為了進(jìn)一步節(jié)能減排，近年來(lái)，具有高比強(qiáng)度和低密度的材料在工業(yè)上的需求日益突出。為此研究人員開(kāi)發(fā)了各種先進(jìn)材料，其中鎂/蛋殼復(fù)合材料尤其具有吸引力，目前已有科學(xué)家在《材料化學(xué)與物理》雜志上發(fā)表了關(guān)于雞蛋殼對(duì)低密度復(fù)合鎂材料的影響的研究結(jié)果。

蛋殼（圖片來(lái)源: Ausra Barysiene）

為什么要對(duì)鎂相關(guān)材料進(jìn)行復(fù)合？

由于鎂合金具有高比強(qiáng)度和優(yōu)越的阻尼能力，目前汽車(chē)和航空航天工業(yè)對(duì)鎂合金有著大量需求。不過(guò)它們?cè)趹?yīng)用上也有受到一定的限制，如低耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度。為此，鎂合金常用SiC、TiC 和Al₂O₃等元素進(jìn)行增強(qiáng)。

盡管這些增強(qiáng)元素提高了復(fù)合鎂合金的耐磨性和力學(xué)性能，但同時(shí)也顯著增加了這些復(fù)合合金的產(chǎn)品成本。因此，人們開(kāi)始將注意力轉(zhuǎn)向更低成本、更可持續(xù)的廢棄材料替代品上。

蛋殼對(duì)鎂復(fù)合材料的增強(qiáng)

可供選擇的廢棄物替代品有很多，包括粉煤灰、 CRT 玻璃、粉煤灰空心微珠、赤泥和蛋殼。

其中，蛋殼是最具吸引力的廢料之一，不僅密度低，含有高濃度的 Ca₂O₃，而且容易獲取、可持續(xù)、價(jià)格低廉。

在此之前已有文獻(xiàn)報(bào)道蛋殼添加劑能提高鎂合金的力學(xué)性能、阻尼性能、熱穩(wěn)定性和顯微硬度，研究還表明蛋殼復(fù)合材料對(duì)鎂鋅復(fù)合材料的腐蝕性能有所提高。至于蛋殼對(duì)純鎂的影響，在上文提到的材料化學(xué)與物理研究論文也進(jìn)行了研究。

研究中，科學(xué)家使用粉末冶金技術(shù)來(lái)制備這種復(fù)合材料，并且對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)腐蝕行為、密度、微觀結(jié)構(gòu)、磨損和硬度進(jìn)行了徹底的調(diào)查，還使用掃描電子顯微鏡觀察了材料的表面。

研究結(jié)果表明，蛋殼復(fù)合材料顯著提高了純鎂合金的力學(xué)性能。純鎂的磨損速率從0.034 mm³/m 降低到0.014 mm³/m。此外，在高負(fù)荷狀態(tài)下其磨損機(jī)制為分層磨損，低負(fù)荷時(shí)磨損機(jī)制為磨粒磨損。

然而，由于微電偶腐蝕，加入蛋殼顆粒對(duì)純鎂的腐蝕性能有負(fù)面影響，其主要原因是腐蝕層裂紋中滲入的氯離子加速了腐蝕過(guò)程。

鎂/蛋殼復(fù)合材料的未來(lái)

蛋殼廢料作為一種低成本的、可持續(xù)發(fā)展的材料，能夠賦予鎂合金諸如增強(qiáng)耐磨性等優(yōu)異性能。不過(guò)顯然，要讓這種復(fù)合材料得到應(yīng)用，需要做的工作還有很多，這項(xiàng)研究結(jié)果為進(jìn)一步了解低成本鎂/蛋殼復(fù)合材料的可制造性提供了依據(jù)。但不可否認(rèn)的是，這種材料確實(shí)存在足夠吸引人的潛力，因此可以期待更多關(guān)于其性能改進(jìn)及潛在用途的研究結(jié)果出現(xiàn)。

粉體圈Coco編譯

來(lái)源：azom