客观日本

熊本大学KUMADAI耐热镁合金成功实现不燃化,有望用于飞机部件

2020年01月08日 化学材料

日本熊本大学先进镁国际研究中心的河村能人教授与井上晋一特任助教等人成功实现了KUMADAI耐热镁合金的不燃化。

镁是实用金属中重量最轻的,作为新一代结构材料,用于飞机和汽车等交通工具实现节能以及抑制地球温室气体排放而备受关注,目前全球都在积极推进镁的研究开发。

熊本大学先进镁国际研究中心此前开发出了“KUMADAI耐热镁合金”和“KUMADAI不燃镁合金”两种创新型镁合金,这两种合金均通过了美国联邦航空管理局(FAA)的镁燃烧测试,作为飞机结构材料备受关注,并被选定为日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的开发项目。

“KUMADAI耐热镁合金”与“KUMADAI不燃镁合金”相比,在高温下拥有更高的强度(图1),但其燃点约为880℃,低于FAA燃烧测试设定的965℃燃油燃烧器火焰温度,因此在不燃性方面存在弱点(图2)。从安全性的角度来看,需要具备起火温度超过965℃的不燃性,也就是说,在FAA的燃烧测试中也要绝对不燃。

熊本大学KUMADAI耐热镁合金成功实现不燃化,有望用于飞机部件

图1:KUMADAI耐热镁合金和KUMADAI不燃镁合金的强度比较(左为在室温下、右为在200℃下的强度)

熊本大学KUMADAI耐热镁合金成功实现不燃化,有望用于飞机部件

图2:KUMADAI耐热镁合金与KUMADAI不燃镁合金的起火温度比较

此次,通过在KUMADAI耐热镁(Mg97Zn1Y2 原子%)中添加微量元素,实现了1,000℃以上的起火温度,首次成功实现KUMADAI耐热镁的不燃化。此次发现的元素为Yb(镱)、Ca(钙)和Be(铍)3种,添加量在Yb为0.1原子%以上、Ca为1.0原子%以上、Be为0.007原子%(按重量换算,25ppm=25/10,000重量%)以上时,可获得1,000℃以上的起火温度,实现不燃性(图3)。

熊本大学KUMADAI耐热镁合金成功实现不燃化,有望用于飞机部件

图3:KUMADAI耐热镁合金的燃点与元素添加量

通常已知能提高燃点的元素是Ca,而此次新发现了Yb和Be。另外,Be虽然是有害元素,但自然界的矿石中也含有2.8~5.5ppm左右的Be,工业用镁合金中允许添加100ppm以下的Be。此次只添加了容许量四分之一左右的极微量Be就实现了不燃性,因此可以说实用化没有问题。

随着此次实现不燃化,KUMADAI耐热镁合金制造和使用时的安全性得到提高,因此应该有望加速在飞机和汽车等各种交通工具中的应用。今后将加速目前与很多企业共同推进的联合研究,以实现KUMADAI耐热镁合金的社会应用。

论文信息
论文题目:Oxidation behavior and incombustibility of molten Mg-Zn-Y alloys with Ca and Be addition
发表期刊:《Corrosion Science》
DOI:10.1016/j.corsci.2018.12.037
URL:https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.12.037

日文发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译整理

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