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镁合金的概述正文
镁合金的概述
摘要:
镁是地球上储量最丰富的元素之一,镁合金的研究应用已取得重要进展。
本文简要介绍了镁及镁合金的物理性质和特点、目前镁合金存在的问题、国内外发展动态、镁合金的生产,并对镁及镁合金在工程中的应用及前景进行了展示,最后简单阐述了镁合金的发展趋势。
关键词:
镁合金,镁合金的特点,发展动态
1引言
镁是地球上储量最丰富的元素之一,陆地上有白云石,湖泊有盐湖,海洋里也存在大量的镁。
我国目前在镁工业方面有三项“世界冠军”,第一是镁资源大国,储量居世界首位;第二是原镁生产大国,产量占全球2/3;第三是出口大国,近年的出口量约占产量的80%~85%。
但我国并非镁工业强国,镁工业还处于起步阶段,原镁生产规模小而散,技术比较落后,品质不够稳定,另外出口产品绝大多数是廉价的初级原料。
国家政府部门已经投入大量的资金进行相关问题的研究与开发。
随着国际国内镁产品市场开发应用空间的增大,镁资源将发挥更重要的作用,镁可能会成为铜、铝后时代的第一接力棒[1]。
近年来,镁合金及其成型技术的研究应用已取得重要进展,镁合金的材料质量不断提高而生产成本得以下降。
我国具有丰富的镁资源,原镁产能、产量和出口均居世界首位,目前已探明的菱镁矿石保有储量30.09亿吨,约占世界探明储量的1/4。
但是在镁和镁合金的研究和应用领域,我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大[2]。
一方面,我国的原镁质量差,镁合金锭的质量也不尽如人意,出口缺乏竞争力,作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少,只能作为初级原料低价出口,属典型的资源出口型工业。
目前,国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭;另一方面,我国对镁合金的研究和应用更显薄弱,镁工业还处于起步阶段,原镁生产规模小而散,技术比较落后,品质不够稳定。
因此,如何利用我国的镁资源优势,将镁的资源优势转变为技术、经济优势,促进国民经济发展、增强我国镁行业的国际竞争力,是摆在我们面前的迫切任务[3]。
2镁及镁合金的结构与性能
2.1镁的物理性质及特点
纯镁为银白色,密度1.74g/cm3,熔点648.9℃,沸点1090℃。
密度低,常用结构材料中最轻的金属。
20℃时密度1.738g/cm3。
体积热容比其他金属都低,20℃时的体积热容为1781J/(dm3·K)。
晶体结构为密排六方结构。
25℃时晶格常数为:
a=0.3202nm,c=0.5199nm,c/a=1.6237。
具有延展性,无磁性,且有良好的热消散性。
热导率为156 W/(m·K),电离能7.65电子伏特。
还原性较强,与热水反应放出氢气,燃烧时能产生眩目的白光,镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用,也不受苛性碱侵蚀,但极易溶解于有机和无机酸中,镁能直接与氮、硫和卤素等化合,包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用[4]。
2.2镁合金的物理性质及特点
虽然纯镁不宜作为结构材料,但在纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素,制成镁合金,具有较高的强度,可以作为结构材料。
镁合金作为结构材料具有以下几个优点[5]:
(1)比重小。
镁合金作为一种轻质金属结构材料,其密度为1.74g/cm3,相当于铝的2/3,钢的l/4,铁的1/4,锌的1/4左右,接近于工程塑料的比重。
这一特性对于现代手提类产品减轻重量及车辆减少能耗有着重要意义。
(2)比强度和比刚度大。
在同等刚性条件下,镁合金的比强度不仅高于某些高强钢,甚至还高于铝合金,1kg镁合金的坚固程度等于18kg铝和2.1kg钢。
(3)铸造性能优良,铸造速率高且容易成型复杂的形状,在保持良好结构的条件下,镁制品壁厚可小于0.16mm,这是塑胶制品在相同强度下无法达到的。
至于铝也只能在112~115mm范围内才可与镁相比。
(4)吸震性能高。
镁有极好的滞弹吸震性能,可吸收震动与噪音,用作设备机壳减少噪音传递、耐冲击,减轻凹陷损坏,其抗冲击性是塑料的20倍。
(5)具有很强的再生性,废旧镁合金铸件可再熔化,并作为AZ91D、AM50或AM60的二次材料进行铸造。
由于压铸件的需求不断增长,可回收再用的能力是非常重要的。
这种符合环保要求的特点,使得镁合金比许多塑胶材料更具有吸引力。
(6)模铸生产率高。
与铝相比,镁合金的热容更低,这意味着它在模具内能更快凝固。
一般来说,其生产率比铝压铸高出40%~50%,最高可达到压铸铝的两倍。
(7)良好的切削性能。
镁的良好切削性能表现在:
允许较高的切削速度,缩短切削加工时间;比其它金属有高出几倍的刀具寿命(极少停机及换刀节省了操作时间与刀具成本);可一次切削获得优良的表面光洁度,极少出现积屑瘤;有良好的断屑特性及温度传导性,可免除使用冷却液或润滑液。
(8)高散热性。
镁合金有高散热性能,适合现今设计元件密集的电子产品。
(9)抗电磁干扰,屏蔽性好。
镁合金有良好的阻隔电磁波功能,适合做需防电磁干扰的电子产品。
此外,镁合金还具有抗疲劳、无毒、无磁性和较低的裂纹倾向等特点。
对环境无污染,而且镁被氧化成为镁离子后对环境也无危害。
3镁合金存在的问题
尽管目前我国镁产业链已基本形成,但在工业生产中很多的问题也一直困扰着镁产业的进一步发展,制约了镁在更广泛领域的应用。
例如,我国镁合金锭坯纯净度低下、工艺品质重现性差,严重影响了国产镁合金制成品品质;由于镁合金耐热性、强度和塑性等还无法满足要求,无法在性能结构件和耐热结构件上大量使用镁合金。
90%以上的镁合金是以铸件的形式获得应用,高附加值的深加工产品少;镁合金产品易腐蚀,甚至导致镁合金零件的提早失效。
以上这些问题的解决,既有赖于工程技术方面的突破,也有赖于基础研究成果的支撑。
需要从镁的本征特性出发,针对工程技术问题,挖掘关键科学问题。
通过关键科学问题的深入研究,从理论源头上弄清其基本特性的变化规律,以指导在工程技术中采取相应的措施加以调控[6]。
3.1我国镁产业中存在的工程问题[7]
针对我国镁产业的现状,必须解决的工程问题有以下几个:
(1)发展高质量的铸造镁合金及加工技术
目前我国的镁合金铸件质量不高,存在气孔和氧化夹杂严重,液态充型能力弱,凝固缩孔疏松,热裂倾向大等问题,其生产及应用量最大的压铸产品只能用作非承力箱体、壳及覆盖件等。
若要进一步扩大镁的应用,必须提高铸件质量,发展高质量的铸造镁合金及其加工技术,实施熔体纯净化、凝固组织细晶化和均质化等措施,提.高熔体凝固过程的成形性。
(2)降低变形镁合金产品的加工制造成本
目前我国变形镁合金仅占镁合金产品的10%左右。
变形镁合金的形变速率慢,容易变形开裂,精整矫直困难,产品成材率低,是造成我国变形镁合金制造成本居高不下的主要原因。
必须把发展最有市场潜力的低成本挤压型材和轧制板材技术以及新的塑性加工方法作为扩大变形镁合金份额的突破口。
(3)发展高强韧镁合金材料及其制备技术
与铝合金相比,镁合金牌号少,不能满足各种强韧性配合的应用需求,特别是高温强度低,抗蠕变性能差,已成为制约其在汽车发动机、航天航空领域应用的关键问题。
通过研究,必须寻找到合适的合金元素和有效的强化途径,发展高强韧镁合金材料及其制备技术,建立各种强韧配合的镁合金体系。
(4)发展镁合金腐蚀控制及防护技术
镁的电极电位低,表面氧化膜结构疏松,耐蚀|生差,提高镁合金的耐腐蚀性能已成为扩大镁合金应用的关键因素。
目前仍缺乏有效提高镁合金基体电极电位的方法和有效的表面防护膜,必须大力发展镁合金腐蚀控制及防护技术,寻找到低成本无污染的腐蚀控制方法和表面防护途径。
3.2我国镁合金研究中的科学问题[8]
金属镁的本征特性主要表现在3个方面:
①塑性——镁为密排六方结构,室温塑性差,变形加工困难。
②强度一一固溶强化效应弱,析出相多平行于滑移面,缺乏有效强化相。
③腐蚀一一镁的电极电位低,表面氧化膜结构疏松,耐蚀性差。
基于镁合金材料的本征特性和我国镁合金产业发展中面临的工程问题,挖掘其科学本质,提出我国镁合金研究中必须解决的关键基础科学问题:
①镁合金纯净化及液态成形理论
以建立净化介质一夹杂一熔体的交互作用理论,发展多元协同及夹杂定向分离、聚集和沉降的多级净化技术原型,发展镁合金液态成形的基础理论,建立镁合金凝固组织与性能调控、电磁半连续等技术原型为目标,主要内容包括镁熔体中夹杂物的种类、形态、密度、分布及流动性等基本特征及表征方法;净化介质一夹杂一熔体间的界面反应与吸附,夹杂物的聚集、分离和沉降行为;熔体中氯离子、铁及氢等杂质元素含量的控制;镁合金凝固形核、生长及偏析等基本过程的热力学和动力学以及外场对熔体净化过程及凝固组织的影响规律等。
②镁合金塑性成形理论
以阐明镁合金塑性变形的微观物理本质,探索通过微观组织和织构控制提高镁合金的塑性变形能力的新途径,发展镁合金先进塑性加工及组织性能控制的技术原型为目标,主要内容包括镁合金位错、孪生、动态回复再结晶等基本微观过程,不同热一力耦合变形条件下镁合金的应力一应变行为及微观组织与织构的定量演变规律,微观组织、织构及变形条件与镁合金塑性变形能力的定量联系规律。
③镁合金强韧化理论
以建立高性能镁合金微观组织结构与性能之间的定量关系,获得不同强韧配合与塑性要求的合金成分设计准则,揭示不同载荷下镁合金失效行为与机制为目标,主要内容包括二元及多元合金化条件下镁合金固溶与析出的基本规律,镁合金的固溶强化及第二相强化的微观机理,位错运动及其与第二相、晶界的交互作用,镁合金力学失效的主要方式(疲劳、断裂等)及机理等。
④镁合金非平衡组织与性能调控
以建立连铸薄带等非平衡制备加工技术原型,发展新的镁合金表面腐蚀防护方法为目标,主要内容包括镁合金在各种非平衡制备加工条件下的组织演变规律以及组织与性能相关性基础理论,不同环境中镁合金表面钝化膜的形成和腐蚀机理以及镁合金与环境的交互作用机理等。
通过这4个基础科学问题的深入研究,有望建立大规格镁合金型材和板材低成本塑性成形技术原型;发展不同强韧配合需求的合金化体系,建立新的制备加工技术原型及我国镁产业的环境评价体系,直接为我国镁产业发展中存在的工程技术问题提供理论指导,最终促进我国镁产业的持续发展。
4国内外发展动态
4.1国外发展动态
近年来,北美、欧洲和日本等发达国家相继加大了对镁合金开发与应用研究的投入。
镁合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等)。
特别是由于节能和环境保护的要求,汽车将成为镁合金应用的重要领域。
据报道[9],使用镁合金结构件每辆汽车有减重150kg的潜力,围绕镁合金材料的开发,争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。
为此,美国、德国、澳大利亚、日本等国都相继出台了各自的镁研究计划[10-13]。
例如,美国的Rheomolding项目重点是研究镁合金件生产新工艺,并取得了一系列成果;德国1997年由联邦政府出资2500万马克的MADICA(MagnesiumDieCasting)镁合金研究开发计划,主要研究压铸镁合金工艺、快速原型化与工具制造技术、切削加工技术、连接技术和半固态成形工艺,并将镁合金应用于诸如汽车、计算机、航空航天等领域,从而提高德国在镁合金应用方面的能力。
1995年“澳大利亚镁研究与发展计划”(简称舢脚)的协作研究项目由昆士兰金属公司、联邦政府和昆士兰州政府联合实施旨在发展镁金属制品的工业技术。
目前,世界各国正在加大镁及镁合金的生产[11,14]。
1999年世界镁的消耗在40万吨左右,预期在2005年以前将达到55万吨。
镁合金公司(MAC)正在刚果投资5.14亿美元,建成一家世界上最大的年产6万吨的压铸镁合金厂,并计划于2003年建成投产。
澳大利亚目前有9个镁项目正在研究和发展建设中。
另外,以色利、日本、德国、英国、荷兰、俄罗斯等国家也已完成建新厂或正在扩大已有工厂的生产能力。
为了降低轿车自重以减少汽油消耗,提高轿车的使用性能,各大汽车公司对镁合金在汽车中的应用研究投入了极大的热情[15],纷纷积极投资镁合金冶炼基地,确保原材料的供应。
世界头号汽车公司美国通用汽车公司与世界上第二大镁业公司一挪威NorskHydro镁业公司达成协议,就增加镁合金在汽车上的应用进行长期合作,NorskHydro镁业公司将稳定地长期向通用汽车公司提供所需镁合金和镁合金零部件。
镁合金在电子器件中应用的增长就更快,日本松下、NEC、SONY以及欧洲、美国、台湾等著名公司已经用镁合金制造便携式电脑、手提电话、摄录像机壳体,显示出了极强的竞争力[16]。
4.2国内发展动态[17]
我国目前在镁工业方面拥有三项“世界冠军”。
第一是镁资源大国,储量居世界首位。
在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨,硫酸镁16亿吨。
在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量,仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上,矿石品位高达40%。
第二是原镁生产大国,2003年我国共生产原镁35.4万吨,约占全球总产量的67%。
第三是出口大国,年产量80%以上的镁出口到国际市场。
但是,我国的镁工业还存在着不少问题,主要表现在:
1)原镁生产技术比较落后,质量不够稳定,镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标,难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭,镁合金出口比重只有15%左右,镁合金制品出口则更是微乎其微,因此出口利润低效益差,而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏,目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产,而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。
中国镁合金产品的生产和应用现状是,镁合金的优势已经被许多企业所认识,在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用,用户包括如上汽一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等,例如,一汽铸造有限公司删50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长,台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在几乎全国各地,各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。
2000年3月,科技部启动了“镁合金开发应用及产业化”的前期战略研究,并于2001年8月正式通过项目论证,将该项目列为“十五”国家科技攻关重大项目,国家投入经费4000余万,全国共21个省市区的4个研究院所、7所高校、20多家企业直接参与了项目实施,最终目标是充分发挥我国的镁资源优势,通过技术集成创新和机制与体制创新,加强镁合金应用开发,建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群,将镁资源优势转化为经济优势。
在“863”计划中,开展了耐热镁合金、变形镁合金、高强高韧镁合金及其应用技术研究。
5镁合金的生产[18]
5.1镁合金的熔化
通常镁在低碳钢坩埚中熔化、合金化、精炼或净化,因为镁与钢的反应很缓慢。
镁及镁合金与氧极易反应,并在空气中激烈燃烧。
氧化膜加速了氧化过程的进行。
熔化阶段:
用含有氯化物的混合熔剂如MgCl2、KCl或NaCl。
在浇铸前必须去除氯化物,以避免影响耐蚀性。
合金化、精炼阶段:
用混有CaF2、MgF2和MgO的混合物形成覆盖层以隔绝空气。
常用硫的氟化物SF6保护熔体,以降低熔体的氧化烧损和制造成本。
5.2镁合金的加工
(1)高压铸造
高压压铸是应用最广和最经济的镁合金加工方法,凝固速度快和生产效率高。
分热室铸造和冷室铸造两种,可生产薄壁、近净形零件。
细化组织可得到高的机械性能。
(2)挤压铸造
铸造设备和成型方向垂直安放,分为直接挤压铸造和间接挤压铸造两种。
间接挤压铸造时,液态金属以0.5m/s的速度流过一个较大管道注入模具中;低充型速度可阻止空气的卷入,防止气泡的形成;凝固时的压力和温度可控,可使用带有型芯或插入式配件的模具;为渗透预制件提供了条件。
其缺点是挤压通道与零件连接区域面积大,分离时要浪费许多材料。
但是,当控制结晶过程时,这可用来消除显微收缩和缩松。
直接挤压铸造是压力施加于上冲头,铸件从另一端挤出。
模具简单,无需要锁模力,降低了成本。
必须填充较准确的液态金属。
附加冲头或型芯可制造出更复杂的零件。
可生产致密零件。
(3)触变铸造
它是一种比较新的工艺,基于半液态合金具有的触变特性。
触融压铸典型温度范围为液相线温度以下20℃,含有固相和液相的混合物。
半固态金属成型:
Mg/Al合金枝晶和球状晶的形成。
强烈搅拌使技晶变为球晶结构。
触压铸造工艺过程,为板坯按一定尺寸切割,然后将坯料加热到接近液相线温度,获得液/固相比率约为30~40%的混合熔体。
加热完毕的坯料送到触变成形机。
所施加的压力转变为剪应力,这降低了粘度,坯料表现出流体的特性。
电磁搅拌作用时间较短,以避免枝晶生长。
触变成型是一种变异的触变铸造,但使用的是注塑机,而不是压铸机。
工艺过程为在螺旋输送机内熔化触变成型的颗粒(温度为560-620℃);半固态金属压入模具。
用氩保护加热和冷却时的注射装置,以防止与空气接触。
其优点为生产过程完全实现自动化;生产效率高;因能耗低,节省能量;较高的模具使用寿命;无气孔、夹杂物、可焊接的零件;低的冷却收缩、无气孔;性能优异;可生产薄壁零件;近终形零件。
6镁及镁合金在工程中的应用及前景
镁及镁合金广泛应用在航空航天工业、军工领域、交通领域(包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等)、3C领域等。
6.1航空航天领域
镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求,可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。
从20世纪40年代开始,镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。
B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板;洛克希德F-80喷气式歼击机镁板机翼,使结构零件从47758个减少到16050个;“大力神”火箭使用了600kg的变形镁合金;“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金;直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。
我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用多选用了300-400项镁合金构件;一个零件的重量最重近300kg;一个构件的最大尺寸达2m多[19]。
6.2军工及国防领域
在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。
在国防工业领域中,由于镁及镁合金耐冲击,如果能够开发出与铝合金耐蚀性能相当的镁合金,则其在兵器等各种军用领域将有着广阔的应用前景。
如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材料,以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、相机架和外壳等零件。
武器轻量化是现代兵器的发展趋势,利用镁合金取代现有武器上的一些零部件正成为各国研究的热点。
有关单位已分别通过锻造或铸造成型方式开发出了变形镁合金冲锋枪机匣、枪尾、提把、前扶手、枪托体、大托弹板、瞄具座、小弹匣座以及军用铸造合金发动机进出水管和发动机滤座等军品武器用零部件,其中部分对耐蚀耐磨有较高要求的军用镁合金零部件还被通过协和涂层的方法进行了相应的表面处理[20]。
目前,这些研制生产出的军用镁合金零部件已进入实际演示验证和考核阶段,预计不久将得到初步应用。
6.3镁合金在汽车工业的应用
镁合金汽车零件的好处可简单归纳为:
密度小,可减轻整车重量,间接减少燃油消耗量;镁比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能承受一定负荷;镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工,废品率低;镁具有较高阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体可降低噪声,用于座椅、轮圈可以减少振动,提高汽车的安全性和舒适性。
早在1930年镁合金就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱。
上世纪六十年代在有的车上用量达到23千克,主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等;上世纪八十年代初,严格控制铁、铜、镍等杂质含量,镁合金的耐蚀性得到了解决,同时,成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。
从上世纪九十年代开始,欧美、日、韩开始把镁合金用于汽车零件上。
镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。
在过去十年里,其年增长速度超过15%[21]。
在欧洲,已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车,每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。
每辆汽车对镁的需求将提高至70-120kg。
目前,汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。
6.4镁合金3C产业的应用
随着3C产业的发展越来越要求产品轻、薄、小、美观且易回收、环保,镁合金正是这类产品的理想材料。
我们拿最具代表性的产品笔记本电脑来说明镁合金在3C行业中的应用。
镁合金主要做结构壳件,壳体材料最主要有四个方面的特性。
一是质轻;二是散热性好;三是抗震性好;四是电磁屏蔽能力强。
镁合金正满足这几方面特性的要求,是理想的壳件材料。
首先镁合金的质轻自不用说;其次,散热特性,一般金属的热导率比塑料高1~2个数量级,常用镁合金的热导率如AZ91D为51W(k·m)-1,比热容1.01 kJ(·k)-1,虽然略低于铝合金和铜合金,但在常用合金中是较低的。
所以用镁合金作壳件有散热快的特点,这正是笔记本外壳所急需的。
第三,抗震,镁的弹性模量为41~45GPa,约为铝合金的60%,钢的20%。
金属的弹性模量是一个对组织不敏感的指标,因此镁合金的弹性模量也很低。
在受到等同的外载荷时,镁合金结构件能产生较大的弹性变形,在冲击载荷下,能吸收较大的冲击功。
所以笔记本电脑的壳件可以起到很好的抗冲击保护作用。
第四,镁合金的电磁屏蔽性能优异。
IBM公司在笔记本电脑上做实验,用AZ91D镁合金制作1.4mm的壳体对比ABS树脂壳体,实验条件是电磁波的频率在30~200MHz,结果表明,镁合金壳体的屏蔽能力始终稳定在90~100dB;相比之下,带电镀层的ABS壳体在30MHz时为35dB,在200MHz时约55dB。
这样优异的电磁屏蔽性能使之作为笔记本电脑的壳件对人体有很好的保护[22]。
7镁合金的发展趋势
7.1新型镁合金研究现状[23]
(1)新变形镁合金
新变形镁合金相对于传统变形镁合金而言,主要是通过新工艺的开发,获得强度更高、延展性更好、耐高温、耐腐蚀等多种性能俱佳的镁合金,可满足不同场合结构件的需要。
美国通过挤压和热处理后的ZK60高强变形镁合金,其强度及断裂韧性可相当于时效状态的A17075或A17475合金。
而采用快速凝固(RS)+粉末冶金(PM)+热挤压工艺开发的Mg—Al—zn系EA55RS变形镁合金,成为迄今报道的性能最佳的镁合金。
(2)耐高温镁合金
影响镁合金高温性能的主要因素是β相在高温时不稳定。
因而高温镁合金的开发主要从两个方面 考虑:
一是不含Al的镁合金;二是合金化。
目前,研究的比较多的是后者。
(3)耐蚀镁合金
镁合金腐蚀问题主要来自于镁合金中的Cu、Ni等高电位元素,因而解决镁合金的耐腐蚀问题主要通过两个方面。
首先,尽量减少镁合金中Cu、Ni等元素的含量;其次,对镁合金进行表面处理来形成有效的耐腐蚀膜。
(4)阻燃镁合金
镁合金常用的保护方法为溶剂保护法和气体保护法,但在运用中既污染环境又降低综合力学性能。
目前阻燃镁合金的开发是在镁合金中加入稀土元素来改善镁合金的抗阻燃性。
(5)阻尼镁合金
纯镁的阻尼性能极好,但力学性能很低,而国标中的几种镁合金,虽然力学性能、比刚度较高,可阻尼性能较低。
目前阻尼镁合金的前沿是ZMJD阻尼合金。
(6)高强高韧镁合金
目前提高镁合金强度与韧性的方法主要是向镁合金中加入合金元素,超高强度镁合金主要是快速凝固镁合金、非晶镁合金和镁基复合材。
(7)超轻镁合金
超轻镁合金的代表是Mg-Li系合金,是合金体系中密度最低的合金系,可低达1.35g/cm3-1.65g/cm3,是传统镁合金的3/4,仅是铝合金的1/2。
(8)镁基非晶合金
镁基非晶合金的特点是有无定形原子结构,因而力学性能大大提高,强度、延展性也得到明显的改善,而
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