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近日，內(nèi)蒙古包頭稀土研究院開發(fā)出了鋯顆粒尺寸低于600mm的稀土鎂鋯晶粒細(xì)化劑產(chǎn)品，填補(bǔ)了對(duì)應(yīng)高效率、低成本鎂合金晶粒細(xì)化劑的產(chǎn)品空白。

“這為開發(fā)面向航空飛行器座椅、汽車安全構(gòu)件、高速列車輕量化等軌道交通裝備的高強(qiáng)度鑄造/變形鎂合金材料提供了可能。”稀土研究院鎂合金項(xiàng)目組主任、博士研究生、正高級(jí)工程師胡文鑫對(duì)記者說。

晶粒細(xì)化劑技術(shù)獲新突破

目前，工業(yè)普遍采用鎂鋯中間合金作為晶粒細(xì)化劑，市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品存在鋯元素細(xì)化效率低（低于40%）、鋯顆粒大量沉積、細(xì)化劑成本高、雜質(zhì)含量高以及細(xì)化工藝操作不穩(wěn)定等諸多問題，對(duì)實(shí)際工業(yè)應(yīng)用帶來極大困難。

“鎂合金的晶粒尺寸控制技術(shù)是對(duì)鎂合金材料性能調(diào)控的最根本、最顯著的技術(shù)方法之一，鋯元素和稀土元素均為鎂合金的有效細(xì)化元素，如何充分發(fā)揮好這些元素在合金中的作用，是我們一直研究的重點(diǎn)。”胡文鑫說。

基于前期針對(duì)稀土和鋯元素對(duì)鎂合金耦合細(xì)化機(jī)制的研究成果，輔之以全新的冶金工藝制備方法，讓分布更密集、體積更小的鋯粒子為鎂晶核提供更多的附著機(jī)會(huì)，同時(shí)稀土元素加強(qiáng)了結(jié)晶過程中鎂晶核在鋯粒子表面的附著能力，可以實(shí)現(xiàn)鎂合金晶粒的高效率細(xì)化。

細(xì)化之后的粒子顆粒尺寸為傳統(tǒng)鎂鋯中間合金中鋯顆粒尺寸的30%，納米級(jí)顆粒尺寸分布率大于60%，顆粒之間團(tuán)聚現(xiàn)象低于5%，鑄態(tài)下合金晶粒尺寸降低20%，達(dá)到35mm以下，晶粒細(xì)化效果顯著。

目前該產(chǎn)品已經(jīng)完成小規(guī)模生產(chǎn)工藝的研發(fā)，產(chǎn)品已經(jīng)客戶使用驗(yàn)證，產(chǎn)品細(xì)化效率大于80%，成本較傳統(tǒng)鎂鋯晶粒細(xì)化劑降低20%以上。

“這項(xiàng)技術(shù)對(duì)稀土鎂合金鑄錠產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化意義非凡，它可以有效地減少產(chǎn)品內(nèi)外金屬顆粒的不均勻性，讓內(nèi)外合金顆粒大小基本保持一致，極大地提高合金的應(yīng)力水平，讓合金更耐用。”胡文鑫指著稀土鎂合金產(chǎn)品對(duì)記者說。

稀土鎂合金產(chǎn)品應(yīng)用獲新提升

伴隨新能源汽車以及國內(nèi)5G通訊的高速發(fā)展，更輕、散熱性能更好、耐腐蝕性能優(yōu)異的輕合金材料市場(chǎng)需求強(qiáng)烈，但對(duì)應(yīng)性能的要求也越發(fā)苛刻。

“我們研究鑭、鈰等稀土元素對(duì)鎂合金散熱性能的作用機(jī)制，開發(fā)出導(dǎo)熱系數(shù)100W/(m×K)的低成本散熱稀土鎂合金工程材料，綜合評(píng)定性能已等同于現(xiàn)有鋁合金散熱材料，比使用鋁合金節(jié)約成本5%以上。”胡文鑫很自信地說。

基于稀土對(duì)鎂合金散熱性能的作用機(jī)制和對(duì)鎂合金的晶粒尺寸控制技術(shù)的突破，包頭稀土研究院在半連續(xù)鑄造及冷室壓鑄的產(chǎn)業(yè)化方面取得了一定的突破。

目前，國內(nèi)外對(duì)稀土鎂合金壓鑄工藝的專項(xiàng)研究較少。“我們聯(lián)合東北大學(xué)、上海交通大學(xué)集中自主研發(fā)了半連續(xù)鑄造技術(shù)，突破熔體凈化細(xì)晶技術(shù)、低頻電磁鑄造控制技術(shù)、自流式澆鑄控制技術(shù)等技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)集成，突破性解決大尺寸稀土鎂合金棒材內(nèi)應(yīng)力大、徑向晶粒尺寸差異大、力學(xué)性能不均等技術(shù)難點(diǎn)。”胡文鑫激動(dòng)地說，這項(xiàng)合成技術(shù)代表國內(nèi)領(lǐng)先的鎂合金材料半連續(xù)鑄造技術(shù)，為后續(xù)大尺寸、高品質(zhì)鍛造輪轂以及擠壓型材的低成本化奠定技術(shù)與產(chǎn)品基礎(chǔ)。

不僅如此，包頭稀土研究院引進(jìn)的QC830冷室壓鑄系統(tǒng)，系統(tǒng)鎖模力達(dá)到850t，最大壓射力為756kN，最大投影面積為1242cm2，目前已具備實(shí)現(xiàn)最大直徑為550mm的大尺寸稀土鎂合金棒材的產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)，同時(shí)依托中試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大尺寸棒材產(chǎn)品的中試化級(jí)別制備，實(shí)現(xiàn)300噸/年稀土鎂合金薄壁器件制備能力，加速推進(jìn)稀土鎂合金材料的下游終端應(yīng)用。

對(duì)未來的技術(shù)研發(fā)，胡文鑫有自己的打算，他們將面向通訊工程及民用電子行業(yè)的高性能散熱鎂合金與功能性鎂合金材料；對(duì)鎂合金材料的低壓鑄造、半固態(tài)成型等加工成型技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)器件與制品的示范化應(yīng)用。