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)了各種先進(jìn)材料，其中鎂/蛋殼復(fù)合材料尤具吸引力。

據(jù)外媒報(bào)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(duì)低密度復(fù)合鎂材料的影響。蛋殼廢棄物作為一種容易獲得、成本低且可持續(xù)的材料，能夠賦予鎂合金卓越的性能，例如提高耐磨性和耐腐蝕性。

來源：AZOM

對(duì)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(shì)，因此相關(guān)需求見長(zhǎng)。

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)合鎂合金的磨損和力學(xué)性能，然而其應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。對(duì)于這些合金，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。

低成本、可持續(xù)的廢料

一些由廢棄物衍生的替代品，已經(jīng)作為復(fù)合組分材料受到研究人員的關(guān)注，包括粉煤灰、CRT玻璃、粉煤灰空心微珠、赤泥和蛋殼等。近年來，人們對(duì)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，采用熔融分解沉積技術(shù)制備鎂/粉煤灰空心微珠復(fù)合材料，其中添加了具有不同含量的粉煤灰空心微珠。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。

Gopal等人通過粉末冶金方法制備了CRT玻璃復(fù)合鎂合金，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(jí)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。

蛋殼的優(yōu)勢(shì)

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(bào)道，蛋殼添加物可提高鎂合金的力學(xué)性能、阻尼性能、熱穩(wěn)定性和顯微硬度。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的相關(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。

純鎂/蛋殼復(fù)合材料

土耳其卡拉比克大學(xué)的此項(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(duì)材料表面進(jìn)行觀察。

研究結(jié)果表明，加入蛋殼的復(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，加入蛋殼顆粒也會(huì)對(duì)純鎂的腐蝕性能產(chǎn)生一些不利影響。研究中發(fā)現(xiàn)，腐蝕性能下降的原因之一是存在氯離子，這些氯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，增強(qiáng)其應(yīng)用潛力。不過顯然未來還有很多工作需要去做，期待更多研究成果出現(xiàn)！