日本国立材料科学研究所(NIMS)宣布,成功开发出即使在高速压缩时也能变形而不断裂的镁合金。其变形能力可与市售铝合金相媲美,有望有助于减轻汽车、轨道车辆和其他产品的重量,同时可用于吸收碰撞能量。
镁是所有实用金属材料中最轻的,作为可以减轻汽车和其他产品重量的金属材料而受到关注。但它的缺点是,如果在室温下施加很大的力,它会立即断裂。2017年,NIMS研究小组在镁中添加了少量锰,成功开发出一种镁合金,可以变形为桶形,在受力时不会突然破裂。然而,该特性仅限于施力速度较慢的情况,并且需要即使在坠落或碰撞等高速施力时也不会损坏的性能。
(试件通过在200摄氏度左右的温度下像tokoroten一样挤压材料进行加工。为了研究所开发材料的性能,在室温下与市售镁合金一起进行了压缩测试。相同测试的结果是,市售材料在破裂后立即破裂,但开发材料并未破裂并变形为波纹管形状。研究发现,所开发的材料在吸收抗断裂能量方面比现有材料好三倍以上。据说这是因为挤压过程使晶粒变小并且锰聚集在晶粒之间,促进了晶界滑动。)
这次,同一研究小组创造了一种添加微量铋而不是锰的镁合金。当这种材料在室温下以比典型评估速度快大约100倍的速度压缩时,发现它不会突然破裂,并且可以变形为桶形。抗断裂能量吸收比市售镁合金好五倍以上,与市售铝合金相当。
当观察开发材料的内部时,发现添加的铋并不存在于镁晶粒之间。当添加锰时,少量锰存在于晶界处,但在加铋的情况下,认为进一步促进了晶粒彼此滑动的晶界滑动。
随着这一进展,轻质镁合金现在即使在室温下也能高速变形而不会破裂,预计将被广泛应用于汽车、轮椅、火车座椅和自行车车架等领域。此外,对于冲压加工等二次加工,有望通过降低加工温度来节省能源,并降低加工设备成本。
公开研究报告如下