聚苯醚合金的研究进展
聚苯醚合金的研究进展3
胡 洋 冯 威 高 瑜 武德珍 金日光
(北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)
摘 要
综述了第一代聚苯醚合金(PPO/PS )和第二代聚苯醚合金(PPO/PA 、PPO/PB T 、
PPO/PPS 等)的技术动向和研究进展,对今后合金的开发进行了展望。 关键词:聚苯醚 合金 综述
0 前言
3国家八六三计划新材料领域资助项目 收稿日期:1998211209
未经改性的聚苯醚(PPO )树脂具有良好的力学性能、电性能、耐热性、阻燃性以及化学稳定性等,但是它的耐溶剂性差、制品容易发生应力开裂、缺口冲击强度低,另外它存在一个致命的弱点———熔体粘度高,加工成型性极差,纯PPO 树脂不能采用注射方法成型,这样大大限制了它的应用。为了克服这些缺点,或赋予其新的性能,人们对PPO 进行了多种改性。其方法有物理(共混、填充、增强和微发泡等)和化学(共聚、嵌段、接枝和网化等)改性两种。化学改性主要包括〔1〕: (1)对PPO 的结构进行改性,如用溴化、磷酸酯化、磺酰化、羧基化等来提高PPO 的溶解性和透气性以用于膜材料,或是赋予PPO 的阻燃性而用于阻燃材料;
(2)PPO 的主链或端基与带官能团的小分子进行反应,赋予PPO 一定的极性和反应活性,用于PPO 合金的增容剂;
(3)PPO 与其它高分子或小分子通过嵌
段或接枝共聚获得新材料或用作PPO 合金
的增容剂。 聚苯醚的物理改性中研究最为活跃的是PPO 的合金化,主要包括:①利用PPO 与聚苯乙烯(PS )在宽广组成范围内的相容性与各种带苯乙烯单元的聚合物共混来制备PPO/PS 型合金,即第一代PPO 合金;②通过与其它工程塑料,如聚酰胺(PA )、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET )、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PB T )、聚苯硫醚(PPS )等共混制备高性能的PPO 合金,即第二代PPO 合金。另外,可以按组分间的相容性将聚苯醚合金分为:①相容体系,主要是指PPO/PS ;②非相容体系,包括PPO/PA 、PPO/PB T 、PPO/PET 、PPO/聚四氟乙烯(PTFE )、PPO/聚烯烃(PO )等;③部分相容体系,包括PPO/聚碳酸酯(PC )、PPO/PPS 、PPO/苯乙烯2丁二烯2苯乙烯共聚物(SBS )、PPO/丙烯腈2丁二烯2苯乙烯共聚物(ABS )、PPO/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )、PPO/苯乙烯2丙烯腈共聚物(SAN )等。下面就主要的PPO 合金进行简要介绍。
第13卷第3期1999年3月
中 国 塑 料
CHINA PLASTICS
Vol 113 No 3
Mar 1999
1 第一代聚苯醚合金
PPO/PS型合金自1966年美国GE公司将Noryl推向市场以来已经历了30余年的历史,它是第一个商品化的工程塑料合金。它的特点是共混组分均为非结晶性树脂,由它们组成的合金为相容体系,该合金具有优良的力学性能、耐热性、阻燃性及尺寸稳定性,同时具有优异的加工成型性。PPO/PS 合金发展至今,在高分子合金史上仍占有重要地位,为完善这类合金的性能,人们对其一直作着各种改进。
111 冲击性能
纯粹的PPO/PS合金的韧性很差,无实用价值,通常加入橡胶类高分子以提高合金的冲击性能,所加入的冲击改性剂主要是含表1 几种典型PPO/PS型合金体系的冲击强度
组 分(质量)/%
缺口冲击
强度/J?m-1
参考
文献
PPO(100)642 PPO/HIPS(45/55)1493 PPO/ABS(50/50)2483 PPO/PS/SEBS(50/35/15)2404 PPO/PS/SEBS/氢化SBR(50/30/
15/5)
3424 PPO/HIPS/SEBS(72/28/10)3795 PPO/HIPS/SEBS/SBR(44/56/5/5)4325 PPO/EPDM2g2PS3/氢化SBR(/50/
40/10)
2076 PPO/EPDM2g2PS33(50/50)2326 PPO/EPDM2g2PS33氢化SBR(50/
40/10)
4646 PPO/氢化径向远程SBR(60/40)5447
3:EPDM2g2PS,EPDM含量为10%,粒径大。
33:EPDM2g2PS,EPDM含量为10%,粒径小,约115μm。
苯乙烯单元的聚合物,如SBR、SBS、SEBS (氢化SBS)、ABS、SAN、MAS、MBS、EPDM2 g2PS、HIPS、PS2g2MA等,将它们与PPO与PPO/PS共混后冲击强度有不同程度的提高,如表1所示。从表1可以看出:
(1)和其它增韧体系一样,增韧剂种类不同增韧效果不同,总体而言,ABS(AN含量在2%～8%)和SEBS的增韧效果好。
(2)增韧剂的形态结构对体系的增韧效果有显著的影响,用粒径小的EPDM2g2PS 增韧的效果优于粒径大的EPDM2g2PS;用径向氢化SBR增韧的效果优于线型氢化SBR。
(3)某些增韧剂之间存在着协同增韧作用,如EPDM2g2PS与线型氢化SBR共同使用时缺口冲击强度较单独使用EPDM2g2PS 提高了2倍;SEBS和SBR共同使用,冲击强度也有大幅度提高。
112 耐热性〔8〕
为了提高PPO/PS型合金的热性能,常向合金中加入少量耐热性好的材料,但这种材料应与基体相容,常用的有苯乙烯2马来酰亚胺共聚物、苯乙烯2马来酸酐共聚物、苯乙烯2α2甲基苯乙烯共聚物等;另一种方法是在合成PPO时在主链上引入吲哚或咪唑来提高基体的热变形温度;第三种方法是在合成PPO的后期不对其封端,保留端羟基,共混时向体系中加入St2MA、St2AA2MA等多官能团共聚物与PPO的端羟基反应,形成星状或梳状的大分子。
113 加工性〔9〕
为了改善PPO/PS体系的加工流动性,常加入小分子塑化剂,如超重矿物油、己二酸二辛酯、二羟基二苯硫醚以及三苯基磷酸酯等,但加入量应适中,否则体系的热变形温度会大幅度下降。另一种方法是加入低分子量的聚合物,如低分子量PS、苯并呋喃2二烯树脂、多萜树脂、改性松香等,这种方法的缺点是加入量较大时,体系的耐溶剂应力开裂性下降。此外,向体系中加入适量PE、LDPE、PC、芳香族聚酯增塑剂等大分子,或加入适
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聚苯醚合金的研究进展
量反应性的小分子,如润滑剂或表面活性剂,可以有效地改善合金的加工性。
114 阻燃性
PPO具有良好的阻燃性,但加入PS后其阻燃性下降,因而常加入小分子阻燃剂,如卤化物类、磷酸酯类等,但小分子易迁移出来而污染环境,因而常在PPO的侧基上引入卤族元素或磷酸酯类物质以阻燃,即PPO的溴化和磷酸酯化。随着对环保的重视和新型阻燃剂的开发,添加非卤素的大分子阻燃剂是聚苯醚合金获得阻燃性的研究热点,文献〔10〕中提出一种方法,即向体系中加入含磷酸酯的苯乙烯2丙烯共聚物达到阻燃目的。
115 耐候性〔11〕
为解决MPPO的热氧降解,首先是使用氢化的各种增韧剂,如SEBS、氢化SBR等以防止二烯中的双键热氧分解;同时针对PPO 的易热氧降解、高温易变色的特点,加入抗氧剂,如ZnS、ZnO等。耐候性的另一方面是抗紫外线照射,通常是加入紫外线吸收剂。116 耐化学药品性〔12〕
提高PPO/PS体系耐溶剂性的方法通常是利用丙烯腈(AN)耐溶剂的特点向体系中加入SAN或ABS,但体系中AN含量适中,当AN含量大于715%时,会出现相分离。另外,加入适量的烯烃类聚合物,如PE、PP 等也可以提高耐溶剂性,用磺酰化的EPDM 对PPO进行改性会提高合金的耐应力开裂性。
2 第二代聚苯醚合金
211 聚苯醚/聚酰胺合金〔13〕
Noryl合金在PPO的发展史上具有重要意义,它具有很多优异的性能,但是存在热变形温度(HD T)低、耐油性和耐溶剂性差的缺点。为了克服Noryl的这些缺点,同时由于增韧技术的发展,GE公司于80年代中期开发成功PPO/PA合金,商品名称为Noryl GTX。此后,美国的联合信号公司、日本的工程塑料公司(现改名为日本GE公司)、旭化成工业公司、三菱瓦斯化学公司和德国的巴斯夫公司等都竞相开发该合金,并使之商品化。该合金的特点是,利用最新的相容化技术和掺混技术,将非结晶性的PPO和结晶性树脂PA合金化,由PA海相和PPO岛相组成微观相分离结构,从而使合金兼具PA 和PPO的优点。在不损失PPO高的玻璃化转变温度和尺寸稳定性的前提下,又赋予PA 耐溶剂性和成型性;同时该合金具有优良的耐冲击性和热稳定性。该合金已用于汽车的挡板、散热器格栅、车轮护盖等,也可用于电子电器、办公用品和医疗器械等领域。
212 聚苯醚/聚酯合金
PPO/PA合金的成功开发引起了高性能聚苯醚合金的研究热潮,这类合金不仅具有商业价值,同时由于PPO和PA是完全的非相容体系,为达到理想的力学性能。大大推动了聚合物合金的增容化技术。但该合金中由于PA的存在,吸水率较高,不能注塑大型精密制件。为了克服这一缺点,GE公司开发了PPO/PB T合金,商品名称为Noryl APT,其产品的尺寸稳定性和物理、力学性能不因吸水而变化,同时又具有Noryl GTX那样的耐热性和冲击性。与PPO/PA合金相似,PB T也是结晶性树脂,为了能制得有实用价值的高性能的聚合物合金,需要加入增容剂。除了使用反应型增容剂外,还可以利用PC与PPO、PB T、PET之间存在部分相容性,使用PC作为聚苯醚/聚酯体系的增容剂。用RuO4对该体系染色,TEM的结果表明,PC包覆在PPO分散相上,形成包覆型三元体系的形态结构〔14〕。
213 聚苯醚/聚苯硫醚合金
电器、电子零件的表面安装技术,需采用
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红外线反射流焊接和气相焊接技术,需要树脂耐260℃以上高温。为此GE公司又开发了PPO/PPS合金,该合金能够满足表面安装技术的要求。玻璃纤维增强的PPO/PPS 合金热变形温度在270℃以上,高负荷下热变形温度也在260℃左右,所以能耐SM T (表面安装技术)惯用的焊接温度。采用新的相容化技术获得的PPO/PPS合金同时改善了非结晶性树脂PPO的耐清洗性及耐溶剂性不足的缺陷。
214 聚苯醚/聚四氟乙烯合金
GE公司为了制作要求刚性大、强度高、尺寸稳定性好的整体轴承部件,开发了PPO/PTFE合金,商品名为Noryl NF。该合金既有PPO树脂作为结构材料的优良性能,又具有PTFE树脂优异的润滑性能, Noryl NF的滑动磨耗特性比通用的Noryl有大幅度提高。
3 聚苯醚/聚烯烃合金
聚苯醚/聚烯烃(PO)合金结合了PPO 的高热变形温度和PO的耐溶剂性,同时由于聚烯烃的存在提高了合金的流动性,但是两者是不相容的,需要加入增容剂来提高它们之间的相容性。用于该体系的增容剂通常是二嵌段、三嵌段的苯乙烯2烯烃共聚物。对PPO/LDPE合金的研究结果表明〔15〕:二嵌段的共聚物的增容效果优于三嵌段的共聚物,共聚物的相对分子量在70000～110000之间的增容效果最佳,这些增容剂的加入不仅提高了PPO/LDPE的缺口冲击强度,同时大大减小了分散相的相畴尺寸。对两种典型的三嵌段共聚物Kraton G1651和Kraton G 1652(均为SEBS,前者相对分子量174000;后者的相对分子量仅为52500)的对比实验表明,前者的增容效果不及后者,原因是前者的相对分子量大、熔体粘度高,在PPO/LDPE中几乎呈单一组分分散;后者的分子量小、熔体粘度低,在PPO/LDPE中能很好地分散在PPO与LDPE的界面间。
Akkapeddi〔16〕用SEBS做为PPO/PP合金的增容剂,结果同样表明采用低分子量SEBS Kraton G1652,其增容效果优于高分子量的Kraton G1651和二嵌段的Kraton G 1701;同时指出,在加入PP之前,需先加Kraton G1652与PPO预混合,这样可使产物的悬臂梁缺口冲击强度比直接混合法提高95%。
4 聚苯醚合金展望
进入90年代,PPO合金开发的热点仍然是PPO/PS体系和PPO/PA体系,对于前者,Asahi化学公司开发了阻燃性好(使用无卤素阻燃剂)、尺寸稳定、力学强度以及高温潮湿环境下具有稳定电性能的新型合金;旭化成公司利用自己的独特技术开发出高耐热PPO/PS合金材料;GE公司最近研制出3种新型Noryl改性PPO,改进了加工工艺,制品具有A级表面和韧性,可用于汽车部件,其相对密度为1109。对于后者,开发的方向是在原有基础上降低吸湿性、提高尺寸稳定性、强度、低温冲击性能、热变形温度和改善加工流动性,为此联合信号公司在Dimension系列PPO/PA合金中加入4个新的品级:D2 9000、D29130、D29300B K和D29300,旭化成公司新开发了3种PPO/PA合金,均适用于汽车领域,同时GE公司也推出了3种新型PPO/PA合金,即:Noryl GTX902、Noryl GTX904、Noryl GTX917。
在纯PPO、PPO/PS、PPO/PA、PPO/ HIPS、PPO/PB T、PPO/PPS、PPO/PTFE合金的基础上,通过加入冲击改性剂、增强剂和物理增容剂来实现物理改性与化学改性相结合、物理增容与化学增容相结合的方法制备
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聚苯醚合金的研究进展
具有预想形态结构的新型超韧增强PPO 合
金,如PPO/SEBS/PA 、PPO/PS/SBR 、PPO/EPDM 2g 2MAH/PB T 等,同时扩大其应用领域是进入90年代PPO 合金发展的另一热点。
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263
R ecent Progress in Polyphenylene Oxide Alloys
Hu Yang ,Feng Wei ,Gao Yu ,Wu Dezhen and Jin Riguang
(College of Materials Science and Engineering ,Beijing University of Chemical Technology ,Beijing 100029)
ABSTRACT
In this paper ,technical tendency and progress of the first generation PPO alloys PPO/PS and the second generation PPO alloys (e.g.PPO/PA ,PPO/PB T ,PPO/PPS etc.)are reviewed in detail.The future development of PPO alloys is prospected. K eyw ords :Polyphenylene oxide ,Alloys ,Review
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聚碳酸酯PC
聚碳酸酯PC 聚碳酸酯是在分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称。聚碳酸酯是一种新型的热塑性塑料，透明度达90%，被誉为透明金属。刚硬而有韧性，具有高抗冲击性，高度的尺寸稳定性和范围很宽的使用温度，良好的绝缘性及耐热性和无毒性。聚碳酸酯燃烧特性：慢燃，离火后慢熄，火焰呈黄色，黑烟碳束。燃烧后塑料熔融，起泡，发出特殊的花果臭气味。聚碳酸酯比重1.20，透明，本色呈微黄。 聚碳酸酯性能：聚碳酸酯树脂通过共聚，共混，增强等途径发展了很多改性品种。聚碳酸酯是抗冲击韧性为一般热塑料之冠，尺寸稳定性很好．耐热性教好，可在-６０～１２０度下长期使用，热变温度１３０～１４０玻璃化温度１４９度热分解大于３１０度．聚碳酸酯极性小，玻璃温度高，吸水率低，收缩率小，尺寸精度高，对光稳定，耐候性好．熔融粘度和注射温度降低，因而易于加工成形。聚碳酸酯与此20~ 40%的ABS树脂共混后，具有优良的综合性能，它既有聚碳酸酯树脂的高机械强度和耐热性，又具有ABS的流动性好，便于加工的特点，各项性能指标大都介于聚碳酸酯和ABS之间。 用途：聚碳酸酯主要用于生产工业制品，用来代替金属及其它合金，在机械工业上作耐冲击及高强度的零部件。玻璃纤维增强聚碳酸酯具有类似金属的特性，可代替铜，锌，铝等压铸件。聚碳酸酯可以进行注射成形，挤出成形，吹塑成形，旋转成形，真空成形和溶剂铸造膜片等技术。制件还可以机械加工，常温冲孔，锯切及焊接和粘合。聚碳酸酯树脂的注射成形，一般采用螺杆式注射机进行。料筒温度：250~320℃，注射压力：50～80MPa，模具温度：85~120℃，螺杆转速：40～60次/min，成品热处理：先在100～105℃的烘箱中烘烤10分钟，然后在120～125℃再烘烤30分钟，自然冷却到常温即可。 聚碳酸酯(PC)介绍，聚碳酸酯是分子主链中含有—[O-R-O-CO]—链节的热塑性树脂，按分子结构中所带酯基不同可分为脂肪族、脂环族、脂肪一芳香族型，其中具有实用价值的是芳香族聚碳酸酯，并以双酚A型聚碳酸酯为最重要，分子量通常为3 -10万。 聚碳酸酯，英文名Polycarbonate, 简称PC。PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在-60~120℃下长期使用；无明显熔点，在220-230℃呈熔融状态；由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好；耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂，缺点是因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳。 PC可注塑、挤出、模压、吹塑、热成型、印刷、粘接、涂覆和机加工，最重要的加工方法是注塑。成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温
ABS合金材料的研究进展
ABS合金材料的研究进展 摘要：本文介绍了ABS树脂的基本性能和应用，并对国内市场进行了分析和预测。详细阐述了PVC /ABS 、PC/ABS 、PA/ABS、PBT/ABS、PMMA/ABS等几种ABS合金的相容性、共混组成与性能的关系，以及制备过程中的影响因素和最新研究进展。 关键词：ABS合金；研究进展；共混；相容性
1 前言 ABS树脂通常是指聚丁二烯的苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物与苯乙烯一丙烯腈游离共聚物(SAN)的混合物。其中，接枝在聚丁二烯橡胶上的苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物为聚丁二烯橡胶和SAN树脂提供了良好的相容化界面，形成了稳定的两相结构。ABS树脂中含有侧苯基、氰基和不饱和双键使ABS与许多聚合物有比较好的相容性，这为ABS 树脂的共混改性创造了有利条件。为此，将各种不同材料与ABS共混以期获得满意的性能，于是种类繁多的ABS合金应运而生。目前ABS合金的种类已达几十种，并且由二元向三元、多元化方向发展。另外，近年来全球ABS需求一直保持着5％左右的年均增长率，亚太地区尤其是我国大陆是带动消费增长的主要地区。目前我国AB S制品高度集中在电子电器配件上，约占总消费量的80％；玩具和汽车配件各占10％；受我国居民消费结构升级，出口加工贸易和汽车产业发展的整体拉动，预计2004—2009年我国ABS树脂需求年均增长率将达到9％；到2009年我国ABS树脂市场需求量将达到390万吨左右。截至到2004年，我国ABS产能达110万吨/年，产量约为60万吨，ABS表观消费量达到256万吨，自给率只有23％，我国ABS消费仍然依赖进口。目前国内LG甬兴、奇美、台化、国亨、吉化等公司的ABS已实现了规模化生产，并计划在未来几年大规模提高产能，预计近几年我国新增产能将达到100万吨/年左右。 2 PVC / ABS合金 PVC的突出优点就是难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、气体水汽低泄露性好，此外综合机械性能好，是性能性价比最为优越的通用型材料，缺陷是热稳定性差和抗冲击性差。ABS树脂中引入PVC，提高了体系的阻燃性、耐腐蚀性、成本低等优点。如果在向体系中加入合适的阻燃剂，即可成为阻燃性能、力学性能均优良的复合材料；PVC中引入ABS树脂，提高了PVC的加工性、 冲击性能。PVC/ABS合金的性能受多种因素的影响，其中两种树脂的相容性及组成是影响性能的关键因素。ABS树脂具有复杂的两相结构，作为连续相的苯乙烯—丙烯腈的共聚物的溶解度参数为19.0～20.1，作为分散相聚丁二烯的溶解度参数为17.3。而PVC的溶解度参数为19.6，它与ABS树脂中的连续相具有良好的相容性，而与分散相不相容，因此PVC / ABS合金属于“半相容” 体系。因而在该体系中，PVC与SAN 的界面状况是影响相容性的重要因素。PVC与SAN界面状况又受到SAN中丙烯腈(AN) 含量的影响，SAN中的AN质量含量在l2％～26％时可与PVC良好混合，超过这一范围，则混合效果不理想。由于ABS产品在生产过程中使用的原料种类、工艺条件、生产方法多种多样，使得ABS树脂的实际组成干差万别。对PVC/ABS 共混体系而言，在ABS的三组分中，丙烯腈含量降低能提高流动性和强度，降低热变形温度和相
稀土镁合金的研究现状及应用
稀土镁合金的研究现状及应用 杨素媛,张丽娟,张堡垒 (北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081) 摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。 关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06 镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。 大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。 1 稀土在镁合金中的作用 1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用 稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。 在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。在镁合金液有较大的溶解度的氢,会导致铸件产生气孔、针孔及缩松等铸造缺陷。在镁合金熔炼过程中加入稀土,稀土元素与水气和镁液中的氢反应,生成高熔点的稀土氢化物和稀土氧化物,比重较轻的稀土氢化物和稀土氧化物上浮成固体渣,从而达到除氢的目的[3]。 镁与氧结合形成稳定的MgO,是镁合金中形成氧化夹杂物的主要原因。夹杂物使合金的力学性能和耐蚀性能降低,且易使合金产生疲劳裂纹等[4]。由于稀土元素与氧的亲和力更大,因此在镁溶液中加入稀土元素,稀土将优先与氧结合而生成稀土氧化物,从而达到去除氧化物夹杂的作用。 1 2 稀土的阻燃作用 由于镁与氧极易发生反应,因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜,致密度系数 Mg<1,疏松多孔,不能有效阻止氧穿透该氧化膜;且MgO的导热系数小,不利于热量的扩散,会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后,与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE2O3,该稀土氧化物的致密度系数 >1,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 第29卷第4期2008年8月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol 29,No 4 August2008 收稿日期:2008 02 22 作者简介:杨素媛(1966 ),女,内蒙古锡林浩特人,硕士,教授,研究方向:金属材料。
聚碳酸酯(PC)材料简介
聚碳酸酯材料简介 聚碳酸酯 3.1 简介聚碳酸酯是一种无味、无臭、无毒、透明的无定形热塑型材料，是分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，简称PC。一般结构式可表示，由于R基团的不同，它可分为脂肪族类和芳香族类两种。但因制品性能、加工性能及经济因素等的制约，目前仅有双酚A型的芳香族聚碳酸酯投入工业化规模生产和应用。双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一。双酚A型聚碳酸酯（Bisphenol A type Polycarbonate，简称PC）的结构式因其具有优良的冲击强度、耐蠕变性、耐热耐寒性、耐老化性、电绝缘性及透光性等，广泛应用于电气电子零部件、机械纺织工业零部件、建筑结构件、航空透明材料及零部件、泡沫结构材料等。随着汽车行业和电子行业的迅猛发展，近年来对PC的需求空前高涨，世界消费能力已达l100kt/a，其中国内PC消费也已达60kt／a。目前PC的生产厂主要分布在美国、西欧和日本，其中，GE塑料公司、Bayer公司和Dow化学公司的生产能力占世界总生产能力的80％以上。我国PC的研制开发工作始于1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功；发展至今，所有工艺路线均以光气为起始原料，生产规模较小。PC作为一类综合性能优越的工程塑料，应用范围越来越广。但它也存在一些缺点：如加工流动性差，易于应力开裂、对缺口比较敏感以及耐磨性欠佳等。但随着PC的生产工艺和改性技术的进步，这些方面逐步得到了改进，因此PC在越来越多的领域中得以应用。3.2 聚碳酸酯的合成技术PC的早期工业化生产方法有酯交换法和溶液光气法两种，这两种工艺现在基本不再使用。目前在工业生产中采用的主要是接口光气法。由于光气毒性大，同时二氯甲烷和副产品氯化钠对环境污染严重，故20世纪90年代以来非光气法工艺发展迅速，1993年第一套非光气法装置在日本投产。 3.2.1 接口光气法接口光气法工艺先由双酚A和50％氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，送入光气化反应釜，以二氯甲烷为溶剂，通入光气，使其在接口上与双酚A钠盐反应生成低分子聚碳酸酯，然后缩聚为高分子聚碳酸酯。反应在常压下进行，一般采用三乙胺作催化剂。缩聚反应后分离的物料、离心母液、二氯甲烷及盐酸等均需回收利用。该法工艺成熟，产品质量较高。 3.2.2 溶液光气法溶液光气法工艺是将光气引入含双酚A和酸接受剂（加氢氧化钙、三乙胺及对叔丁基酚）的二氯甲烷溶剂中反应，然后将聚合物从溶液中分出。GE公司曾在其美国的第一套装置中使用此工艺。此工艺经济性较差，与接口光气法相比缺乏竞争力。 3.2.3 普通熔融酯交换法熔融酷交换法工艺是以苯酚为原料，经接口光气化反应制备碳酸二苯酯（DPC）碳酸二苯酯再在催化剂（如卤化锂、氢氧化锂、卤化铝锂及氢氧化硼等）、添加剂等存在下与双酸A进行酯交换反应得到低聚物，进一步缩聚得到PC产品。酯交换法生产成本比接口光气法低，但该工艺存在的一些缺陷，阻碍了其工业化应用。如产品光学性能差、分子量范围有限、催化剂存在污染等。目前Bayer公司仍在对该工艺继续进行研究，试图用电解法从副产物氯化钠中回收氯，并将氯循环用于制光气。 3.2.4 非光气熔融法工艺由于光气法毒性大、污染严重，近年来不用光气法生产聚碳酸酯的新工艺已研究成功，并实现了工业化，这是聚碳酸酯工业生产的一大突破。与普通熔融酯交换法的不同之处是，非光气熔融法工艺不使用剧毒的光气生产碳酸二苯酯，而是用碳酸二甲酯（DMC）和苯酚进行酯交换反应生产碳酸二苯酯碳酸二苯酯再和双酸A缩聚得到聚碳酸酯。此工艺中的原料碳酸二甲酯的生产方法一般采用意大利埃尼公司的专利，以甲醇、一氧
非晶合金研究综述
非晶态合金研究现状及发展前景综述 [摘要]：概述了非晶态材料的发展历史及该领域的最新研究进展,并从成分结构条件、热力学条件、动力学条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制。介绍了非晶合金的制备方法,并比较了其产业化的可行性。同时综述了大块非晶合金优异的性能和应用前景。 [Abstract]：An overview of the latest research progress in the history of the development of non crystalline material and the field, and the formation mechanism of bulk amorphous alloys was expounded from the aspects of component structure condition, thermodynamic conditions, dynamic conditions etc.. Introduced the preparation method of amorphous alloy, and the feasibility of its industrialization. The properties and application of bulk amorphous alloys with excellent and review. 1.引言 非晶态合金是指不具有长程有序但短程有序的金属合金，又由于其具有金属合金的一些特性，故它们也被称为玻璃态合金或者非结晶合金，属于非晶态材料中新兴的分支[1]。 非晶态合金长程无序但短程有序，是指原子在空间排列上不呈周期性和平移对称性，但在1～2nm的微小尺度内与近邻或次近邻原子间的键合(如配位数、原子间距、键角和键长等参量)具有一定的规律性。短程有序又可分为化学短程有序和几何短程有序。化学短程有序是指合金元素的混乱状态，即每个合金原子周围的化学成分与平均成分不同的度量；几何短程有序包括拓扑短程有序和畸变短程有序[2]。 非晶态合金与晶态合金一样，都是多组元的合金体系，但是与晶态合金中原子的周期性排列不同，在非晶态合金中，原子的排列不具有长程有序的特点，而仅在单个原子的附近具有一定程度的短程有序，如图1．1所示[3]。非晶态合金独特的原子排列结构使得它具有了显著区别于晶态合金的物理、化学和力学行为[4-7]。因此，非晶态合金作为一种完全不同于晶态合金的新材料具有科学研究上的重要价值[8]。另外，非晶态合金具有某些优异的性能，如高强度、高弹性、耐腐蚀、热成型性能好，等等，这使得非晶态合金具有非常广阔的应用前景[9-10]。例如，与传统的工程材料相比，非晶态合金就综合了晶态合金在力学性能方面的高强度和工程塑料高弹性的优点，如图1．2所示。因此，近年来世界各研究单位投入了大量的研究力量和经费，对非晶态合金的形成理论、制备工艺和性能表征等各个方面进行了深入系统的研究[11-14]。对非晶态合金的研究已成为当代材料科学发展的一个最活跃、最令人激动的方向[15-16]。
稀土镁合金的研究现状
稀土镁合金的研究现状 摘要：镁合金是目前最轻的结构金属材料，稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了稀土镁合金的研究现状以及压铸和快速成型稀土镁合金。 关键词：稀土镁合金；压铸；快速成型 Abstract :Magnesium alloys are the most light structure metal materials ,the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced in the paper and pressure casting and rapid prototyping the rare earth magnesium alloys were introduced. Key words: Rare-earth Magnesium Alloys; Pressure Casting; Rapid Prototyping 镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、
阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、良好的铸造性能、易于加工成型、废料容易回收等一系列优点，因此，目前被广泛应用于汽车、电子、航空航天等诸多领域，具有极为广阔的应用前景。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，表现出独特的性质，对0、S和其他非金属元素有较强的亲和力，在冶金过程中可以净化合金熔体、改善合金组织、提高合金室温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。近年来，根据对材料的性能要求而研制开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等镁合金，稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥愈来愈重要的作用[1]。 1稀土在镁中的性质 1.1 稀土镁合金与氢和氧的相互作用 由于镁与氧极易发生反应，因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜，致密度系数αMg<1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透该氧化膜；且MgO的导热系数小，不利于热量的扩散，会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后，与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE203，该稀土氧化物的致密度系数a>1，能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 在镁合金中，已知Mg-Be，Mg-Ca，Mg-Ce-La合金系的氧化速度都比纯镁小，稀土对改善镁合金熔体的氧化性质有益。 氢在镁中有较大的溶解度，比其在铝中高1～2个数量级，在液态镁中，随温度升高，压力增大，氢的溶解度也增大。氢的主要来源是潮湿的气氛，在熔炼过程中与空气中的水反应： Mg(l)+H2O(g) →MgO(s)+2[H] 氢和镁不形成化合物，在镁中呈间隙式固溶体存在，含氢量过高会使镁合金出现显微气孔。稀土对除去镁合金中的氢有明显作用。在加入稀土后，稀土与氢反应生成REH2相； [RE]+2[H] →REH2 同时，稀土与MgO发生反应： 2 [RE]+3MgO →RE2O3+ 3Mg 此反应有较强的驱动力，因此可生成稀土氢化物和氧化物而达到合金溶液除氢的效果。特别对于含锆的镁合金，由于[H]与Zr生成稳定的化合物ZrH2，使锆在镁合金中溶
镁合金研究现状及发展趋势
镁合金研究现状及发展趋势 摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用 1.引言 镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1）密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，根据合金成分的不同，其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内，约为铝的2/3，钢的1/4。 2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁，但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3）吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力，其抗冲击性是铝合金的10倍，塑料的20倍。 4）良好的铸造性能。镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2-3倍，通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小，所以流动性
聚碳酸酯和PC材料介绍
聚碳酸酯和PC材料介绍 聚碳酸脂（PC - Polycarbonate） 聚碳酸酯(简称PC) 中文名称：聚碳酸酯（又作：聚碳酸脂） 英文名称:Polycarbonate 比重:1.18-1.20克/立方厘米 成型收缩率:0.5-0.8% 成型温度：230-320℃ 干燥条件：110-120℃ 8小时 结构：-[-O-(C6H4)-C(CH3)2-(C6H4)-O-CO-]n- 聚碳酸酯结构图 缩写：PC 是分子链中含有碳酸酯基的，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的较低，从而限制了其在方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。 聚碳酸酯也叫（Polycarbonate）常用缩写PC 是一种韧的热塑性树脂，通常是由双酚A和光气生产的，现在也开发了不使用光气的生产方法，并已在20世纪60年代初实现工业化，90年代末实现大规模工业化生产。现在产量仅次于聚酰胺的第二大工程塑料。其名称来源于其内部的CO3基团。 2011年3月双酚A在食用瓶中
已被欧美国家禁用，2.5m宽聚碳酸酯(PC)板已由无锡正成企业安装成功！大大改善了采光和版面效果 化学名：2,2'-双（4-羟基苯基）聚碳酸酯 CAS编号：25037-45-0 化学性质 聚碳酸酯耐弱酸，耐弱碱，耐中性油。 聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。 PC是一种线型碳酸聚酯，分子中碳酸基团与另一些基团交替排列，这些基团可以是芳香族，可以是脂肪族，也可两者皆有。双酚A型PC是最重要的工业产品。 PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600~900J/m，未填充牌号的热变形温度大约为130°C ，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C 。PC的弯曲模量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C 时，在负载下的蠕变率很低。PC有较好的耐水解性，但不能用于重复经受高压蒸汽的制品。 PC主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，PC容易受某些有机溶剂的浸浊。 物理性质 ：1.20－1.22 g/cm^3 线膨胀率：3.8×10 cm/cm°C 热变形温度：135°C 低温-45度 聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的。同性能接近相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94 V-0级阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的在日益缩小。 不耐强酸，不耐强碱,改性可以耐酸耐碱
高性能稀土镁合金及其研究进展
高性能稀土镁合金及其研究进展 镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。 1.Mg-RE系合金 Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。 除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。最近，Li等通过轧制+时效的方法制备了Mg-14Gd-0.5Zr 合金，其屈服强度、延伸率分别可高达445 MPa、2%。Mg-RE系合金是目前最适合、最有前途的可应用在航空航天或汽车上的镁合金材料，多数单位都将此系列合金的目标性能提高到550Mpa-600Mpa，稳定使用温度在200 o C。晶粒细化、形变强化、沉淀强化是目前稀土镁合金采用的强化手段。目前的研究主要集中在沉淀强化方面。Mg-RE系合金主要的时效析出强 化相为β′′ (DO 19)、β′(cbco)，其中，β′′相的化学成分为Mg 3 RE， β′相的化学成分为Mg15RE3。 β′相与基体具有半共格关系，匹配较好，大量、致密、规则析出的β′相，可有效阻止位错运动，被认为是合金强度提高的主要原因之一。 目前的研究仍有不足，主要表现在以下几个方面：（1）合金中含有大量的稀土，导致合金成本偏高；（2）合金的塑性加工性能偏差，有必要寻找改善合金塑性的新方法、新理论；（3）合金的塑性变形机制研究较少，需大研究稀土溶质原子、晶粒尺寸、晶界类型、织构等对滑移系机制的影响规律。 2.Mg-RE-Zn系合金 Mg-RE-Zn合金是现在研究的一个热点，一方面因为Kawamura于2001年用快速凝固粉/
聚碳酸酯注塑成型及其应用
聚碳酸酯注塑成型及其应用 摘要：本文简单介绍了聚碳酸酯以及它的优缺点和工艺特性，并详细阐述了聚碳酸酯的注塑成型工艺和注塑制品的常见缺陷，同时还详尽介绍了聚碳酸酯材料在各个领域的应用。 关键词：聚碳酸酯注塑成型工艺 1 聚碳酸酯的简介 聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物的总称，它是一种无毒透明的热塑性工程塑料。根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。 1.1 聚碳酸酯的优缺点 聚碳酸酯是一种无色透明热塑性聚合体, 它不仅具有很高的抗冲击强度、优良的热稳定性、耐蠕变性和耐寒性以及良好的电绝缘性、阻燃性,而且可抗紫外线、耐老化。目前使用的工程塑料中, PC的透明性能是最好的, 可见光透过率高达90%以上。此外, PC密度低,容易加工成型, 是一种性能优良,应用广泛的工程塑料。但它的缺点是容易产生应力开裂，耐溶剂性差、不耐碱、高温容易水解、对缺口敏感性大、与其他树脂相溶性差，摩擦因数大，无自润滑性。 1.2 聚碳酸酯的加工工艺特性 PC是分子主链结构中含有苯环、异丙基、酯键的线性聚合物，这种结构使其既有刚性又有一定的柔韧性，以及良好的耐高温能力，但同时存在着树脂的熔体粘度高、对水分敏感等不足，给注射成型加工带来一定的难度。其加工工艺特性是无明显熔点，在正常加工温度即230—320℃范围内熔体粘度高，粘度对剪切速率的敏感性小而对温度的敏感性大，近似于牛顿流体行为;对水分敏感，高温下树脂易水解;制品易产生内应力等。由此可见，PC是一种较难加工的塑料。 2 注塑成型的基本原理和工艺流程 2.1 注塑成型的基本原理
大块非晶合金的研究进展
大块非晶合金的研究进展 摘要本文简述了大块非晶合金的发展过程和该领域的最新研究进展,并从成分结构条件、热力学条件、动力学 条件等方面阐述了大块非晶合金的形成机制,介绍了目前常用的制备方法、大块非晶合金优异的性能和应用前景. 关键词大块非晶合金，形成机制，制备，性能，应用 THE RESEARCH PROGRESS OF BULK METALLIK GLASSES ABSTRACT The development history and the research status of bulk amorphous alloys are int roduced ,and method of preparation is discussed in detail1 The forming mechanisms in terms of st ructure , thermodynamics and kinetics are described. The good properties and application of the bulk amorphous materials are also summarized. KEY WORDS bulk amorphous alloys，forming mechanisms，preparation，properties , application 大块非晶合金是相对于传统的低维非晶材料(非晶粉、丝、薄带等) 而言的,具有较大的三维几何尺寸。固态时原子在三维空间呈拓扑无序排列,表现为短程有序、长程无序,呈亚稳态结构,而且在一定温度范围内还可以相对稳定地保持这种结构。大块非晶合金是一种高性能的结构材料,也是极具潜力的功能材料。 1 大块非晶合金的发展历程 关于非晶态合金的首次报道是在1938 年,Kramen 通过蒸发沉积在玻璃冷基底上发现了非晶态金属薄膜[1 ,2 ]；1951 年,Brenner 等用电沉积法制备出了Ni-P 及Co-P 非晶合金,主要用于做耐磨和耐腐蚀涂层;1958 年, Tumbull 等人通过对氧化物玻璃、陶瓷玻璃和金属玻璃的相似性的分析,确定了液态过冷对非晶形成的影响,预言了合成非晶的可能性,揭开了非晶研究的序幕；1960 年,Duwez 等采用熔体急冷法首先制得了Au70 Si30非晶薄带,由于他从工艺上突破了制备非晶态金属和合金的方法,因而标志着非晶态合金这一新材料研究领域的启动。后来, Turnbull 、陈鹤寿等人在Duwez 小组制备的Au-Si 和Pd-Si , Pd -Cu-Si 非晶合金中证实了玻璃转变的存在。Turnbull 先前提出的抑制过冷液体形核的理论作为非晶形成能力的判据被证明 是有效的,而且是迄今为止最有效的判据之一。1969 年陈鹤寿等将含有贵金属元素Pd 的具有较高非晶形成能力的合金( Pd-Au- Si，Pd-Ag-Si 等) ,通过B2O3反复除杂精炼,得到了直径1 mm 的球状非晶合金样品;1989 年日本东北大学的Inoue 等通过水淬法和铜模铸造法制备出毫米级的La- Al-Ni 大块非晶合金;20 世纪90 年代 初,T.Masumoto 和A.Inoue 等发现了具有极低临界冷速的多元合金系列,通过控制非均质形核的工艺,可在实验室里直接从液相获得大块非晶合金;1994 年,根据非晶形成的三项经验法则设计出了一系列的大块非 晶合金;1997 年以来,日本东北大学的范沧 和井上明久等研究发现,在三元Zr 基( Zr -Cu-Al) 合金系中分别加人Pd、Ti 、Ni 、Nb 等元素均可得到一系列的大块非晶合金;2000 年以来,A. Inoue 等进一步对大块 非晶合金的形成机制、结构、机械强度、化学特性、磁性和应用展开了广泛的研究。2008 年大阪大学的Take shi Nagase , Koichi Kinoshita 和Yukichi Umakoshi 等研究了锆 基非晶合金在医用材料上的应用,通过研究发现采用锆基非晶合金制备的医用材料具 有高的强度和热稳定性,同时具有良好的延展性,将其弯曲180°也不断裂,是一种具有潜力的功能材料[3 ]。
稀土镁合金的研究进展及应用
稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 （中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051） 摘要：镁合金具有许多优异的性能，如高比强度、高比刚度等。但它强度不高，高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状，并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词：镁合金；稀土；现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength，high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation
轻合金技术新进展
轻合金技术新进展 铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。 本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。 －、铝合金 1.铝合金的发展 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。 铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝 Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最
国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 2005-12-28
国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 https://www.wendangku.net/doc/7c14076966.html, 2005-12-28 国外对于镁及其合金的研究开发较早，到目前镁及其合金材料的开发及应用已进入相对比较成熟的阶段，并已达到产业化的工业规模，其中北美是目前镁及其合金材料用量最多的地区。近年来随着油价的不断上升，作为镁合金的主要应用产业的汽车工业，对镁合金应用需求也在增长，导致世界范围内的镁合金应用竞争更趋激烈，并有对中国进行合围趋势。 参加前不久在重庆召开的"中英先进材料研讨会"的中外专家介绍，无论镁金属的供应基础怎样变化，传统的最终用户市场仍然是汽车工业，汽车工业仍然是可以依靠的推动世界镁工业产量增长的主要工业。为减轻汽车自重，利用镁合金高强度重量比的固有优势，镁及镁合金将在汽车上用作结构和非结构件。镁在汽车非结构件上的应用包括变速箱外壳、传动箱外壳、阀和凸轮轴外壳、离合器罩、电机罩、发电机外壳、进气支管和油盘。在汽车结构件上的应用包括方向盘、仪表盘横梁、离合器支架、方向盘轴结构和气袋外壳。 在过去１０年里，欧洲汽车用镁合金压铸件年平均增长率为１５％，在未来５年里欧洲每辆汽车平均用镁量为２．５公斤／辆。在未来１０年里，该数字将达到５公斤。欧洲汽车的方向盘，目前有８５％采用镁合金制造，各种类型汽车用的镁部件达到３００个。目前北美国家生产的汽车上平均每辆汽车用镁量为３．５公斤，２０１０年前每辆汽车用镁量会以每年１５％速度增长，到２０１０年达到每辆汽车用镁量超过１０公斤。 美国通用汽车公司开发的抗蠕变镁合金使抗拉伸蠕变性能提高４０％；美国福特公司已经成功将挪威海德鲁集团下属Ｍｅｒｉｄｉａｎ技术公司开发研制的整体压铸ＡＭ５０镁合金梁用于新型福特Ｆ－１５０载重汽车上。这个过去由２１个部件组成的总成，现在为一体化的镁合金整件，减轻重量２２磅。德国宝马汽车公司已经在宝马７系列和５系列车型上的某些部件采用了镁合金；德国大众汽车公司在奥迪Ｖ８Ｑｕａｔｔｒｏ轿车的发动机上采用了镁合金部件，和其他奥迪Ａ８八缸发动机相比重量减轻４．９９公斤；德国奔驰汽车公司新开发的７速自动变速系统也采用了镁合金部件，用来取代５速自动变速系统，可以比原来５速自动变速系统每１００公里节省燃料０．６升。 世界汽车工业镁的消费量还在迅速增长，在汽车工业应用的新型镁合金的研究开发和汽车用镁合金部件及其生产技术方面的科学研究都在进行之中，世界上各大汽车公司都在不断减轻汽车自重，提高汽车性能方面下工夫。镁及镁合金材料是汽车工业的最佳选择。此外，由于镁合金在手动工具上具有突出的轻质、减震效果，因此目前镁合金在国外电动工具的应用也如火如荼，包括各种射钉枪、打磨机、电钻、割草机、电动剪刀等众多品种。国外许多电动工具制造商都把镁合金部件作为一大卖点，并在显著位置标注"Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ"字样。