マグネシウム合金は、軽量、高比剛性、高減衰、振動・騒音低減、耐電磁放射線性、加工・リサイクル時の無汚染などの特性を有し、マグネシウム資源も豊富で、持続可能な開発に活用できます。そのため、マグネシウム合金は「21世紀の軽量グリーン構造材料」として知られています。これは、21世紀の製造業における軽量化、省エネ、排出削減の潮流の中で、マグネシウム合金が今後ますます重要な役割を果たすという傾向は、中国を含む世界の金属材料産業構造の変化を示唆しています。しかし、従来のマグネシウム合金には、酸化・燃焼しやすい、耐腐食性がない、高温クリープ耐性が低い、高温強度が低いなどの弱点があります。
理論と実践の両面から、希土類元素はこれらの弱点を克服する上で最も効果的で実用的かつ有望な合金元素であることが示されています。したがって、中国の豊富なマグネシウムと希土類資源を活用し、科学的に開発・利用し、中国の特色ある希土類マグネシウム合金シリーズを開発し、資源的優位性を技術的優位性および経済的優位性へと転換することは、極めて重要な意義を有します。
科学的発展理念を実践し、持続可能な発展の道を歩み、資源を節約し、環境に優しい新たな産業化の道を歩み、航空、宇宙、輸送、「3C」産業とすべての製造業に軽量で先進的、低コストの希土類マグネシウム合金支持材料を提供することは、国家、業界、多くの研究者のホットスポットと重要な任務となっています。 高性能で低価格の希土類マグネシウム合金は、マグネシウム合金の用途拡大の突破口と発展の原動力になると期待されています。
1808年、ハンフリー・デイビーは初めてアマルガムから水銀とマグネシウムを分離し、1852年にはブンゼンが初めて塩化マグネシウムからマグネシウムを電気分解しました。それ以来、マグネシウムとその合金は新素材として歴史の舞台に立ってきました。マグネシウムとその合金は第二次世界大戦中に飛躍的に発展しました。しかし、純粋なマグネシウムは強度が低いため、工業用途の構造材料として使用することは困難でした。マグネシウム金属の強度を向上させる主な方法の一つは合金化です。つまり、他の種類の合金元素を添加し、固溶、析出、結晶粒微細化、分散強化を通じてマグネシウム金属の強度を向上させ、特定の作業環境の要件を満たすことができます。
希土類マグネシウム合金の主な合金元素であり、開発されている耐熱マグネシウム合金のほとんどに希土類元素が含まれています。希土類マグネシウム合金は、耐熱性と高強度という特性を持っています。しかし、マグネシウム合金の初期の研究では、価格が高いため、希土類は特定の材料にのみ使用されていました。希土類マグネシウム合金は主に軍事および航空宇宙分野で使用されています。しかし、社会経済の発展に伴い、マグネシウム合金の性能に対する要求が高まり、希土類コストの低下に伴い、希土類マグネシウム合金は航空宇宙、ミサイル、自動車、電子通信、計測機器などの軍事および民生分野で大きく拡大しました。一般的に、希土類マグネシウム合金の開発は4つの段階に分けられます。
第一段階: 1930 年代に、Mg-Al 合金に希土類元素を添加すると、合金の高温性能が向上することが発見されました。
第二段階：1947年、ザウアーヴァルトは、Mg-RE合金にZrを添加することで合金結晶を効果的に微細化できることを発見しました。この発見は希土類マグネシウム合金の技術的課題を解決し、耐熱性希土類マグネシウム合金の研究と応用の基盤を築きました。
第三段階：1979年、Dritsらは、マグネシウム合金にYを添加すると非常に有益な効果があることを発見しました。これは、耐熱性希土類マグネシウム合金の開発におけるもう一つの重要な発見でした。これを基に、耐熱性と高強度を備えたWE型合金シリーズが開発されました。その中でも、WE54合金の引張強度、疲労強度、耐クリープ性は、室温および高温において鋳造アルミニウム合金に匹敵します。
第4段階：1990年代以降、主にMg-HRE（重希土類元素）合金の探究が進められ、優れた性能を持つマグネシウム合金の開発とハイテク分野のニーズへの対応を目指してきました。EuとYbを除く重希土類元素のマグネシウムへの固溶度は最大で約10%～28%ですが、最大で41%に達することもあります。軽希土類元素と比較して、重希土類元素の固溶度は高く、さらに温度低下に伴い固溶度が急激に低下するため、固溶強化と析出強化に良好な効果をもたらします。
マグネシウム合金の応用市場は巨大であり、特に世界における鉄、アルミニウム、銅などの金属資源の不足が深刻化する中で、マグネシウムの資源的優位性と製品的優位性が十分に発揮され、マグネシウム合金は急速に成長するエンジニアリング材料となるでしょう。世界におけるマグネシウム金属材料の急速な発展に直面し、マグネシウム資源の主要な生産国および輸出国である中国は、マグネシウム合金の理論研究と応用開発を深く行うことが特に重要です。しかし、現状では、一般的なマグネシウム合金製品の歩留まりの低さ、耐クリープ性、耐熱性、耐腐食性の低さが、依然としてマグネシウム合金の大規模応用を制限するボトルネックとなっています。
希土類元素は、特異な核外電子構造を有しています。そのため、重要な合金元素として、冶金・材料分野において、合金溶湯の精製、合金組織の微細化、合金の機械的性質や耐食性の向上など、独自の役割を果たしています。合金元素またはマイクロアロイ元素として、希土類元素は鋼材や非鉄金属合金に広く利用されています。マグネシウム合金分野、特に耐熱マグネシウム合金の分野では、希土類元素の優れた精製特性と強化特性が徐々に認識されています。希土類元素は、耐熱マグネシウム合金において最も利用価値が高く、開発の可能性が最も高い合金元素とされており、その独自の役割は他の合金元素では代替できません。
近年、国内外の研究者が広範囲に協力し、マグネシウムと希土類資源を用いて希土類含有マグネシウム合金の体系的な研究を進めています。同時に、中国科学院長春応用化学研究所は、低コストで高性能な新型希土類マグネシウム合金の探索と開発に注力し、一定の成果を上げています。希土類マグネシウム合金材料の開発と利用を促進しています。
投稿日時: 2022年7月4日