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日本熊本大學(xué)先進(jìn)鎂國際研究中心成功增強(qiáng)了KUMADAI鎂合金的韌性。由此實(shí)現(xiàn)了 “輕量、堅(jiān)固、強(qiáng)韌的鎂合金”，具有與以往的飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金不相上下的斷裂韌性和最大可將重量減輕15%左右的機(jī)械強(qiáng)度，在飛機(jī)上的應(yīng)用取得了巨大進(jìn)步。
鎂金屬是實(shí)用金屬中最輕的，作為有助于減輕飛機(jī)和汽車等運(yùn)輸設(shè)備重量的新一代環(huán)保型輕量結(jié)構(gòu)材料備受關(guān)注。尤其是2015年美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)解除了禁止商用飛機(jī)使用鎂的禁令之后，飛機(jī)領(lǐng)域正積極推進(jìn)了鎂合金的研究開發(fā)。熊本大學(xué)先進(jìn)鎂國際研究中心開發(fā)出了同時(shí)具有高強(qiáng)度、高耐熱性和阻燃性的 “KUMADAI耐熱鎂合金”，并從基礎(chǔ)和應(yīng)用兩方面推進(jìn)了研究開發(fā)。KUMADAI耐熱鎂合金通過了FAA的鎂燃燒測試，因此作為飛機(jī)用結(jié)構(gòu)材料備受關(guān)注。熊本大學(xué)與三菱重工業(yè)公司在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的“新一代構(gòu)造部材創(chuàng)制及加工技術(shù)開發(fā)”項(xiàng)目下共同推進(jìn)了相關(guān)研究開發(fā)。
飛機(jī)用結(jié)構(gòu)材料除輕量性外，還要求具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗裂性。也就是說，不僅是 “強(qiáng)度”，還要具備即使受損也不容易斷裂的 “韌性”。一般來說，屈服強(qiáng)度越高的材料，表示韌性的斷裂韌性越低，因此被認(rèn)為很難兼顧強(qiáng)度和斷裂韌性?，F(xiàn)有高強(qiáng)度鎂合金的比屈服強(qiáng)度(表示輕量性和強(qiáng)度)比飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金低50%左右，斷裂韌性值低10%左右，作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料使用還存在課題(圖1)。
圖1：KUMADAI急冷耐熱鎂合金的比屈服強(qiáng)度與斷裂韌性值的關(guān)系(現(xiàn)有飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金與現(xiàn)有高強(qiáng)度鎂合金的比較)
另外，利用熊本大學(xué)自主開發(fā)的技術(shù)超急冷法(圖2)制作的KUMADAI急冷耐熱鎂合金的比屈服強(qiáng)度雖然比現(xiàn)有飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金高50%以上，有望大幅減輕航空用結(jié)構(gòu)部件的重量，但其斷裂韌性與以往的鎂合金一樣低，還沒達(dá)到飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金的斷裂韌性下限值(18MPa√m，圖1)。
此次，研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化KUMADAI急冷耐熱鎂合金的制造流程條件和合金成分，實(shí)現(xiàn)了納米組織控制(數(shù)百納米的組織控制)，成功提高了合金的韌性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了20.5MPa√m的高斷裂韌性值和220kNm/kg的高比屈服強(qiáng)度(圖1)。新開發(fā)的“輕量、堅(jiān)固、強(qiáng)韌的飛機(jī)用鎂合金”擁有與以往的飛機(jī)用高強(qiáng)度鋁合金不相上下的斷裂韌性和可將重量減輕15%左右的機(jī)械強(qiáng)度，由此KUMADAI急冷耐熱鎂合金在飛機(jī)上的應(yīng)用取得了巨大的進(jìn)步。
圖2：KUMADAI急冷耐熱鎂合金的制造流程
圖3：用于測量斷裂韌性的CT試片(符合ASTM標(biāo)準(zhǔn))
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