土耐熱鎂合金

　　耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一. 當溫度升高時,它的強度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關(guān)鍵零件(如發(fā)動機零件) 材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用.

　　5、稀土阻燃鎂合金

　　鎂合金常用的阻燃方法為熔劑保護和SF6 混合氣體保護;但相對而言,合金化阻燃是一種更理想的阻燃方法. 其機理是在合金中添加特定的合金元素來影響合金氧化的熱力學(xué)反應(yīng)與動力學(xué)過程,形成具有保護作用的致密的氧化膜,達到阻止合金劇烈氧化的目的. 與熔劑保護和SF6 氣體保護相比,合金化阻燃可以消除熔劑夾雜,提高合金的力學(xué)性能與抗腐蝕性,消除有害氣體對大氣的污染. 通過合金化的方法來達到阻燃的目的將是鎂合金熔煉阻燃的發(fā)展方向.

　　二、稀土在鎂合金中的主要作用與效果

　　熔體凈化作用

　　稀土元素在鎂合金熔體中具有除氫、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用, 達到除氣精煉、凈化熔體的效果。

　　熔體保護作用

　　鎂合金在熔煉過程中極易氧化燃燒, 目前工業(yè)生產(chǎn)鎂合金一般采用熔劑覆蓋或氣體保護法熔煉, 但都存在不少缺點, 如果能夠提高鎂合金熔體自身的起燃溫度則有可能實現(xiàn)鎂合金大氣下直接熔煉, 這對鎂合金的進一步推廣應(yīng)用意義重大。稀土是鎂合金熔體的表面活性元素, 能夠在熔體表面形成致密的復(fù)合氧化物膜, 有效阻止熔體和大氣的接觸, 大大提高鎂合金熔體起燃溫度。

　　細晶強化作用

　　稀土元素在固液界面前沿富集引起成分過冷, 過冷區(qū)形成新的形核帶而形成細等軸晶, 此外稀土的富集使其起到阻礙α-Mg晶粒長大的作用, 進一步促進了晶粒的細化。根據(jù)Hall2Petch 公式, 合金的強度隨晶粒尺寸的細化而增加, 并且相對體心立方和面心立方晶體而言, 晶粒尺寸對密排六方金屬強度影響更大, 因此鎂合金晶粒細化產(chǎn)生的強化效果極為顯著。

　　固溶強化作用

　　大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度, 當稀土元素固溶于鎂基體時，由于稀土元素與鎂的原子半徑和彈性模量的差異，使鎂基體產(chǎn)生點陣畸變。由此產(chǎn)生的應(yīng)力將阻礙位錯運動，從而使鎂基體得到強化。稀土元素固溶強化的作用主要是減慢原子擴散速率, 阻礙位錯運動, 從而強化基體, 提高合金的強度和高溫蠕變性能。

　　彌散強化作用

　　稀土與鎂或其他合金化元素在合金凝固過程中形成穩(wěn)定的金屬間化合物,這些含稀土的金屬間化合物一般具有高熔點、高熱穩(wěn)定性等特點, 它們呈細小化合物粒子彌散分布于晶界和晶內(nèi), 在高溫下可以釘扎晶界, 抑制晶界滑移, 同時阻礙位錯運動, 強化合金基體。

　　時效沉淀強化作用

　　稀土元素在鎂中所具有的較高固溶度隨溫度降低而降低, 當處于高溫下的單相固溶體快速冷卻時, 形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體, 經(jīng)過長時間的時效, 則形成細小而彌散的析出沉淀相。析出相與位錯之間交互作用, 提高合金的強度。

　　三、稀土鎂合金的應(yīng)用范圍

　　鎂合金在航空航天與軍工領(lǐng)域的應(yīng)用

　　稀土鎂合金主要應(yīng)用于航空航天、導(dǎo)彈等軍工領(lǐng)域以及通訊電子業(yè)，但隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，現(xiàn)在軍工和民用領(lǐng)域均有了較大的拓展。

　　鎂合金在軌道車輛上的應(yīng)用

　　我國列車制動機使用的八種鎂合金零件，是成都發(fā)動機(集團)有限公司承擔的“十五”科技攻關(guān)“鎂合金在列車中的應(yīng)用”任務(wù)。目前國內(nèi)一些企業(yè)正開發(fā)高速列車坐椅骨架、行李架、臥鋪板、窗框架、高速列車裙板等。

　　鎂合金在汽車上的應(yīng)用

　　目前鎂合金壓鑄汽車零部件至少已超過60種，如：汽車儀表板、座位架、方向操縱部件、引擎蓋、變速箱、進氣歧管、輪轂等。鎂合金壓鑄件的優(yōu)點主要有：重量輕、產(chǎn)品集成化高，例如：轎車上儀表板可將原設(shè)計中30-60個零件集成為一片式壓鑄件。鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)顯示出長期的增長態(tài)勢，在過去十年里，其年增長速度超過15%。 我國2009年的汽車產(chǎn)量已達到1379 萬輛，2010年預(yù)計突破1700萬輛。10 年后我國汽車保有量將可能超過1 億多輛，如果有1500 萬輛以上的汽車使用每50kg以上的鎂合金材料，鎂合金使用量將超過75 萬噸，可降低油耗約3%。年節(jié)約能耗50 億元以上。汽車產(chǎn)業(yè)是目前鎂合金應(yīng)用數(shù)量最大的產(chǎn)業(yè)，約占全部鎂合金應(yīng)用數(shù)量的70%。

　　鎂合金在摩托車上的應(yīng)用

　　我國是世界摩托車生產(chǎn)、消費、出口大國,2007年產(chǎn)量已達2544.7萬輛,由于摩托車60%的鋁合金部件都可以用鎂合金替代，按每輛使用鎂合金8公斤,全年鎂合金用量將高達20.36萬噸。

　　“十五”期間，重慶大學(xué)、重慶鎂業(yè)、隆鑫集團公司技術(shù)中心和隆鑫壓鑄廠合作,研制出隆鑫LX150摩托車的前后輪轂、曲軸箱等12個鎂合金壓鑄件，組裝了一臺隆鑫LX150鎂合金綠色概念車,我國第一臺鎂合金摩托車在重慶誕生了,整車鎂合金用量是12公斤，比鋁合金鑄件車減輕6公斤。鎂合金摩托車百公里耗油2.827L,鋁合金摩托車百公里耗油3.243L,兩車相比，鎂合金的車比鋁合金的車節(jié)油0.416L，油耗降低10%左右;同時，CO、HC、NOx的排放值達到并超過歐洲Ⅰ號排放標準。。由于用上鎂合金輪轂的優(yōu)良減振性能，整車具有平穩(wěn)性、安全性、舒適性。目前，累計生產(chǎn)的鎂合金壓鑄件裝配了約300萬輛摩托車,部分還出口意大利等國家。

　　鎂合金在自行車上的應(yīng)用

　　越來越多的發(fā)達國家意識到自行車的環(huán)保、實用、輕便、節(jié)約能源而又健身的作用,政府大力倡導(dǎo)自行車文化并提供相應(yīng)的政策和設(shè)施支持。

　　我國鎂合金自行車的開發(fā)始于1996年。當時達建公司率先進行鎂合金前叉外管的開發(fā)。目前,鎂合金已作為結(jié)構(gòu)部件廣泛應(yīng)用于包括：輪轂、車把夾、腳踏板、制動器、手把、前叉、車架等十幾個部件。我國的自行車生產(chǎn)廠商將大量鎂合金零部件應(yīng)用于自行車賽車、登山車等中高檔車種。首鋼遠東生產(chǎn)的鎂合金輕便型車,自身重量僅8公斤，已經(jīng)上市銷售。另外,重慶鎂業(yè)、中華自行車、上海交大、南京華宏等國內(nèi)企業(yè)或科研院所、大學(xué)也紛紛推出了鎂合金自行車樣車。

　　天津市一批實力型自行車整車企業(yè)積極參與鎂合金自行車、電動車產(chǎn)品研制,已形成20萬輛生產(chǎn)能力;在天津武清正在打造“中華自行車王國”，將使天津鎂合金自行車在世界市場形成巨大競爭優(yōu)勢。

　　我國臺灣地區(qū)于1999年首次推出鎂合金車架。近年來，鎂合金車架不斷征戰(zhàn)世界高水平自行車大賽。

　　鎂合金在3C產(chǎn)品上的應(yīng)用

　　數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致各類3C產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)。目前鎂合金在3C產(chǎn)品中的應(yīng)用主要集中在筆記本電腦、數(shù)碼攝像機、數(shù)碼視聽設(shè)備和手機等產(chǎn)品上。

　　鎂合金在手持電動工具等產(chǎn)品上的應(yīng)用

　　2006年我國生產(chǎn)手持電動工具約2.7億臺，占世界產(chǎn)量約80%。歐美主要國家已要求進口手動工具優(yōu)先采用鎂合金。

　　化學(xué)化工領(lǐng)域的應(yīng)用

　　鎂合金犧牲陽極作為有效防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應(yīng)用于延長家庭或工業(yè)熱水器、地下鐵制管道、電纜、塔基、石油儲罐、海水蒸餾器、輪船殼體和海洋環(huán)境中的鋼樁等的壽命。目前，作為犧牲陽極的鎂合金以每年20%的速度增長。我國是產(chǎn)鎂犧牲陽極生產(chǎn)大國，絕大部分出口。維恩克科技(WINCA)公司可用鑄造法和擠壓法生產(chǎn)鎂合金D形、梯形、球形、圓柱形、半球形等各種規(guī)格的犧牲陽極。

　　陜鎂電商綜合報道