Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch geringes Gewicht, hohe spezifische Steifigkeit, hohe Dämpfung, Vibrations- und Geräuschreduzierung, Beständigkeit gegen elektromagnetische Strahlung und keinerlei Umweltverschmutzung bei Verarbeitung und Recycling aus. Die reichlich vorhandenen Magnesiumressourcen ermöglichen eine nachhaltige Entwicklung. Daher gelten Magnesiumlegierungen als „leichte und umweltfreundliche Konstruktionswerkstoffe des 21. Jahrhunderts“. Dies deutet darauf hin, dass Magnesiumlegierungen im Zuge der zunehmenden Bedeutung von Leichtbau, Energieeinsparung und Emissionsreduzierung in der Fertigungsindustrie des 21. Jahrhunderts eine immer wichtigere Rolle spielen werden und dass sich die industrielle Struktur der globalen Metallwerkstoffe, einschließlich Chinas, verändern wird. Herkömmliche Magnesiumlegierungen weisen jedoch auch Schwächen auf, wie z. B. leichte Oxidation und Verbrennung, mangelnde Korrosionsbeständigkeit, geringe Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen und geringe Warmfestigkeit.
Theorie und Praxis zeigen, dass Seltene Erden das effektivste, praktischste und vielversprechendste Legierungselement sind, um diese Schwächen zu überwinden. Daher ist es von großer Bedeutung, Chinas reichhaltige Magnesium- und Seltene-Erden-Ressourcen zu nutzen, sie wissenschaftlich zu erschließen und zu verwerten, eine Reihe von Seltene-Erden-Magnesium-Legierungen mit chinesischen Eigenschaften zu entwickeln und Ressourcenvorteile in technologische und wirtschaftliche Vorteile umzuwandeln.
Die Umsetzung des wissenschaftlichen Entwicklungskonzepts, die Beschreitung des Weges der nachhaltigen Entwicklung, die Umsetzung eines ressourcenschonenden und umweltfreundlichen neuen Industrialisierungsweges sowie die Bereitstellung leichter, moderner und kostengünstiger Trägermaterialien aus Seltenerdmagnesiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrt, das Transportwesen, die „Drei C“-Industrie und alle Fertigungsindustrien sind zu Brennpunkten und Schlüsselaufgaben des Landes, der Industrie und vieler Forscher geworden. Seltenerdmagnesiumlegierungen mit ihren fortschrittlichen Eigenschaften und niedrigen Preisen werden voraussichtlich zum Durchbruch und zur Entwicklungskraft für die Ausweitung der Anwendung von Magnesiumlegierungen werden.
Im Jahr 1808 trennte Humphrey Davey erstmals Quecksilber und Magnesium aus Amalgam, und 1852 elektrolysierte Bunsen erstmals Magnesium aus Magnesiumchlorid. Seitdem sind Magnesium und seine Legierungen als neue Werkstoffe in die Geschichte eingegangen. Magnesium und seine Legierungen erlebten während des Zweiten Weltkriegs eine rasante Entwicklung. Aufgrund der geringen Festigkeit von reinem Magnesium ist es jedoch schwierig, es als Konstruktionswerkstoff in der Industrie einzusetzen. Eine der wichtigsten Methoden zur Verbesserung der Festigkeit von Magnesiummetall ist das Legieren, d. h. das Hinzufügen anderer Legierungselemente, um die Festigkeit von Magnesiummetall durch Mischkristallbildung, Ausfällung, Kornverfeinerung und Dispersionsverfestigung zu verbessern und es so den Anforderungen einer bestimmten Arbeitsumgebung anzupassen.
Es ist das Hauptlegierungselement von Seltenerd-Magnesiumlegierungen, und die meisten der entwickelten hitzebeständigen Magnesiumlegierungen enthalten Seltenerdelemente. Seltenerd-Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Festigkeit aus. In der anfänglichen Forschung zu Magnesiumlegierungen wurden Seltene Erden jedoch aufgrund ihres hohen Preises nur in bestimmten Materialien verwendet. Seltenerd-Magnesiumlegierungen werden hauptsächlich im Militär- und Raumfahrtbereich eingesetzt. Mit der Entwicklung der Sozialwirtschaft steigen jedoch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Magnesiumlegierungen, und mit der Senkung der Kosten für Seltene Erden findet der Einsatz von Seltenerd-Magnesiumlegierungen in militärischen und zivilen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Raketen- und Automobilbau, der elektronischen Kommunikation, der Instrumentierung usw. stark zugenommen. Generell lässt sich die Entwicklung von Seltenerd-Magnesiumlegierungen in vier Phasen einteilen:
Die erste Phase: In den 1930er Jahren wurde festgestellt, dass die Zugabe von Seltenerdelementen zu einer Mg-Al-Legierung die Hochtemperaturleistung der Legierung verbessern kann.
Die zweite Phase: 1947 entdeckte Sauerwarld, dass die Zugabe von Zr zu Mg-RE-Legierungen die Körnung der Legierung effektiv verfeinern kann. Diese Entdeckung löste das technologische Problem der Seltenerd-Magnesiumlegierungen und legte den Grundstein für die Erforschung und Anwendung hitzebeständiger Seltenerd-Magnesiumlegierungen.
Die dritte Phase: 1979 entdeckten Drits und andere Wissenschaftler, dass die Zugabe von Y einen sehr positiven Effekt auf Magnesiumlegierungen hatte. Dies war eine weitere wichtige Entdeckung für die Entwicklung hitzebeständiger Seltenerd-Magnesiumlegierungen. Auf dieser Grundlage wurde eine Reihe von WE-Legierungen mit hoher Hitzebeständigkeit und Festigkeit entwickelt. Die Zugfestigkeit, Dauerfestigkeit und Kriechfestigkeit der WE54-Legierung sind bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen mit denen von Aluminiumgusslegierungen vergleichbar.
Die vierte Phase: Sie bezieht sich hauptsächlich auf die Erforschung von Mg-HRE-Legierungen (schwere Seltene Erden) seit den 1990er Jahren, um Magnesiumlegierungen mit überlegener Leistung zu erhalten und den Anforderungen der Hightech-Branche gerecht zu werden. Für schwere Seltene Erden, mit Ausnahme von Eu und Yb, liegt die maximale Feststofflöslichkeit in Magnesium bei etwa 10 % bis 28 % und kann bis zu 41 % erreichen. Im Vergleich zu leichten Seltenen Erden weisen schwere Seltene Erden eine höhere Feststofflöslichkeit auf. Darüber hinaus nimmt die Feststofflöslichkeit mit sinkender Temperatur rapide ab, was sich positiv auf die Festkörperverfestigung und Ausscheidungsverfestigung auswirkt.
Der Markt für Magnesiumlegierungen ist riesig. Insbesondere angesichts der weltweit zunehmenden Verknappung von Metallen wie Eisen, Aluminium und Kupfer werden die Ressourcen- und Produktvorteile von Magnesium voll ausgeschöpft und Magnesiumlegierungen entwickeln sich zu einem schnell wachsenden technischen Werkstoff. Angesichts der rasanten Entwicklung von Magnesiummetallen weltweit ist es für China als bedeutender Produzent und Exporteur von Magnesiumressourcen besonders wichtig, die theoretische Forschung und Anwendungsentwicklung von Magnesiumlegierungen intensiv zu betreiben. Die geringe Ausbeute gängiger Magnesiumlegierungen sowie die geringe Kriechfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit stellen jedoch derzeit noch Engpässe dar, die den großflächigen Einsatz von Magnesiumlegierungen behindern.
Seltene Erden besitzen eine einzigartige extranukleare Elektronenstruktur. Daher spielen sie als wichtige Legierungselemente eine herausragende Rolle in der Metallurgie und Werkstofftechnik, beispielsweise bei der Reinigung von Legierungsschmelzen, der Verfeinerung der Legierungsstruktur, der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen usw. Als Legierungs- oder Mikrolegierungselemente finden Seltene Erden breite Anwendung in Stahl- und Nichteisenmetalllegierungen. Im Bereich der Magnesiumlegierungen, insbesondere der hitzebeständigen Magnesiumlegierungen, werden die hervorragenden Reinigungs- und Verstärkungseigenschaften von Seltenen Erden zunehmend anerkannt. Seltene Erden gelten als das Legierungselement mit dem höchsten Gebrauchswert und Entwicklungspotenzial in hitzebeständigen Magnesiumlegierungen, und ihre einzigartige Rolle kann nicht durch andere Legierungselemente ersetzt werden.
In den letzten Jahren haben Forscher im In- und Ausland intensiv zusammengearbeitet und Magnesium- und Seltenerdressourcen genutzt, um Magnesiumlegierungen mit Seltenen Erden systematisch zu untersuchen. Gleichzeitig engagiert sich das Changchun Institute of Applied Chemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften für die Erforschung und Entwicklung neuer kostengünstiger und leistungsstarker Seltenerd-Magnesiumlegierungen und hat bereits einige Erfolge erzielt. Die Entwicklung und Nutzung von Seltenerd-Magnesiumlegierungen wird gefördert.
Beitragszeit: 04.07.2022