Les alliages de magnésium se caractérisent par leur légèreté, leur rigidité spécifique élevée, leur fort amortissement, leur faible bruit et leurs vibrations, leur résistance aux rayonnements électromagnétiques, leur absence de pollution lors de la transformation et du recyclage, etc. De plus, leurs ressources abondantes en magnésium peuvent contribuer au développement durable. C'est pourquoi ils sont reconnus comme « matériaux de structure légers et écologiques du XXIe siècle ». L'essor de la légèreté, des économies d'énergie et de la réduction des émissions dans l'industrie manufacturière au XXIe siècle témoigne de l'importance croissante des alliages de magnésium, signe également d'une évolution de la structure industrielle des matériaux métalliques à l'échelle mondiale, y compris en Chine. Cependant, les alliages de magnésium traditionnels présentent des faiblesses, telles qu'une oxydation et une combustion faciles, une faible résistance à la corrosion, une faible résistance au fluage à haute température et une faible résistance mécanique à haute température.
La théorie et la pratique montrent que les terres rares constituent l'élément d'alliage le plus efficace, le plus pratique et le plus prometteur pour pallier ces faiblesses. Il est donc crucial d'exploiter les abondantes ressources chinoises en magnésium et en terres rares, de les développer et de les exploiter scientifiquement, de développer une série d'alliages de terres rares et de magnésium aux caractéristiques chinoises et de transformer ces atouts en atouts technologiques et économiques.
La mise en pratique du concept de développement scientifique, l'adoption de la voie du développement durable, la mise en pratique de la nouvelle voie d'industrialisation économe en ressources et respectueuse de l'environnement et la fourniture de matériaux de support en alliage de magnésium à base de terres rares légers, avancés et à faible coût pour l'aviation, l'aérospatiale, les transports, les industries « Three C » et toutes les industries manufacturières sont devenues les points chauds et les tâches clés du pays, de l'industrie et de nombreux chercheurs. L'alliage de magnésium à base de terres rares avec des performances avancées et un prix bas devrait devenir le point de rupture et la puissance de développement pour étendre l'application de l'alliage de magnésium.
En 1808, Humphrey Davey fractionna pour la première fois le mercure et le magnésium à partir d'amalgames, et en 1852, Bunsen électrolysa pour la première fois le magnésium à partir de chlorure de magnésium. Depuis lors, le magnésium et ses alliages sont entrés dans l'histoire en tant que nouveaux matériaux. Le magnésium et ses alliages ont connu un développement fulgurant pendant la Seconde Guerre mondiale. Cependant, en raison de sa faible résistance, le magnésium pur est difficile à utiliser comme matériau de structure pour des applications industrielles. L'une des principales méthodes pour améliorer la résistance du magnésium métallique est l'alliage, qui consiste à ajouter d'autres éléments d'alliage pour améliorer sa résistance par mise en solution solide, précipitation, affinage du grain et renforcement par dispersion, afin de répondre aux exigences d'un environnement de travail donné.
C'est le principal élément d'alliage des alliages de terres rares et de magnésium, et la plupart des alliages de magnésium résistants à la chaleur développés en contiennent. Ces alliages se caractérisent par une résistance aux hautes températures et une grande solidité. Cependant, lors des premières recherches sur les alliages de magnésium, les terres rares n'étaient utilisées que dans certains matériaux en raison de leur prix élevé. Ils sont principalement utilisés dans les domaines militaire et aérospatial. Cependant, avec le développement de l'économie sociale, les exigences de performance des alliages de magnésium sont plus strictes et, avec la baisse du coût des terres rares, leur utilisation s'est considérablement développée dans les secteurs militaire et civil, tels que l'aérospatiale, les missiles, l'automobile, les communications électroniques, l'instrumentation, etc. Le développement des alliages de terres rares et de magnésium se décompose en quatre étapes :
Première étape : dans les années 1930, il a été découvert que l’ajout d’éléments de terres rares à l’alliage Mg-Al pouvait améliorer les performances à haute température de l’alliage.
Deuxième étape : en 1947, Sauerwarld a découvert que l'ajout de Zr à l'alliage Mg-RE permettait d'affiner efficacement le grain de l'alliage. Cette découverte a résolu le problème technologique des alliages de terres rares et de magnésium et a véritablement posé les bases de la recherche et de l'application de ces alliages.
Troisième étape : en 1979, Drits et ses collègues ont découvert que l'ajout d'Y avait un effet très bénéfique sur l'alliage de magnésium, une autre découverte importante dans le développement d'alliages de magnésium et de terres rares résistants à la chaleur. Sur cette base, une série d'alliages de type WE, résistants à la chaleur et à haute résistance, ont été développés. Parmi eux, la résistance à la traction, à la fatigue et au fluage de l'alliage WE54 est comparable à celle de l'alliage d'aluminium moulé à température ambiante et à haute température.
Quatrième étape : l'exploration de l'alliage Mg-HRE (terres rares lourdes) depuis les années 1990 vise à obtenir un alliage de magnésium aux performances supérieures et répondant aux besoins des secteurs de haute technologie. Pour les terres rares lourdes, à l'exception de l'Eu et de l'Yb, la solubilité solide maximale dans le magnésium est d'environ 10 % à 28 %, et peut atteindre 41 %. Comparées aux terres rares légères, les terres rares lourdes présentent une solubilité solide supérieure. De plus, cette solubilité diminue rapidement avec la baisse de température, ce qui favorise le renforcement des solutions solides et des précipitations.
Le marché des alliages de magnésium est vaste. Face à la pénurie croissante de ressources métalliques comme le fer, l'aluminium et le cuivre dans le monde, les avantages du magnésium, tant en termes de ressources que de produits, seront pleinement exploités, et l'alliage de magnésium deviendra un matériau d'ingénierie en plein essor. Face à ce développement rapide, la Chine, en tant que principal producteur et exportateur de magnésium, accorde une importance particulière à la recherche théorique approfondie et au développement d'applications sur les alliages de magnésium. Cependant, le faible rendement des alliages de magnésium courants, ainsi que leur faible résistance au fluage, à la chaleur et à la corrosion, constituent encore aujourd'hui des obstacles à leur application à grande échelle.
Les terres rares possèdent une structure électronique extranucléaire unique. Par conséquent, en tant qu'éléments d'alliage importants, elles jouent un rôle unique dans les domaines de la métallurgie et des matériaux, notamment dans la purification des alliages fondus, l'affinage de leur structure, l'amélioration de leurs propriétés mécaniques et de leur résistance à la corrosion, etc. En tant qu'éléments d'alliage ou de microalliage, les terres rares sont largement utilisées dans l'acier et les alliages de métaux non ferreux. Dans le domaine des alliages de magnésium, et notamment des alliages de magnésium réfractaires, leurs excellentes propriétés de purification et de renforcement sont progressivement reconnues. Les terres rares sont considérées comme l'élément d'alliage présentant la plus grande valeur d'utilisation et le plus grand potentiel de développement dans les alliages de magnésium réfractaires, et leur rôle unique ne peut être remplacé par aucun autre élément d'alliage.
Ces dernières années, des chercheurs nationaux et étrangers ont mené une vaste coopération, utilisant les ressources en magnésium et en terres rares pour étudier systématiquement les alliages de magnésium contenant des terres rares. Parallèlement, l'Institut de chimie appliquée de Changchun de l'Académie chinoise des sciences s'est engagé à explorer et à développer de nouveaux alliages de magnésium et de terres rares, à faible coût et hautement performants, et a obtenu des résultats probants. Promouvoir le développement et l'utilisation de matériaux en alliages de magnésium et de terres rares.
Date de publication : 04/07/2022