2013年12月16日09:00
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現在，一種新型合金的出現打消了鎂自燃溫度低、易燃的負面印象，引發了外界關注。這種合金就是熊本大學研究生院自然科學研究科工學部教授河村能人開發的“KUMADAI不燃鎂合金”。因為有望作為需要良好阻燃性的飛機及鐵路車輛的構造材料，這種鎂合金被寄予了厚望。
強度堪比超特硬鋁合金
不燃鎂合金即使從熔爐中取出、進入空氣環境中，也不會像通常的鎂合金那樣著火。用燃燒器炙烤也不會迸發火苗，當溫度超過純鎂的熔點（1091℃）后，這種合金雖然會熔化沸騰，但不會燃燒〔圖1（a）〕。也就是“完全不燃燒”（河村）。這就是稱之為“不燃”，而不是“難燃”、“耐熱”的緣故。因為不燃燒，所以熔煉和鑄造時的操作比較簡單。
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圖1：KUMADAI不燃鎂合金的特性 用燃燒器炙烤，加熱到1000℃以上也不著火，隻出現沸騰現象（a）。這種材料的屈服強度良好，可輕鬆達到市售鎂合金的2倍以上（b）。 |
而且，這種合金在常溫下強度大，拉伸屈服強度約為460MPa，堪比特超硬鋁合金（A7075）〔圖1（b）〕。總而言之，不燃鎂合金不僅不會燃燒，而且擁有良好的機械強度，因而吸引了飛機和鐵路車輛企業的興趣。
具有如此出色特性的不燃鎂合金不使用稀有金屬。雖然開發方沒有透露成分，但可以確定的是，添加的元素均為價格低廉的通用金屬。
本文最后還將介紹河村先於該合金開發出的“KUMADAI耐熱鎂合金”，這種合金添加了稀有金屬釔（Y），有可能導致成本增加，從成分來看，不燃鎂合金更便於實現低成本化。而且，因為具有不燃的性質，所以無需擔心切削時的粉屑著火，容易實施切削加工。但難點在於高溫強度低。
為了開發不燃鎂合金和耐熱鎂合金，進行性能測試，揭示不燃和難燃化原理，以便全面投入實用，熊本大學於2011年在校內成立了“熊本大學先進鎂國際研究中心”（MRC），加快了開發的速度。中心除400kg的熔爐和580t的熱擠壓設備之外，還擁有能夠評價成分和機械強度的分析裝置等。
急冷性能高，鑄造易制造
河村從2000年起著手開發的“KUMADAI耐熱鎂合金”是不燃鎂合金的基礎。這種合金添加了約2at％的釔（Y）和1∼2at％的鋅（Zn），自燃溫度最高可達940℃，比一般鎂合金高出了300℃以上。而且還具有優良的耐腐蝕性和強度，與不燃鎂合金一樣，實用化前景都很受期待。
耐熱鎂合金按照制造方法分成兩類。一類是利用快速凝固的方法制造的“KUMADAI急冷耐熱鎂合金”。另一類是對鑄造的錠料實施擠壓加工的“KUMADAI鑄造耐熱鎂合金”。前者是利用薄帶連鑄法，使熔融金屬快速凝固，制成合金薄片，壓實預成型后實施擠壓加工而成。制造雖然費時費力，但性能優良。而后者與急冷材料相比，特性雖然略差，但制造方法要簡單。
在阻燃性鎂合金中，日本產業技術綜合研究所開發的材料已經是眾所周知。這種合金的自燃溫度為810℃，強度與傳統的鎂合金相同。而河村開發的耐熱鎂合金不僅自燃溫度比產綜研的阻燃性鎂合金要高出100℃以上，而且擁有更加優良的強度和耐腐蝕性。
實際上，鑄造耐熱合金的比強度約是A7075的1.3倍，急冷耐熱合金更是達到了A7075的2倍以上〔圖2（a）〕。河村表示“高溫特性特別好”也是耐熱鎂合金的一大特點。在200℃下，鑄造耐熱合金、急冷耐熱合金的比強度均遠大於鋁合金（A2219）和高強度鎂合金（WE54）*2的比強度〔圖2（b）〕。但二者的成型性要好，如果採用溫成型，耐熱鎂合金作為壓延材料比主流鍛造材料AZ31更容易成型。
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圖2：鑄造耐熱鎂合金的特性 常溫下的比強度（屈服強度與密度之積）高於鋁合金（a）。高溫（200℃）下的強度更是勝過鋁合金和其他耐熱鎂合金（b）。鑄造耐熱合金的耐腐蝕性雖然不及市售的鎂合金，但急冷耐熱合金的耐腐蝕性比鋁合金還要好（c）。市售合金均經過了熱處理。 |
再來看耐腐蝕性，鑄造耐熱合金的耐腐蝕性等於甚至低於不耐腐蝕的AZ31，但急冷耐熱合金的耐腐蝕性高達特超硬鋁合金的“近2倍”，傳統鎂合金更是不在話下〔河村，圖2（c）〕。
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