高强度、能变形，稀土镁合金“改头换面”！

最近，内蒙古包头稀土研究所开发了锆粒度小于600纳米的稀土镁锆晶粒细化剂产品，填补了高效低成本镁合金晶粒细化剂的产品空白。

这使得开发用于轨道交通设备的高强度铸造/锻造镁合金材料成为可能，如飞机座椅、汽车安全部件、轻型高速列车等包头稀土研究所镁合金项目组主任、高级工程师胡文新表示。

合金更耐用，产业化意义重大。

目前，镁锆中间合金在我国工业领域广泛用作晶粒细化剂。市场上现有产品存在锆元素精炼效率低(低于40%)、锆颗粒沉积量大、精炼成本高、杂质含量高、精炼过程操作不稳定等问题，给实际工业应用带来很大困难。

“镁合金晶粒尺寸控制技术是控制镁合金材料性能的最基本、最重要的技术手段之一。锆和稀土元素是镁合金的有效细化元素。如何充分发挥这些元素在合金中的作用一直是我们研究的重点。”胡文馨说道。

包头稀土研究所在以往镁合金稀土和锆元素耦合细化机理研究成果的基础上，辅以全新的冶金工艺制备方法，使分布更密集、体积更小的锆颗粒为镁晶核提供更多的附着机会。同时，稀土元素在结晶过程中增强了镁晶核在锆颗粒表面的附着能力，从而实现了镁合金晶粒的高效细化。

数据表明，稀土镁锆晶粒细化剂中细化颗粒的尺寸比传统细化剂减小了2/3，纳米颗粒的含量占总颗粒的60%以上，颗粒间没有团聚现象。合金材料细化后，晶粒尺寸可进一步减小20%至35微米以下，细化效果显著，晶粒越细，材料的力学性能越好。

目前，该产品已完成小规模生产工艺的研发，并已通过客户的验证。与传统镁锆晶粒细化剂相比，产品的细化效率达到80%以上，成本降低20%以上。

胡文新说:“这项技术对稀土镁合金铸锭产品的产业化具有重要意义。它能有效减少产品内外金属颗粒的不均匀性，保持内外合金颗粒的尺寸基本一致，大大提高合金的应力水平，使合金更加耐用。”

节约成本，性能与现有材料相当。

随着新能源汽车和5G通信在中国的快速发展，市场对轻质合金材料有很强的需求，轻质合金材料具有更轻的重量、更好的散热性能和优异的耐腐蚀性能，但相应的性能要求也越来越高。

“鉴于内蒙古独特的稀土资源优势，我们研究了镧、铈等稀土元素对镁合金散热性能的作用机理，开发了一系列低成本散热稀土镁合金工程材料。综合性能相当于现有的铝合金散热材料，散热装置的制造成本比铝合金节约5%以上。”胡文馨自信地说道。

基于稀土对镁合金散热的作用机理和镁合金晶粒尺寸控制技术的突破，包头稀土研究所在半连续铸造和冷室压铸的产业化方面取得了新的突破。

目前，国内外对稀土镁合金压铸工艺的专门研究很少。“我们与东北大学和上海交通大学联合开发了半连续铸造技术。我们突破了熔体净化和细晶细化技术、低频电磁铸造控制技术、自流铸造控制技术等技术。通过技术集成，突破了大规格稀土镁合金棒材内应力大、径向晶粒尺寸差异大、力学性能不均匀等技术难题。”胡文新表示，该合成技术代表了中国领先的镁合金材料半连续铸造技术，为后续降低大尺寸、高质量锻造轮毂和挤压型材的成本奠定了技术和产品基础。

包头稀土研究所引进了内蒙古科研院所最大吨位冷室压铸系统——QC-830。现已实现工业上常用泵电机外壳的压铸制备。具有300吨/年稀土镁合金薄壁器件的制备能力。与传统的重力铸造和砂型铸造方法相比，综合效率提高了30%，仅人工成本支出就降低了60%。对促进稀土镁合金材料的下游应用起到了很大的作用。稀土镁合金压铸技术和产品的最终市场是可以预见的。

关于未来的技术研发，胡文新表示，研发团队将开展通信工程和民用电子行业用高性能散热镁合金和功能镁合金材料的研究。开展镁合金材料低压铸造、半固态成型等加工成型技术的研发，实现相应设备和产品的示范应用。