許多行業(yè)越來越需要具有高比強(qiáng)度和低密度的材料。近年來，研究人員為此探索和開發(fā)各種先進(jìn)材料，其中鎂/蛋殼復(fù)合材料尤具吸引力。
（圖片來源：AZOM）
據(jù)外媒報道，土耳其卡拉比克大學(xué)（Karabuk University）的研究人員，探討了蛋殼在生產(chǎn)過程中對低密度復(fù)合鎂材料的影響。
對低密度材料的需求
近年來，碳排放和環(huán)境污染日益嚴(yán)重。低密度材料具有節(jié)能和節(jié)約資源的優(yōu)勢，因此相關(guān)需求見長。
鎂合金具有高比強(qiáng)度和優(yōu)異的阻尼能力，在汽車和航空航天等產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用廣泛。然而，這種合金也存在一定局限性，如耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度低。為此，人們常常往鎂合金中添加SiC、TiC和Al2O3等元素。
強(qiáng)化元素能夠提高復(fù)合鎂合金的磨損和機(jī)械性能，然而其應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。對于這些復(fù)合合金，當(dāng)前使用的強(qiáng)化元素，明顯提高了產(chǎn)品成本。因此，人們將注意力轉(zhuǎn)向低成本、可持續(xù)的廢棄材料上，以作為替代品。
探討低成本、可持續(xù)廢料，以用于鎂合金復(fù)合增強(qiáng)材料
一些由廢棄物衍生的替代品，已經(jīng)作為復(fù)合組分材料進(jìn)行了研究，包括粉煤灰、CRT玻璃、粉煤灰空心微珠、赤泥和蛋殼。近年來，人們對這類廢棄物衍生復(fù)合鎂合金進(jìn)行了大量研究，并得到了一些有趣的結(jié)果。
由Nguyenm等人進(jìn)行的研究，介紹了制備鎂/粉煤灰空心微珠復(fù)合材料，其中具有不同的粉煤灰空心微珠含量。該復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的抗壓屈服強(qiáng)度和顯微硬度。研究小組采用熔融分解沉積技術(shù)，制造這種復(fù)合材料。Gopal等人制造的CRT玻璃復(fù)合鎂合金，通過粉末冶金方法提高了鎂基體的耐磨性和硬度。
2020年，Anandajothi等人利用從蛋殼廢料中獲得的羥基磷灰石，以及從稻殼灰中獲得的 SiO3，制成一種Az91(最流行的商業(yè)級鎂合金)雜化材料。這種混雜復(fù)合鎂合金，是用粉末冶金法制成的。
以蛋殼為復(fù)合材料
在衍生自廢棄物的復(fù)合材料中，蛋殼是最有吸引力的目標(biāo)之一，這種廢棄材料的密度低，Ca2O3含量高，易獲得、可持續(xù)，而且成本低。目前，關(guān)于其作為鎂合金復(fù)合材料的研究文獻(xiàn)不多。
一些文獻(xiàn)報道，蛋殼添加物可提高鎂合金的機(jī)械性能、阻尼性能、熱穩(wěn)定性和微硬度。研究還表明，與Mg/Zn復(fù)合材料相比，蛋殼復(fù)合材料具有更好的耐腐蝕性能。
然而，關(guān)于蛋殼復(fù)合材料如何影響純鎂的腐蝕和磨損性能，相關(guān)信息甚少。因此，有必要進(jìn)一步關(guān)注鎂/蛋殼復(fù)合材料。
探討純鎂/蛋殼復(fù)合材料
此項(xiàng)研究旨在探討純鎂/蛋殼復(fù)合材料及其增強(qiáng)性能。研究人員采用粉末冶金技術(shù)制備材料，并深入研究其電化學(xué)腐蝕行為、密度、微觀結(jié)構(gòu)、磨損和硬度。通過掃描電子顯微鏡，對材料表面進(jìn)行觀察。
研究結(jié)果表明，加入蛋殼復(fù)合材料，可明顯提高純鎂合金的力學(xué)性能。研究人員制備了不同的試樣，其中Mg/10ES復(fù)合材料的耐磨性最好。
純鎂的磨損率從0.034 mm3/m降低到0.014 mm3/m。此外，在高載荷下，磨損機(jī)制為分層磨損，而在低載荷下，磨損機(jī)制體現(xiàn)為磨耗。
然而，由于存在微電偶腐蝕，加入蛋殼顆粒，對純鎂的腐蝕性能產(chǎn)生不利影響。研究中發(fā)現(xiàn)，腐蝕性能下降的原因之一是存在Cl-離子。這些Cl-離子滲透到腐蝕層的裂縫中，加速了腐蝕過程。
通過這些研究結(jié)果，可以進(jìn)一步了解低成本鎂/蛋殼復(fù)合材料的可制造性。蛋殼成分能夠強(qiáng)化材料中的純鎂，提高材料耐磨性，加強(qiáng)其應(yīng)用潛力。
未來發(fā)展
蛋殼廢棄物是一種容易獲得、成本低且可持續(xù)的材料，能夠賦予鎂合金卓越的性能，例如提高耐磨性。該項(xiàng)研究通過了解純鎂/蛋殼增強(qiáng)復(fù)合材料，為該領(lǐng)域的未來研究奠定基礎(chǔ)。
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