熊本大學 KUMADAI 耐熱鎂合金成功實現不燃化,有望用於飛機部件

2020-12-16 鎂途

日本熊本大學先進鎂國際研究中心的河村能人教授與井上晉一特任助教等人成功實現了 KUMADAI 耐熱鎂合金的不燃化。

鎂是實用金屬中重量最輕的，作為新一代結構材料，用於飛機和汽車等交通工具實現節能以及抑制地球溫室氣體排放而備受關注，目前全球都在積極推進鎂的研究開發。

熊本大學先進鎂國際研究中心此前開發出了 「KUMADAI 耐熱鎂合金」 和 「KUMADAI 不燃鎂合金」 兩種創新型鎂合金，這兩種合金均通過了美國聯邦航空管理局（FAA）的鎂燃燒測試，作為飛機結構材料備受關注，並被選定為日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的開發項目。

「KUMADAI 耐熱鎂合金」 與 「KUMADAI 不燃鎂合金」 相比，在高溫下擁有更高的強度（圖1），但其燃點約為880℃，低於FAA燃燒測試設定的965℃燃油燃燒器火焰溫度，因此在不燃性方面存在弱點（圖2）。從安全性的角度來看，需要具備起火溫度超過965℃的不燃性，也就是說，在FAA的燃燒測試中也要絕對不燃。

圖1：KUMADAI耐熱鎂合金和KUMADAI不燃鎂合金的強度比較（左為在室溫下

圖2：KUMADAI耐熱鎂合金與KUMADAI不燃鎂合金的起火溫度比較

此次，通過在 KUMADAI 耐熱鎂（Mg97Zn1Y2 原子％）中添加微量元素，實現了1,000℃以上的起火溫度，首次成功實現KUMADAI耐熱鎂的不燃化。此次發現的元素為Yb（鐿）、Ca（鈣）和Be（鈹）3種，添加量在Yb為0.1原子％以上、Ca為1.0原子％以上、Be為0.007原子％（按重量換算，25ppm＝25/10,000重量％）以上時，可獲得1,000℃以上的起火溫度，實現不燃性（圖3）。

圖3：KUMADAI耐熱鎂合金的燃點與元素添加量

通常已知能提高燃點的元素是Ca，而此次新發現了Yb和Be。另外，Be雖然是有害元素，但自然界的礦石中也含有2.8～5.5ppm左右的Be，工業用鎂合金中允許添加100ppm以下的Be。此次只添加了容許量四分之一左右的極微量Be就實現了不燃性，因此可以說實用化沒有問題。

隨著此次實現不燃化，KUMADAI 耐熱鎂合金製造和使用時的安全性得到提高，因此應該有望加速在飛機和汽車等各種交通工具中的應用。今後將加速目前與很多企業共同推進的聯合研究，以實現 KUMADAI 耐熱鎂合金的社會應用。

【論文】

Oxidation behavior and incombustibility of molten Mg-Zn-Y alloys with Ca and Be addition

發表期刊：《Corrosion Science》

DOI：10.1016/j.corsci.2018.12.037

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.12.037

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