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产品轻量化的秘密「镁合金」

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丨丶英勇青铜侠客

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2019-10-1
发表于 2019-10-3 03:35:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
通常在感知认识上,坚固同轻薄是矛盾的,一般厚重会被认为可靠耐用,而轻薄会被认为易损坏和不耐久。厚重的材料和结构会产生更多的碳足迹及耗费更大的成本。但随着新材料技术和新工艺的发展,轻薄也可以坚固。
        轻薄的产品意味的更低的成本和更优的用户体验,特别在汽车行业、移动设备及可穿戴产品行业。所以在满足产品结构强度的前提下,产品「轻量化」变的尤为重要。目前工程材料主要为塑料和金属。塑料的轻量化手段主要有高强度复合材料、气体辅助注塑和微发泡成型技术。 而金属材料的产品轻量化首选手段当属「镁合金」的应用了.


实用金属中最轻金属之名:无疑当属「镁合金」.
镁合金是以镁铝为基础的合金。
材料拥有金属的性能,而重量不到钢的1/4( 镁合金密度1.8 g/cm3,钢密度7.8 g/cm3 ),只比塑料(聚碳酸酯密度1.2 g/cm3)稍重,比强度最高,是设计高强度轻量化产品的绝佳材料. 在高端电子产品、汽车行业、航天航空领域有广泛应用.
点: 650℃
度: 1.8 g/cm3 (实用金属中是最轻的金属)
常用牌号: AZ91D  、AM60B
成型工艺:压铸
表面处理:钝化,喷涂,电泳,电镀.
镁合金除了密度小,强度高的典型特点外,还具有散热性能好,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好等优点。
本身无磁性、电磁屏蔽性好,无毒, 可100%回收利用.
镁合金铸件稳定性高,加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。
镁合金熔点比铝合金熔点低,具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。
但镁合金线膨胀系数较大(25~26 μm/m℃),在大尺寸且要求精度高,使用环境温度变化剧烈的设计场所谨慎使用.
AZ91D是最常用的镁合金型号,属于Mg-Al-Zn系,除强度高轻量化耐腐蚀外,拥有优良的压铸工艺性能,广泛应用于电子产品外壳及内部支撑骨架设计. 表面处理可电泳、喷涂,用于内部骨架时一般只做清洁钝化 .
壁厚最小设计值0.5mm.
比:Al ( 8.3-9.7% ) Zn ( 0.3-1% ) Mg ( 余量 )
点: 596℃
导热系数: 72
度: 1.82 g/cm3
屈服强度: 160 Mpa
抗拉强度: 240 Mpa
弹性模量:45 Gpa
度:96HV
长 率: >3%
冲击应力:6-9
成型工艺:压铸
价 约:130元 /千克
Magic Leap One
头显外壳采用镁合金AZ91D,高强度材料可对内部昂贵的光学系统和传感器系统做强化保护;因为内部电子系统发热量大,金属外壳可以更好的导热散热;电磁屏蔽性佳,3C产品的外壳需要能够提供优越的抗电磁保护作用,而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰。


Dell   Alienware 系列游戏本
屏幕转轴稍微向前移,后面留出散热机构的空间,让机器整体比前代薄了 25%。新机身由镁合金和铝合金组成,让它拥有比前代更好的结构强度。


Magic Leap One  头显内部骨架
以镁合金支架为骨架,固定光学系统及传感器组件,金属材料可以保证组件的尺寸稳定性,同时可将传感器产生的热量传导出去,保证系统的性能稳定性.


铝镁合金款眼镜骨架
镁合金的密度虽然比塑料略重,但是单位重量的强度和弹性率比塑料高(比强度),所以在同样的强度需求的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料薄而轻.  镁合金比强度(强度/质量)最高。比刚度(刚度/质量)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。
小米90分 铝镁合金旅行箱
AM60B属于Mg-Al-Mn系, 本身特点除高强度及铸造性能优秀外,更有卓越的延伸性和能量吸收特型;拥有相对更高的抗拉强度,在运动和持续受的情况下不容易断裂 . 多用于运动部件设计.
比:Al ( 5.5-6.5% ) Mn ( 0.24-0.6% ) Mg ( 余量 )
点: 615℃
导热系数: 62 W/(m.K)
度: 1.78 g/cm3
屈服强度:130 Mpa
抗拉强度: 225Mpa
弹性模量: 45 Gpa
度:88HV
伸 长 率: >8%
冲击应力:17-18
成型工艺:压铸
单 价 约:160 元 /千克
小米 9号平衡车
小米平衡车骨架及转动杆采用镁合金,在保证轻量化坚固的同时,还可应对运动及振动时的持续外力冲击.     在相同载荷下,减振性是铝的100倍,钛合金的300~500倍。
在弹性范围内,镁合金受到冲击时,吸收的能量比铝合金大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。


镁合金骨架死飞 ONE X
轻量化的体积重量比,优良的吸振性能,使镁合金是制作户外运动器械的优选材料.  在高端自行车产品中有广泛应用。
摩拜单车   轮毂采用镁合金材料
轮毂采用镁合金材料
汽车领域


汽车制造通常是铝合金+镁合金,复合使用.   据调查,汽车燃油60%用于汽车自重消耗,所以轻量化一直是汽车行业的研究重点,镁合金在汽车行业有广泛的应用,如轮毂,方向盘及各种支架和壳体等. 同时塑代钢,铝代钢及碳纤维也是汽车轻量化的研究重点. 近年来塑料微发泡技术也得以广发应用。


轮毂
Northrop XP-79. 美国
1945年设计,双涡喷发动机,几乎全镁合金结构,高抗冲击能力. 现在看来也是十分科幻的设计。
对于镁合金的表面处理,目前主要是原色钝化和喷涂,资料显示可做阳极氧化,但市场上很少看到直接氧化的外观件,如果有请留言,以便共同学习。
注:以上内容只用于知识传递,无任何商业用途, 图片均来自网络,侵删。
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