2013年12月19日09:28
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有可能大幅拓展通用鎂合金“AZ91”用途的是日本住友電氣工業公司開發的板材。2013年，作為使用“AZ91”板材的首款產品，東芝上市了“dynabook KIRA”。
住友電工在AZ91板材的量產技術上初見眉目是在2010年。此后三年，經過以穩定量產為目標的技術開發和用戶評測之后，終於達到了實用化階段。因作為壓延材料使用的“AZ31”鎂合金耐腐蝕性較低，有的產品隻好不再將其用作外裝材料，而AZ91板材剛好可應用於這些產品。
使微細晶粒均勻分散
鋁（Al）含量較多的AZ91在鎂合金中擁有出色的耐腐蝕性，是最常用的通用鎂合金。但是，其使用形態過去基本上隻限於鑄造材料。住友電工新業務開發本部鎂合金開發部長岸本明解釋說，原因是“普通AZ91完全不能進行塑性加工”。因其會不均勻地析出較硬的MgAl化合物，加工時易導致材料破碎。因此，無法制造板材、不適合沖壓加工是鎂合金被人冷卻的主要原因之一。
打破這一障礙的企業是住友電工。岸本明介紹稱，該公司開發出了“類似漏模造型（Strip Casting）的自主急速冷凝技術”，成功使金屬組織的分布細致而且均勻（圖1），由此避免了大尺寸化合物的析出，從而可防止由此引起的材料破碎。盡管詳情未透露，但住友電工新領域技術研究所鎂合金研究室主任河部望表示“關鍵在於在母材中均勻地混合大量鋁並急速冷卻”。
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圖1：AZ91的金相 住友電工的板材組織中沒有發現明顯的金屬間化合物（a）。鑄造材料則明顯析出了的金屬間化合物（黑色部分）。這種金屬間化合物比較硬，因此在加工時容易破碎。 |
加工性能與AZ31同等
由板材制造的沖壓品不僅適合大量生產，而且具有尺寸精度高、表面缺陷少、強度高等多種優點。比如，住友電工的AZ91沖壓品，其拉伸強度最大可達到380MPa，是鑄造品的1.5倍，延展率高達10％以上。而且，對沖擊的耐受性也很強。在薄板鑄造品被砸碎的沖擊試驗中，相同厚度的沖壓品隻出現稍微凹陷，並未出現裂紋（圖2）。
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圖2：沖擊試驗結果 從75cm高處令225g的鐵球落下。左側的AZ91板材沖壓品隻稍微凹陷，並未出現裂紋，而比其厚的觸變成型品則被砸破。 |
河部指出，AZ91板材的加工性能與AZ31同等，“因其強度高，連鋁合金都很難做到的深沖及小R角也能沖壓成形”。
發揮出色的耐腐蝕性用於表面加工
河部表示，AZ91板材的另一大優點是“裝飾性高，可以實現AZ31無法做到的外觀設計”。這得益於AZ91板材的出色耐腐蝕性。
AZ91板材的耐腐蝕性比AZ31板材及AZ91鑄造材料都高。這是因為其表面缺陷少，晶體細密且均勻，表面性質十分穩定的結果。從住友電工實施的100小時鹽水噴霧試驗結果來看，AZ31板材及AZ91鑄造材料的表面出現了白色鏽斑，而AZ91板材卻沒有明顯的腐蝕痕跡（圖3）。耐腐蝕性高，可採用的涂料范圍就會擴大，從而可以使用多種顏色的涂料，也就是說外觀設計性更高。
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圖3：鹽水噴霧腐蝕試驗結果 AZ31板材與AZ91鑄造材料在24小時后有明顯腐蝕，而住友電工的AZ91板材在100小時后也沒有明顯的腐蝕。 |
板材間的接合可以採用普通焊接方式。比如，住友電工設想將其應用於大尺寸產品，試制了手提公文箱等（圖4）。將三塊板材以摩擦攪拌焊接工藝粘貼起來，沖壓加工制成。據稱，制造過程中直接沿用了鋁合金模具。
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圖4：用AZ91板材制造的樣品 左圖為筆記本電腦表面機殼示意圖。採用沖壓技術施以十字加工。右圖是以摩擦攪拌焊接（FSW）工藝將三塊板材焊接成大尺寸板材，再沖壓成形加工成的手提公文箱。這種公文箱已由開發人員日常使用。 |
目前，住友電工可以供應的板材尺寸為寬350mm×厚2mm。要想按照用戶需求用於大型結構材料，還需要解決如何實現大型化的課題。
AZ91板材剩下的問題就是成本了。因為板材在鑄造之后還要經過壓延工序加工，所以成本高於鑄造品。但是，由於成形后的研磨工時及表面處理工時少於鑄造品，且生產效率高，因此住友電工估計，最終的板材價格可以控制在與鑄造品同等或以下的水平。（日經技術在線！ 供稿）
