2015年4月，一種材料的實(shí)用化悄悄拉開了序幕。量產(chǎn)的第1件產(chǎn)品，是看上去普普通通的“螺絲”。而且是結(jié)構(gòu)物使用的螺絲，本身與汽車沒有任何關(guān)系。然而這顆螺絲，卻有可能為汽車的輕量化作出巨大的貢獻(xiàn)。

　　設(shè)在大阪府的丸笑制作所開始生產(chǎn)的這種螺絲，最大的特點(diǎn)是材料使用了不燃鎂(Mg)合金(圖1)。鎂的比重為1.7，不到鋼(7.9)的1/4，僅為鋁(Al)合金(2.7)的2/3左右，強(qiáng)度除以比重得出的比強(qiáng)度則優(yōu)秀出眾。

　　重量輕且比強(qiáng)度高的鎂合金，已經(jīng)得到了筆記本電腦和汽車部件等的采用。但卻沒有成為通用材料，走近人們的身邊。在汽車部件領(lǐng)域，雖然有德國寶馬為缸體采用鎂合金等事例，但在日本國內(nèi)，鎂合金還只是小規(guī)模地應(yīng)用于方向盤的芯棒、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(電子控制單元)的外殼、油杯帽等小型部件。

　　為什么適合輕量化的鎂合金得不到廣泛運(yùn)用?原因在于鎂合金存在的難點(diǎn)。其中最大的課題，當(dāng)屬自燃溫度低，容易燃燒。鎂合金的著火溫度一般為 550～600℃左右。鎂塊雖然不會(huì)輕易著火，但粉末、切屑等細(xì)碎的金屬片在遇到火源時(shí)容易著火。因此在機(jī)械加工中需要多加小心，操作起來非常麻煩。

　　超過1000℃也不燃燒

　　丸笑制作所投入實(shí)用的螺絲，解決了鎂合金的這個(gè)課題。通過使用熊本大學(xué)研究生院自然科學(xué)研究科工學(xué)部教授河村能人開發(fā)的“KUMADAI不燃鎂合金”，攻克了易燃的難關(guān)。熊本大學(xué)2011年在校內(nèi)設(shè)立了“熊本大學(xué)先進(jìn)鎂國際研究中心”。該中心實(shí)施不燃鎂合金和耐熱鎂合金的開發(fā)與特性評(píng)價(jià)、推導(dǎo)不燃/難燃化的原理，并以全面投入實(shí)用為目標(biāo)進(jìn)行了研發(fā)。

　　不燃鎂合金的自燃溫度最高為1105℃。比一般的鎂合金高500℃以上，比過去的難燃鎂合金高250℃以上〔圖2(a)〕。不燃鎂合金即使從熔煉爐中取出到空氣中，也不會(huì)像通常的鎂合金那樣燃燒。使用燃燒器烘烤也不著火，在超過純鎂的熔點(diǎn)(1091℃)后會(huì)沸騰而不是燃燒。也就是實(shí)現(xiàn)了不燃。因?yàn)椴粫?huì)燃燒，所以在熔化和鑄造時(shí)比較容易操作。

　　常溫下的強(qiáng)度也比較高，拉伸屈服強(qiáng)度約為460MPa，相當(dāng)于高強(qiáng)度鋁合金“超高強(qiáng)度硬鋁(7075)”〔圖2(b)〕。綜上所述，不燃鎂合金不僅不會(huì)燃燒，而且機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良。

　　不燃鎂合金是以一種合金為原型開發(fā)而成。那就是河村從大約2000年開始進(jìn)行開發(fā)的“KUMADAI耐熱鎂合金”。這種合金添加了大約2%的釔(Y)和1～2%的鋅(Zn)，自燃溫度最高為940℃。不僅具有耐熱性，而且耐腐蝕性和強(qiáng)度優(yōu)良。

　　在常溫下，比屈服強(qiáng)度高達(dá)超高強(qiáng)度硬鋁的1.3～2倍左右。高溫特性出色也是一大特點(diǎn)，比如說，200℃下的比屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市售的耐熱鋁合金(鋁合金)和市售的耐熱鎂合金〔圖2(c)〕。

　　KUMADAI耐熱鎂合金按照制造方法可以分成兩類。一類是通過快速凝固制造的“淬火耐熱合金”。另一類是對鑄錠材料進(jìn)行擠壓加工的“鑄造耐熱合金”。前者利用薄帶連鑄法，使熔融金屬快速凝固制造合金薄片，在壓實(shí)進(jìn)行預(yù)成型后，再通過擠壓加工制造。制造過程雖然麻煩，但就像后面介紹的一樣，這種合金具有很多的優(yōu)良特性。另一方面，后者與淬火材料相比，特性雖然略差，但擁有制造方法簡單的特點(diǎn)。

　　丸笑制作所目前通過訂貨生產(chǎn)的方式，供應(yīng)使用不燃鎂合金的螺絲。面向的用途是結(jié)構(gòu)物，產(chǎn)量還比較小。但以此為契機(jī)，這種材料也有可能推廣到其他用途。

　　應(yīng)用于活塞和渦輪等

　　熊本縣的不二輕金屬也在開展KUMADAI不燃/耐熱鎂合金業(yè)務(wù)。用途廣泛涉及醫(yī)療、飛機(jī)、鐵路、航空航天、休閑度假等各個(gè)領(lǐng)域，汽車當(dāng)然也有希望采用。在車用部件方面，該公司認(rèn)為這種材料可以應(yīng)用于活塞和渦輪增壓器的壓縮機(jī)輪等，已經(jīng)試制出了鍛件。

　　普及面臨的一個(gè)課題是降低成本。現(xiàn)在，不二輕金屬提供的樣品的價(jià)格高達(dá)6萬日元/kg(圖4)。該公司正在為量產(chǎn)驗(yàn)證工廠的全面投產(chǎn)進(jìn)行準(zhǔn)備，在今后，樣品價(jià)格預(yù)計(jì)將降低到1萬日元/kg左右。

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