Si对AZ91D镁合金显微组织与力学性能的影响_黄正华
Si对AZ91D镁合金显微组织与
力学性能的影响
Effects of Si on M icro structu re and M echan ical
P rop erties of A Z91D M agnesium A lloy
黄正华,郭学锋,张忠明,徐春杰
(西安理工大学材料科学与工程学院,西安710048)
HUAN G Zheng2hua,GUO Xue2feng,ZHAN G Zhong2m ing,XU Chun2jie
(Schoo l of M aterials Science and Engineering,
X i′an U n iversity of T echno logy,X i′an710048,Ch ina)
摘要:利用光学金相显微镜OM和XRD分析了加入微量Si的A Z91D合金显微组织和相组成,测试了合金室温拉伸力学性能和硬度,利用SE M分析了合金拉伸断口形貌。结果表明,加入一定量Si后A Z91D合金组织中形成汉字状M g2Si相,富集于固液界面前沿,阻碍Α2M g基体的自由长大,从而细化合金铸态组织;汉字状M g2Si相的存在导致合金力学性能的降低;A Z91D合金室温拉伸断口是以解理断裂为主的脆性断裂,加入Si后,断裂常发生于Α2M g基体和汉字状M g2Si相间的界面处。
关键词:A Z91D镁合金;Si变质;显微组织;力学性能
中图分类号:T G146 文献标识码:A 文章编号:100124381(2004)0620028205
Abstract:M icro structu res and phase com po siti on s of A Z91D alloys after adding trace Si w as ob2 served u sing OM and XRD,m eanw h ile their ten sile p roperties and hardness at am b ien t tem peratu re w ere tested1T he fractograp h s of the alloys w ere investigated u sing SE M1T he resu lts show that Ch inese scri p t typeM g2Si phase is fo r m ed in the m icro structu res of A Z91D alloys after adding a cer2 tain quan tity of Si con ten t,w h ich is en riched in the fron t edge of the so lid liqu id in terface1T hen the free grow th ofΑ2M g m atrix is h indered and as2cast m icro structu res are refined1T he ex istence of the Ch inese scri p t typ e M g2Si p hase can lead to the reducti on of the m echan ical p roperties of the al2 loys1T he fractograp h of A Z91D alloy is b rittle fractu re that is m ain ly com po sed of cleavage2typ e fractu re,w h ile the fractu re occu rs in the in terface betw eenΑ2M g m atrix and Ch inese scri p t typ e M g2Si phase after adding Si con ten t1
Key words:A Z91D m agnesium alloy;Si m odificati on;m icro structu re;m echan ical p rop ertyies
镁合金具有比重小、比强度和比刚度高、阻尼性能好、切削加工性好、导热性好、尺寸稳定、成本低、无污染、易回收等一系列优点,在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用,预计镁合金将成为21世纪重要的轻质高强度材料之一[1-3]。A Z91D镁合金是目前工业上应用最广泛的M g2A l基合金。国内外学者研究了合金化[4-7]、热处理[8]、挤压[9]和快速凝固[10]等对A Z91D合金显微组织与力学性能的影响。其中,加入的合金化元素主要包括R E[4],Y[5],Sb[6]和Si[7]等,研究发现这些合金化元素均能不同程度细化合金铸态组织和提高力学性能。但由于R E,Y和Sb元素价格较昂贵,且比重较大,因此其合金常限制在高性能仪器的应用中,而Si元素价格较便宜,比重相对较小,且加入Si元素后合金组织中出现高熔点的M g2Si相,在提高合金耐热性方面有着重要的应用价值,但迄今为止国内外学者对其研究甚少。为此,本研究将系统研究金属型铸造加入微量Si的A Z91D合金显微组织和相组成,测试合金室温力学性能和硬度,分析合金拉伸断口形貌,从而为扩大镁合金的使用范围提供参考价值。
1 实验方法
原材料选用工业用A Z91D镁合金,其名义化学成分如表1所示,Si元素以自配的M g220%Si(质量分数,下同)中间合金形式加入。A Z91D合金在SG22 5210型坩埚电阻炉中熔炼。在熔体温度达到760℃时加入中间合金,以使熔体中的Si含量分别为0%,
011%,013%,015%,017%和110%。用石墨棒搅拌熔体8～10m in ,接着保温5～10m in ,以保证中间合金的充分溶解。然后出炉、除渣,待温度冷却至700℃时浇入预热温度约400℃的金属模具中形成试棒。为防止镁合金的氧化与燃烧,在整个熔炼和浇注过程中用CO 2+013%SF 6(vo lum e fracti on )混合气体保护熔体。
表1 工业用AZ 91D 镁合金名义化学成分(质量分数 %)T able 1 N om inal chem ical compo siti ons of comm ercially
used A Z 91D m agnesium alloy (m ass fracti on
%)A l
Zn
M n
Si
Fe
Cu
N i
Be
M g 8195016320126101022010003010018010005010003
Bal
在试棒相同部位截取试样,经打磨、抛光,用4%(体积分数)的硝酸酒精溶液腐蚀后,制备成金相试样,然后用N ikon Ep
i pho t 光学显微镜分析显微组织。
用R igakuD m ax 23C 型X ray 衍射仪分析相组成,辐射源为CuK Α,步进扫描,步长为0102°,扫描范围为10～80°。用HB 23000型布氏硬度计进行硬度测试,在W E 210型万能材料试验机上进行拉伸试验,拉伸速度为2mm m in 。用AM R EY 2100B 型扫描电镜(附带TN 25400型能谱仪)观察拉伸断口形貌。
2 结果与分析
211 合金铸态组织与分析
图1为不同Si 含量A Z 91D 合金的铸态组织。
A Z 91D 合金铸态组织由Α2M g 基体和在晶界上呈不
连续网状分布的Β2M g 17A l 12相组成(见图1a )。加入011%Si 后,合金组织有所细化,不连续网状分布的Β相开始断网成小块状分布于晶界处(见图1b )。加入013%Si 后,Β相不继续断网,反而有所粗化和长大,并在晶界处出现少量的汉字状化合物(见图1c )。加入
图1 不同Si 含量A Z91D 合金的铸态组织
F ig .1 A s 2cast m icro structures of A Z 91D alloys containing vari ous Si contents (a )0%Si ;(b )011%Si ;(c )013%Si ;(d )015%Si ;(e )017%Si ;(f )110%Si
015%Si 后,Β相再次断网,汉字状化合物数量增多和尺寸增大(见图1d )。加入017%Si 后,Β相继续长大,
网状程度进一步提高,汉字状化合物尺寸进一步长大
和数量达到最多,合金组织进一步细化(见图1e )。加入110%Si 后,合金组织中几乎观察不到汉字状化合物,Β相网状程度更加明显和数量增多,同时与A Z 91D 合金组织相比,合金组织有很大程度的细化(见图1f )。
为了确定合金组织中出现的汉字状化合物的成
分,对比了A Z 91D 和A Z 91D 2017%Si 合金的XRD 谱,其结果如图2所示。由图2可知,A Z 91D 合金
XRD 谱由Α2M g 基体和Β2M g 17A l 12相的峰组成,而
A Z 91D 2017%Si 合金XRD 谱除了存在与之相同的Α
2M g 基体和Β2M g 17A l 12相的峰外,还存在A Z 91D 合金
XRD 谱中未出现的M g 2Si 相的峰。由此可推断,加入一定量Si 后,A Z 91D 合金组织中出现的汉字状化合物应为M g 2Si ,这与文献[11-15]的研究结果相一致
。
图2 A Z 91D 和A Z 91D 2017%Si 合金的XRD 谱
F ig 12 XRD spectra of A Z 91D and A Z 91D 2017%Si alloys (a )A Z 91D ;(b )A Z 91D 2017%Si
加入一定量Si 后,A Z 91D 合金组织中生成的M g 2Si 相在凝固过程中将弥散富集于固液界面前沿,阻碍Α2M g 基体的自由长大,从而细化合金铸态组织。加入少量的Si (011%Si ),合金组织中未出现M g 2Si 相,但仍在一定程度上阻碍A l 和Zn 等原子的扩散,导致Β相开始断网成小块状弥散分布于晶界(图1b )。但继续加入Si ,合金组织中出现汉字状M g 2Si 相,消耗合金液中部分M g 原子,致使局部范围内A l 含量过量,从而Β相不继续断网,反而其网状程度进一步提高(图1e 和图1f )。
212 合金力学性能结果与分析
图3表明,随着Si 含量的增加,合金室温抗拉强度、屈服强度和延伸率均降低。A Z 91D 合金抗拉强度,屈服强度和延伸率分别为15219,10918M Pa 和115%。加入011%Si 后,合金力学性能显著降低。加入013%Si 后,合金力学性能有所提高。继续加入Si (015%Si 和017%Si )后,合金抗拉强度和屈服强度再次降低,而延伸率则继续保持微弱增加。当加入Si 含量为017%时,合金抗拉强度和屈服强度达到相对最小,分别为9912M Pa 和8414M Pa ,与A Z 91D 合金相比分别降低3511%和2311%,而延伸率与A Z 91D 合金相差不大。加入110%Si 后,合金力学性能快速提高,抗拉强度为13413M Pa ,但仍低于A Z 91D 合金;屈服强度为11316M Pa ,延伸率为118%,与A Z 91D 合金相比均略有提高
。
图3 A Z 91D 合金力学性能与Si 含量的关系
F ig 13 R elati onsh i p betw een m echanical p roperties
of A Z 91D alloy and Si content
图4表明,随着Si 含量的增加,合金硬度提高。当加入Si 含量为017%时,合金硬度达到最大,为7319,与A Z 91D 合金的6917相比提高6%。但加入110%Si 后,合金硬度却急剧降低。
图5为A Z 91D ,A Z 91D 2017%Si 和A Z 91D 2110%Si 合金的室温拉伸断口SE M 形貌。由图5可知,A Z 91D 合金的拉伸断口断裂是以解理断裂为主的脆性断裂,在右上角还存在着局部的沿晶断裂,如图5a 中箭头所示。加入Si 后,合金拉伸断口形貌发生变化,虽然韧性断裂程度有所增加,但断裂发生在Α2M g 基体和汉字状M g 2Si 相间的界面处,未拉断的枝晶数量明显增多,微观偏析程度加剧,导致合金力学性能降低。A Z 91D 2110%Si 合金拉伸断口中未拉断的枝晶
数量和微观偏析程度要好于A Z 91D 2017%Si 合金,因此A Z 91D 2110%Si 合金力学性能要好于A Z 91D 2017%Si 合金
。
图4 A Z91D 合金硬度与Si 含量的关系
F ig 14 R elati onsh i p betw een hardness of
A Z 91D alloy and Si
content
图5 不同Si 含量A Z 91D 合金的拉伸断口SE M 形貌
F ig 15 SE M fractograph s of A Z 91D alloys
containing vari ous Si contents (a )0%Si ;(b )017%Si ;(c )110%Si
M g 2A l 2Zn 2Si 合金的力学性能在很大程度上取决于合金组织中出现的M g 2Si 相的形态、大小、数量和分布[11]。M g 2A l 系合金中加入一定量Si 后生成的
M g 2Si 相有两种形态[12]
:汉字状和多边形状。汉字状M g 2Si 相是M g 2A l 系合金在凝固过程中发生共晶反应时产生的,多存在于含A l 量较低的M g 2A l 系合金中;多边形状M g 2Si 相是在凝固过程中作为初生相形
成的,多存在于含A l 量较高的M g 2A l 系合金中[12]
。在应力作用下,微裂纹容易沿汉字状M g 2Si 相与Α2M g 基体间的界面处扩散,从而导致合金力学性能降低,因此汉字状M g 2Si 相将在很大程度上恶化M g 2A l 系合金的力学性能;多边形状M g 2Si 相呈细小、弥散分布,能在很大程度上提高M g 2A l 系合金的力学性能[12]。本研究采用金属型铸造,在相对较慢的冷却条件下容易产生汉字状M g 2Si 相。随着Si 含量的增加,合金组织中先出现少量汉字状M g 2Si 相,接着其数量增多和尺寸变大,恶化合金力学性能的程度也随之增强。当加入017%Si 后,合金组织中汉字状M g 2Si 相数量最多和尺寸最大,因此合金综合力学性能最差。而当加入110%Si 后,合金组织中未出现汉字状M g 2Si 相,且晶粒细化,这有助于合金力学性能的提高。要提高合金的力学性能,必须调整合金组织中M g 2Si 相的形态、大小和分布,将汉字状M g 2Si 相转变为细小、弥散分布的多边形状M g 2Si 相,主要方法有加入Ca ,Sb 或P [11,12,15]、固溶处理[13]、机械合金化[16]和快速凝固[17]等。 M g 2Si 相在具有高熔点(1085℃)、低密度(119g c m 3
)、高弹性模量(120GPa )和低热膨胀系数(715×10-6K -1)的同时,还具有高硬度(460HV 013)[11,12],其尺寸变大和数量增多将有助于合金硬度的提高。加入017%Si 的A Z 91D 合金组织中M g 2Si 相数量最多和尺寸最大,导致合金硬度最高。而加入110%Si 后,合金组织中未出现汉字状M g 2Si 相,合金硬度也随之降低。
3 结论
(1)加入一定量Si 后,A Z 91D 合金组织中形成汉字状M g 2Si 相,在凝固过程中富集于固液界面前沿,阻碍Α2M g 基体的自由长大,从而细化合金铸态组织。
(2)加入011%～017%Si 后,A Z 91D 合金强度降
低,硬度提高;而加入110%Si 后,A Z 91D 合金强度稍有提高。
(3)A Z 91D 合金室温拉伸断口是以解理断裂为主的脆性断裂,加入Si 后,断裂常发生于Α2M g 基体和汉字状M g 2Si 相间的界面处,从而导致合金力学性能降低。
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(50271054)
收稿日期:2003211228;修订日期:2004203218
作者简介:黄正华(19782),男,硕士研究生,主要研究方向为镁合金组织与性能的研究,联系地址:西安理工大学505#信箱(710048)。
●
33333333333333333333333333333333333333333333 (上接第27页)
5 结论
(1)P I的摩擦系数Λ随摩擦持续时间t的增加而发生变化,在摩擦的前期达到峰值,然后随着摩擦时间延长,逐渐减小进入波动阶段。最后趋于相对稳定。
(2)在Λ2t曲线上,摩擦速度V值增加使Λ的峰值下降,峰值出现的时间提前,峰宽减小;P值的提高使峰值也下降,但是对于峰值出现时间和峰宽恰好相反。
(3)对摩钢环表面的金相显微镜照片显示,在摩擦过程中,P I在钢环表面形成了黑色条纹状转移膜,而且随P,V值的增加,转移膜越来越密。
(4)P I的摩擦系数Λ随时间延长逐渐趋于稳定,其表征值分别与P,V值没有单值关系,而与pV (M Pa?m?s-1)乘积呈指数函数关系。
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收稿日期:2003210210;修订日期:2004204202
作者简介:李晓军(19782),男,硕士研究生,研究方向为表面工程,联系地址:北京理工大学材料科学与工程学院(100081)。
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镁合金防腐蚀方案汇总
镁合金防腐蚀方案汇总 化学转化处理 镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。 传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。 有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。 化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。 阳极氧化 阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。 传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良
的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X 射线衍射相结构。 但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。 金属涂层 镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下： (1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力; (2)镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散; (3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀; (4)镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免; (5)镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为
镁合金热处理过程中组织与相的变化
镁合金热处理过程中组织 与相的变化 Prepared on 24 November 2020
镁合金热处理过程中组织与相的变化摘要：本文研究了AZ91D等温热处理过程中的溶质扩散、晶界熔化、晶粒合并以及相变等对枝晶球化过程的影响。结果表明:随着热处理时间的延长，晶粒逐渐球化，而且发生合并现象；同时在界面能降低的驱使下，通过溶质原子的扩散,晶粒内部包裹小液滴；半固态部分重熔过程中经历以下相变：β→α，α +β→L，α→L。 关键词：AZ91D镁合金；等温处理；相变 The Research of Organization and Phase Change of Magnesium Alloy during Isothermal Heat Treatment Abstract: The effect of solute diffusion and the grain boundary melting and grain merger and phase transitions on dendrite spheroidzing process is researched during the isothermal heat treatment. The results show that the grains gradually spheroidize and appear the merger phenomenon with extending the heat treatment the same time, owing to decreasing interfacial energy; the packed small liquid drop form intra - grain by the diffusion of solute atoms, There is the following phase transition: β→α,α+β→L,α→L during The semi-solid remelting. Key words:AZ91D magnesium alloy; isothermal treatment; phase transition 1、概述 镁合金是现代金属结构材料中最轻的一种，以其密度低、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、电磁屏蔽好及价格稳定等优点，近年来在航空航天、仪器制造、国防和电子工业等领域，尤其是汽车工业中获得日益广泛的应用[1]。 镁合金半固态成具有成形温度低、凝固收缩小、缺陷和偏析减少、晶粒尺寸细小、模具寿命延长等优点,被专家学者誉为21世纪新一代新兴金属加工方法。但是,要实现镁合金的半固态成型，首先必须制备初生相为颗粒的非枝晶组织合金。国内外研究者常用的枝晶粒化方法为机械搅拌法或电磁搅拌法。由于机械搅拌法的工艺参数难以控制、搅拌设备易磨损和腐蚀、不适应与高熔点合金和易氧化合金,因此该法很难在工业上推广应
镁合金成份分析与市场应用
镁合金环球镁/林来康 一.镁合金的发展 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展目前还很不是很成熟，所以镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。 限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易受外界环境因素的干扰而影响到生产品质，因此，镁合金的生产难度比较大；在镁合金的生产技术还不是很成熟和完善下，镁合金成形技术与后续制程仍然有待进一步推广与发展。 镁合金的耐酸的腐蚀性比较较差；而现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，也限制了镁合金在高温场合的应用；尤其是镁合金的常温力学性能，特别是塑韧性与延展性是还有待进一步提高；所以镁合金的合金系列相对很少，而变形镁合金的研究开发也是严重滞后，不能广泛的适应不同商业的应用场合要求。 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。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'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。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。 ASTM标准 常用铸造镁合金的牌号及性能
二．常见的镁合金压铸用系列： 目前常用的镁铝合金有4个系列：AZ(Mg-Al-Zn-Mn)，AM(Mg -Al -Mn)，AS(Mg–Al-Si)，AE(Mg-Al-RE)，其中AE 系列镁合金蠕变强度高。AZ 系和AM 系镁合金是目前应用最广泛的商业化Mg-Al 基铸造镁合金。 以下适应压铸或铸造用的镁合金 镁合金的化学成份（ % ）按国标准GB/T19078-2003 应用户需要可加入百万分之 5 到 15 的铍。 镁合金的机械性能： 主要用途：适应用户的要求提供具有各种化学成份和机械性能的压铸或铸造用的镁合金 三.镁合金的新进展 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程材料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250Mpa，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金使用寿命以及性能特点
如何提高镁合金的耐高温性能? 镁合金在汽车制造、航空工业等方面的应用要求具有一定的高温性能和抗蠕变性能，稀土镁合金(AE系列)能提高合金的高温强度和蠕变强度。研究表明，加入一定量的锡可改善合金的高温强度;加人硅可改善合金的蟠变强度;加人鳃可提高合金的高温(超过300℃)性能;加入银可提高合金的高温强度和蠕变强度。 在Mg-5Al-1 Zn-1 Si合金中加人0.5%(质量分数)的锑，使合金在150℃时的强度从168 MPa上升到178MPa,屈服强度也从81 MP。上升到90MPa，抗冲击韧性值从21J上升到30J。 稀土会使镁合金的室温性能变差，为此，加人一些短纤维、晶须、颗粒等复合材料，以改善合金的室温和高温性能。在Mg-/Li合金中加人一定的Mg0/Mg 2 Si颗粒，使合金的高温抗蠕变。性能在温度达210℃前得到显著改善，而且随着温度的升高，改善效果更为明显。 笔记本电脑和手机外壳等在一定的工作温度范围内，要求其尺寸稳定性(抗蠕变性能)要好。与现有的工程塑料相比，不会因环境改变而改变的镁基耐高温复合材料的性能优势可得到充分施展。镁基复合材料的制备方法主要有真空(或保护性气氛)浸渗法、粉末冶金法、薄膜冶金法、搅拌铸造法。 提高镁合金材料使用寿命有何技术措施? 镁是活泼的金属元素，标准电极电位为负值，且绝对值很大，导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，这阻碍了镁合金产品在应用中发挥优势，限制了其应用范围。 镁合金腐蚀的直接原因是合金元素及杂质元素的引入导致镁合金中出现第二相。镁合金的腐蚀形态有:电偶腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂、晶间腐蚀和丝状腐蚀以及高温氧化。镁合金发生电化学腐蚀与溶液的pH值、溶液的性质、合金的成分及所处的环境有关。 为提高镁合金材料的使用寿命，应控制冶金因素以提高镁合金的耐腐蚀性，具体包括合金元素、杂质元素、相组成和微结构。表面处理技术的研究，如镁合金的化学转化处理、阳极氧化、等离子微弧阳极氧化、金属镀层和物理气相沉积涂层技术等，为等离子技术提高镁合金的耐腐蚀性带来了新的生机。为改善镁合金的耐腐蚀性能，有人采用离子注人、激光退火和快速凝固新工艺，特点是使金属表面形成一层成分均匀的、无定形的表面结构膜。 采用高频感应对镁合金进行表面合金化处理的研究结果令人满意，通过对ZM5镁合金样品在4OkHz的高频感应炉加热处理后空冷到室温，与未经感应处理的样品相比，其耐腐蚀性能大幅度提高，表层组织相结构的变化可有效地抑制镁合金的整体腐蚀。 微弧氧化技术是另一种新型的金属表面处理技术，其原理是将材料置于电解质溶液中，利用高电流高电压的作用，在基体金属表面上生成一层基体金属氧化物陶瓷层，且致密无缺陷，以提高金属的防腐蚀性能。MB8镁合金的实验表明，微弧氧化陶瓷层厚度与提高耐腐蚀性能的关系不大，非晶态氧化镁陶瓷层的耐腐蚀性能优于晶态氧化镁陶瓷层。 镁基大块非晶合金有何特点? 非晶态合金具有良好的性能。传统的非晶态合金是高速急冷(冷速大于105K/s)条件下形成的，呈粉状、(纤维)丝状、薄带或薄膜(最大厚度不超过50μm)形态，使其应用受到限制。大块非晶是指在三维尺寸都大于1mm的合金块体。镁基大块非晶合金具有较好的力学性能和低密度，被认为是一种极具应用潜力的轻质高强度材料。有报道称，用水淬法能制备出直径 为12 mm的镁基大块非晶合金—Mg 65Y 10 Cr 15 Pd 5 。镁基大块非晶合金在373K的温度下，屈服应 力为550MPa;在室温下为822MPa,硬度为HV220。对镁基大块非晶合金Mg 80Y 10 Cu 10 。的试验发 现，其伸长率为7%。
AZ80镁合金组织性能及其成型的关键技术
AZ80镁合金组织性能及其成型的关键技术 引言 金属镁始于1808年为人所知，直到1886年德国才开始将其用于工业领域。镁有广泛的用途，主要包括烟火制造、冶金，化学、电化学和结构件的应用。由于镁合金具有重量轻、比强度高、阻尼减振性好等优点，因而将其作为结构件被广泛地应用于航空航天、3C电子产品及交通运输等领域。目前，这些结构件都以铸造件特别是压铸件的应用为主，高性能的变形镁合金材料还处于研发和推广阶段。 在变形镁合金中。AZ80镁合金表现出最为优良的力学性能，通过合理改善其形变及热处理工艺能进一步提高其强度。本文主要介绍镁合金、AZ80镁合金的组织性能和关特征及其成型的关键技术。 1 镁合金及AZ80镁合金的组织性能 1.1 镁合金的特点 镁合金和铝合金的合金化原理几乎相同，都是通过加入合金元素，产生固溶强化、时效强化、细晶强化及过剩强化作用，以提高合金的机械性能、抗腐蚀性能和耐热性能。镁合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。Al在Mg中即可产生固溶强化作用，又可析出沉淀强化相Mg，Al有助于提高合金强度；Zn在Mg中除固溶强化作用外，也可产生时效强化相MgZn，但效果不如Al显著，一般需与其他合金元素同时加入；Mn加入Mg中主要为提高合金的耐热性和抗蚀性，改善合金的焊接性能；Mg中加入的少量Zr，除细化晶粒外，还从合金的成分来看，目前工业中应用的镁合金主要集中于Mg—Al—Zn、Mg—Zn—Zr、Mg—Re—Zn 和Mg一Re—Zr等几个合金系，其中前两个是发展高强镁合金的基础。从生产工艺和性能的特点，上述镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两大类，其编号采用汉语拼音字母加序号。同一系列的镁合金既有可以作为变形合金，又有可以作为铸造合金：其中既可能含Zr又可能不含Zr。因此，对于不同的镁合金，它的性质特点也会不相同。 金属镁及其合金是迄今在工程上应用的最轻的结构材料，具有其它金属材料不可替代的优越性，镁合金具有以下几个特点： (1)镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料，其密度在1.75～1.859/cm3之间，约为铝合合密度的1/3～l/2，约为钛合金的1/3，不到钢密度的1/4。这一特点对于现代一些便携类
镁合金的发展及应用
1 / 8 镁合金的发展及应用 摘要：综述镁合金的特点及其在交通、航空航天、兵器方面的应用情况，并结合兵器零件的使用特点和性能要求，分析了镁合金在兵器装备中的应用前景， 展望 关键词：镁合金，特点，发展，应用 1 引言 镁合金的密度很小，是钢的四分之一、铝的三分之二，但镁合金的比强度却大于钢和铝，是最轻的金属结构材料。因此，镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高，在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀，且腐蚀速率较高，使得镁合金的应用受到了很大的限制。 镁合金是重要的有色轻金属材料，具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏 蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，广泛应用于航空航天、 2 镁合金的特点 （1）重量轻:镁合金的比强度要高于铝合金和钢/铁、但略低于比强度最高的纤维增强塑料；其比刚度与铝合金和钢/铁相当，但却远远高于纤维增强塑料。比强度(强度/密度之比值)、比耐力(耐力/密度之比值)则比铝、铁都要高。在实用金属结构材料中其比重最小(密度为铝的2/3，钢的1/4)。这一特性对于现代社会的手提类产品减轻重量、车辆减少能耗以及兵器装备的轻量化具有非常重要的意义。 （2）高的阻尼和吸震、减震性能:镁合金具有极好的吸收能量的能力，可吸收震动和噪音，保证设备能安静工作。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍，减震效果很显著，采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座，可以大幅度减轻重量(约降低70%)，大大增加硬盘的稳定性，非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量的方向发展。 （3）良好的抗冲击和抗压缩能力:其抗冲击能力是塑料的20倍；当镁合金
镁合金力学性能的研究
Mg-Zn-RE-Zr合金的拉伸力学性能和微观结构的发展文章中将成分为Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr的铸件进行热挤压，并且对挤压比和温度对显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明当挤压比从0提高到9的时候铸态合金晶粒变粗大，共晶成分沿着挤出方向拉长。然而,进一步提高挤压比率对晶粒细化和改善合金的力学性能的影响不大。动态再结晶是热挤压过程中晶粒细化的主要机制，提高挤压温度导致出现等轴晶粒。与此同时,力学性能随挤压温度的升高而降低。
目录 第1章介绍 (3) 第2章试验方法 (4) 第3章实验结果 (5) 3.1铸态合金显微组织 (5) 3.2挤压合金的微观组织演变 (9) 3.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响 (9) 3.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响 (12) 第4章讨论 (16) 第5章.结论 (18) 第6章致谢 (20)
第1章介绍 镁合金因其低密度、高特定的刚度和良好的阻尼能力在汽车和航空工业上吸引了人们的注意[1]。镁合金可以大致分为含铝合金和无铝合金[2]。广泛使用镁合金属于Mg-Al系列，比如AZ91和AM60，它们具有良好的铸造性能和较低的成本[3]。然而,因为他们的机械性能和热稳定性差，这些合金的应用受到了限制[4]。与Mg-Al系列相比,Mg-Zn系列的合金,比如ZK60系列合金，是具有很大发展潜力的低成本高强度镁合金[5]。 在所有的镁合金中，AZ60具有较好的机械性能，比如室温下或者高温下具有高强度[6]。然而,它的强度在室温或者高温时候还是低于铝合金。最近,据报道,添加稀土可以改善ZK60合金的力学性能[7]。周教授等人研究了稀土元素钕和钇对于ZK60合金的微观结构和力学性能的影响。钕和钇的结合在动态再结晶过程中对细化晶粒产生了很大的影响。此外,钕和钇的结合还提高了屈服强度和抗拉强度。何教授等人的确定了钆元素对ZK60合金显微组织和力学性能的影响。钆的增加大大减少了时效硬化效果和少量的降低了屈服强度和抗拉强度。然而,添加钆造成的晶粒细化补偿了部分屈服强度和抗拉强度的损失。张教授等人[9]指出ZK60合金与铒结合之后改善变形性能,细化了晶粒和显微组织，具有良好的机械性能。 在这项研究中,镁合金准备直接进行冷铸造。此外,挤压比和温度对合金影响也表现了体现出来。
镁合金疲劳性能的研究现状_高洪涛
镁合金疲劳性能的研究现状 高洪涛,吴国华,丁文江 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海200030) 摘要:针对近几年镁合金疲劳性能的研究进行总结,从冶金因素、形状因素、加载制度、介质和温度等方面考察对镁合金疲劳性能的影响。归纳提高镁合金抗疲劳性能的途径:热处理、滚压强化和喷丸处理等。提出对镁合金疲劳性能研究的展望。 关键词:镁合金;疲劳性能;影响因素;强化途径 中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2003)04-0266-03 Review on the Fatigue Behavior of Magnesiu m Alloys GAO Hong-tao,W U Guo-hua,DI NG W en-jiang (Schoo l of M aterials Science and Engineering,Shang hai Jiaotong U niversity,Shang hai200030,China) A bstract:This report provides some of the results of magnesium alloy s studying,especially about its fatigue behavior, in recent years.The facto rs that influence the fatigue behavior of magnesium alloy s can be given from several aspects of metallurgy,form factor,loading system,medium and tem perature.The strengthening methods can be concluded in three aspects.One is heat treatment;the o ther tw o are roller burnishing and shot blasting.In addition,the prospect of fatigue behavio r observation on mag nesium alloy s is discussed. Key words:M ag nesium alloy;Fatigue behavior;Influencing factors;Strengthening approach 综合性能优良的镁合金已大量应用于航空航天、汽车、电子等领域[1]。据预测,从2001～2007年,镁合金铸件在汽车上的用量将以25%～30%速度递增[2]。 随着镁合金需求的急剧增加,对其性能要求也越来越高。本文总结近几年镁合金疲劳性能方面的研究,以及提高其性能的建议。 1 镁合金的疲劳与断裂 M g属于密排六方结构,此类金属的塑性变形取决于c/a(c为点阵的高,a为基面的边长),Mg的c/a=1.6235,略小于按原子为等径刚球模型计算出的轴比1.633。孪晶和疲劳变形与现存孪晶的结合是疲劳变形的主要形式,滑移带沿着孪晶带堆积的区域是一些常见的裂纹源。许多微裂纹是一些微空洞造成的。位错环集团是Mg典型的疲劳位错结构。 镁合金的疲劳断裂是由最大剪应力控制的,并且沿着最大剪应力方向扩展。它的解理断裂发生在高指数面上,并且裂纹的形态因孪晶和滑移而强烈变化着。镁合金疲劳断裂结构中也有一些韧窝特征,它们来源于加载过程中出现并长大直到在塑性应变和塑性断裂条件下联合起来的微空洞,在沉淀相-基体界面处结合力较小,沉淀相或者夹杂物的破碎、局部的应力集中 收稿日期:2003-02-17; 修订日期:2003-03-24 基金项目:国家863计划资助项目,编号:200233AA1100. 作者简介:高洪涛(1976- ),河南洛阳人,博士生.研究方向:镁合金的研究与开发.都可能形成一些微空洞。 2 影响镁合金疲劳性能的因素 2.1 冶金因素 微观组织对疲劳裂纹的萌生和扩展有很大的影响[3]。砂型铸造M g-Zn-Zr合金,不管是铸态还是热处理态,晶粒越粗大,疲劳强度越低。另外,第2相质点或颗粒也影响镁合金的疲劳行为,第2相的切变模量和第2相质点间的平均距离是影响疲劳裂纹扩展速率的重要参数。另外,在小的ΔK区域,镁合金位错密度越高,疲劳裂纹扩展速率就越低。 镁基复合材料的疲劳性能与断裂特征与其基体上增强颗粒和晶须的尺寸和形态关系密切[4],含20% SiC晶须的AZ91D镁基复合材料低周疲劳断裂后发现,由于晶须散乱的分布于基体之上,裂纹表面粗糙并且裂纹扩展路径看起来很弯曲。断裂组织观察表明疲劳断裂扩展区和最后断裂区没有明显区别,并且特征是解理断裂。 在冶炼过程中,不可避免的引进一些夹杂物。这些夹杂物引起应力集中从而降低镁合金的抗疲劳能力,如果夹杂物是尖角,危害更大。夹杂物分布不均匀时,也会降低疲劳强度。 2.2 形状因素 (1)缺口敏感性及表面状况 镁合金比铝合金和钛合金有更大的缺口敏感性,变形镁合金比铸造镁合金有更大的缺口敏感性。 · 266· 铸造技术 FO UN DRY TECHN OLOG Y V ol.24N o.4 Jul.2003
镁合金特性
镁合金特性 世界实际应用中重量最轻的金属结构材料。 比强度高，镁合金的强度与质量之比高，具有一定的承载能力。 弹性模量小，刚性好，抗震力强，长期使用不易变形。 抗电磁干扰及屏蔽性好。 ?重量轻，镁金属是目前世界实际应用中重量最轻的金属结构材料。 ?比强度高，镁合金的强度与质量之比高，具有一定的承载能力。 ?弹性模量小，刚性好，抗震力强，长期使用不易变形。 ?抗电磁干扰及屏蔽性好。 ?对环境无污染。 镁合金的种类： 合金名称镁合金的合金名称是以主要添加合金元素及其百分比来取名。 镁合金的特点 在实用金属中是最轻的金属 镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属。 应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和 汽车行业中，达到轻量化的目的。 表:各种材料的物理性质比较 镁合金特性镁合金是最轻的金属结构材料，比重只有 1.8，分别为铝的2/3和铁的1/4，其比强度高达 133，可以和钛的比强度相媲美，这使得镁合金可用作高强度材料。同时，镁合金 因其优良的铸造、挤压、切削和弯曲加工等性能，可以广泛地应用于汽车、电子、纺织、建筑和军事领域。 重量轻易加工抗变形减震降噪尺寸稳定高刚比度 ?重量轻，镁金属是目前 对环境无污染。镁合金的种类：合金名称镁合金的合金名称是以主要添加合金元素及其百分比来取名。 镁合金的特点在实用金属中是最轻的金属镁的比重大约是铝的 2/3 ,是铁的1/4。 它是实用金属中的最轻的金属。应用范围 ：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。 表:各种材料的物理性质比较材料名密度 (g/cm3)熔点 (W/Mk)抗拉强度 (MPa)屈服点 (MPa)延伸率 (%)比强度杨氏模量 (GPa)镁合金 AZ911.8259672280160815445AM601.79615622701401515145 铝合金 3802.70595100315160311771 钢铁碳素钢 7.861520425174002266200 塑料 ABS1.0390(Tg)0.235*40342.1PC1.23160(Tg)0.2104*3856.7 高强度、高刚性镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情 况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。应用范围 :汽车发动 机附件支架，离合器壳体，变速箱壳体，仪表盘骨架，方向盘骨架，坐椅骨架，阀体手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。 镁合金特性 镁合金是最轻的金属结构材料，比重只有 1.8,分别为铝的2/3和铁的1/4，其比强度高达133，可以和钛的比强度相媲美，这使得镁合金可用作高强 度材料。同时，镁合金因其优良的铸造、挤压、切削和弯曲加工等性能，可以广泛地应用于 汽车、电子、纺织、建筑和军事领域。 重量轻 减震降噪 易加工 尺寸稳定 抗变形 高刚比度
镁合金力学性能强化的几种途径
镁合金力学性能强化的几种途径 摘要对近几年镁合金力学性能强化的研究进行了总结，主要途径归纳为三个方面，一是热处理，二是合金化，三是加工工艺。 关键词：镁合金力学性能热处理合金化加工工艺 镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高的特点,而且还具有优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本。广泛应用于航空航天、汽车和电子等行业。但是,镁合金密排六方的晶体结构及较少的滑移系决定了其塑性变形能力较差,所以应该用一些方法来提高其力学性能，本文就近几年镁合金力学性能方面的研究进行总结，并提出建议。 1 镁及其合金的力学性能 镁是一种二价的碱金属元素，属于密排六方晶系，这种密排六方结构使之在力学和物理性能方面表现出强烈的各向异性。纯镁象其他纯金属一样，表现出相对低的强度。其弹性模量E=45GPa，切变模量K=17GPa，比弹性模量E/ρ=25GPa。因此必须用其他元素进行合金化以获得所需要的性能。目前主合金元素是Al、Zn 和Re等，这些合金元素使镁合金得到不同程度的强化。变形镁合金主要通过热变形和冷变形来提高强度。热处理是提高镁合金力学性能的重要途径。另外其他一些工艺或处理也能有效提高镁合金的力学性能，如颗粒增强复合材料、半固态铸造和熔体热速处理、表面处理等。 2强化途径 2.1 热处理 2.1.1铸造镁合金的热处理 铸造镁合金的室温和高温力学性能强化途径有固溶处理和失效处理[1]。对某高锌镁合金Mg-Zn-Al-RE进行热处理[2]，固溶处理温度340℃,保护剂为硫铁矿石,保温时间20 h,热水淬火,淬火介质采用70～75℃热水;时效处理温度180℃,保温时间10 h,出炉空冷。经固溶及时效处理后,合金的相成分主要为α-Mg,还有含微量稀土的其它固溶强化三元相。其中比较典型的固溶强化相有Ф相
镁合金阳极氧化膜的制备及其耐腐蚀性能研究【开题报告】
毕业论文开题报告 化学工程与工艺 镁合金阳极氧化膜的制备及其耐腐蚀性能研究 一、选题的背景、意义 镁是地球上储量最丰富的元素之一，除地壳表层金属矿所含的质量分数为1.93%外，在盐湖及海洋中也存在着十分可观的镁储存量。镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，镁及其合金具有许多优良的特性。它的密度小（1.8g/cm3镁合金左右），约为铝的2/3、铁的1/4；比强度很高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，具有良好的导电、导热性、电磁屏蔽性、尺寸稳定性、机加工性能以及再循环利用的性能。 镁合金过去主要应用于航空航天领域，进10年来，随着汽车工业的发展，镁合金的应用最得到了很大的发展。由于环境保护和节省燃料的要求，通常以降低汽车重量来节省能耗，其中一项重要措施就是采用镁合金零件来取代原先的铝合金或钢制零件，由于各种数码产品的飞速跟新换代，对其外观和质量都提出了更高要求。用量轻、刚性好、金属光泽好、电磁屏蔽性好的镁合金取代塑料用在外壳上可获得很好的效果。 随着人们对环境保护意识的日益增强，镁合金无铬表面转化处理技术取得了很大的发展，对环境影响已经大大减小。国内的镁合金阳极氧化处理工艺与国外相比差距较大，大部分无铬电解液配方仅停留在实验阶段，无法投入到实际生产中。因此，对镁合金进行适当的表面处理来提高其耐蚀性能具有非常重要的意义。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 传统工艺 有关镁合金阳极氧化技术产生于20世纪，直到1951年以后，HAE和DOW l7工艺的相继出现才使阳极氧化技术在镁合金防护处理中应用成为可能。HAE工艺是碱性电解液的代表，而Dow Chemical company研发的DOW l7是酸性电解液的代表，在镁合金阳极氧化发展进程中两者起了重要的作用。后来又开发了Anomag 工艺、Magoxid-Coat工艺和Tagnite工艺等。其具体工艺如表1所示。
铝镁合金特性
铝镁合金特性
鎂鋁合金特性介紹 1.0鎂合金使用背景與市場發展狀態 1.1鎂是地球上第六多元素,佔地殼組成 2.5~4% 目前主要提煉來源為海水,鎂礦….. 1.2德國為第一開發量產國家,主要在第一次世界 大戰時需快速移動軍備而大量使用質輕之鎂 合金作為軍品材料. 1.3使用量 1993----------32850公噸 1943----------184000公噸 1984----------230000公噸 1997----------500000 公噸 1.4鎂合金與其他材料特性比較 a: 質輕: 鎂比重1.8 鋁比重:2.8 b: 傳熱快: 鎂熱傳導率51 w/mk 塑膠(ABS) 0.2 w/mk c: 強度(耐衝擊性): 鎂抗拉強度240 Mpa ABS: 35 Mpa D: 可燃性: 鎂熔點596 Degree ABS 90 Degree E: 電磁遮蔽性(EMI): 鎂合金------良好 塑膠---------無遮蔽性 F: 環保回收性: 鎂合金-----------可回收使用 塑膠------------無法完全回收 1.5市場應用例 產品別應用部分汽機車類引擎蓋,避振器,齒輪箱…筆記型電腦機殼,散熱組件,機構件行動電話外殼,支架… 電子相機, MD,CD…..機殼 HDD PARTS 資料讀取臂
2.0鎂合金成形法 2.1冷式壓鑄法 圖形 2.2熱式壓鑄法 圖形 2.3射出成形法 圖形 比較項目熱式壓鑄法冷式壓鑄法射出成形鑄造速度快慢中 溶解管理易難易 射出壓力低高高 機器操作中易難 素材價格低低高 機器價格中低高
技術成熟度中高低 3.0專業術語說明: 3.1縮水量: 材料由熔熔狀態變成固態冷卻過程 中體積變化量.(鎂: 5.5/1000 鋁:6/1000) 3.2公模: 又稱移動模或可動模或CORE SIDE. 簡單判定有頂出針的面. 3.3母模: 又稱固定模或CA VITY SIDE. 3.4頂出針: E-PIN 或是EJECTER PIN.模具頂 鑄件的機構. 3.5滑塊: SLIDER CORE. 於成品側邊無法以公 母模拆開時之結構. 3.6分模線: PARTING LINE . 公母模或滑塊相結 結合之模具接合線. 3.7入子: insert core. 模具中單獨之植入部分. 3.8拔模斜度: draft angle, taper.成形後離型所需要 斜度,(分單邊與雙邊,大端或小端) 3.9澆道口: Gate. 原料由澆道進入成品之入口 3.10溢流井: Overfollow. 在成品邊緣抽取冷料與 空氣地區塊. 3.11逃氣道: Air vent. 成形時幫助模具內空氣逃 離模具之設計. 4.0測試與檢驗: 4.1線性檢測: 長度,高度, 距離,孔位….. 4.2功能檢測: 諸如測漏試驗, 強度測試,耐蝕測 試. 4.3外觀檢測: 限度樣品, 色板比對…. 4.4幾何公差: 4.4.1基準: 4.4.2⊕: 位置度 4.4.3◎: 同心度
镁合金压铸技术的发展及其应用.docx
镁合金压铸技术的最新发展及其应用 镁合金是最轻的工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳类零件。镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合於用现代压铸技术进行成形加工。现代科技和相关产业技术的发展，使镁 合金的应用範围迅速扩展，特别是在汽车工业和电子信息产业中获得大量应用。 本文主要介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的发展状况，希望藉此 促进中国镁压铸技术的发展及其在各个领域、尤其是汽车工业中的推广应用。 概述 长期以来，镁的 80%用於铝合金的添加元素或冶金行业脱氧等、 13%用於铸造合金、 3%用作变形制品。随着科技进步及对镁可贵性的认识，其产品广泛用於航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。 汽车行业采用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素，生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量，更是藉此 来不断提高汽车的性价比，从而加强其在竞争日益激烈的汽车巿场上的 竞争优势。预计 1996~2008 年全球用於汽车零部件的镁量平均每年递 增15%以上，其中，北美增长速度为 30%，欧洲则超过 60%。 欧、美、日等发达国家的汽车制造公司在政府的协调下与科研院所密切 合作，投入大量人力物力，实施多项大型研究发展计划，研究用镁合金 制造汽车零部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上的应用发展。电子信息产业由於数字化的发展，巿场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。以前作为主要材料的工程塑料已经无 法满足要求，因此人们把目光投向了镁合金。例如，镁合金具有优异的 薄壁铸造性能，其压铸件壁厚可达 0.8mm-1.5mm，并保持一定的强度、刚度和抗冲击性能。因此，在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下，镁合金成了制造商的最佳选择。近年来，电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。
镁合金表面防腐蚀处理研究
镁合金表面防腐蚀处理研究 王芬，康志新，李元元 （华南理工大学金属新材料制备与成型重点实验室，广东广州510640） 摘要：综述了近年来镁合金表面防腐蚀处理的方法，主要有化学转化膜、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、有机镀膜、气相沉积、快速凝固等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了探讨。关键词：镁合金；腐蚀；金属涂层；阳极氧化；有机镀膜 1前言 镁合金优异的物理和机械性能[1]使其近年来得到广泛关注。镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具，3C产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为 －2.37V，在潮湿，CO2，SO2，Cl－ 的环境里极易发生腐蚀。除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳[2]，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。 目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。本文综述了镁合金表面处理的方法，并对各种表面处理方法的优缺点及今后的发展方向进行了分析。 2镁合金表面处理的方法 2.1化学转化膜处理 镁合金化学转化膜[3]的防腐蚀效果优于自然氧化膜，并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。传统的化学转化法是铬化处理，其机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的pH值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好。 但由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸－高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。 磷酸－高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以Mg3(PO4)2为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。经过该处理所得的膜层为微孔结构且与基体结合牢固，并具有良好的吸附性、耐蚀性，因而可作为镁合金涂装中的底漆层使用。赵明[4]等人对镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现pH值为4，K2HPO4的质量浓度为150g/L，KMnO4的质量浓度为40g/L的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。在盐雾试验温度为30℃，盐雾沉积率为0.0138mL/（cm2·h）的条件下，连续喷雾24h后，镁合金表面所得膜的腐蚀率为8%，而铬酸盐处理工件表面腐蚀率为21%[5]。这说明镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理能提高镁合金表面抗蚀能力。 Rudd[6]等研究发现镁及镁合金在经过pH值为8.5的铈、镧和镨等稀土盐溶液浸泡处理后，可以显著提高镁及其合金的表面耐腐蚀性能。但随着浸泡时间过长，涂层的保护性能开始恶化，导致镁合金表面的耐腐蚀性能也随之降低。因此，为了得到较好的表面处理效果，在形成稀土转化膜后应立即进行封孔处理。2.2阳极氧化处理 阳极氧化处理[7~9]是镁合金现今应用较广的一种表面处理方法。阳极氧化不同于化学氧化，它是通过电化学反应，在金属表面得到具有一定厚度、稳定的氧化膜层，从而提高金属表面耐腐蚀性能。 DOW17法和HAE法是20世纪50年代开发的阳极氧化技术。DOW17法生成的氧化膜是由Cr2O3，MgCr2O3及Mg2FPO4构成，该氧化膜的耐蚀性和耐磨性好，但脆性较大。用HAE法制成的氧
镁合金的一些知识(一)
镁合金的一些知识（一） 特点 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的 镁合金（英文：Magnesium alloy）的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。可作为阴极保
护材料。 在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪音影响。 镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。 镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100% 回收再利用。 镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。 镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。 但镁合金线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而铝合金则为23 μm/m℃，黄铜约20 μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。 镁合金牺牲阳极是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其
镁合金的发展
镁及镁合金发展回顾 1808年在实验室制得纯镁，1886年镁合金在德国开始工业化生产，1930年德国首次在汽车上运用镁合金73.8Kg，1935年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产"甲克虫"汽车发动机传动系统零部件，1946年达到单车镁合金用量18Kg，1938年英国伯明翰首次将镁合金运用到摩托车变速箱壳。20世纪40年代皮江炼镁法发明，由于工艺简单，生产成本大幅降低，使全世界的原镁产量大幅增加，但能源消耗大，污染环境严重。此前所用的电解法炼镁，虽然洁净，但生产成本较高。 金属镁生产情况 20世纪90年代初开始，世界对镁的需求量大幅度增加，原镁的产量和消费量随之迅速增长，进入21世纪全球原镁生产能力已超过60万吨，国际上镁产业的布局情况是，原镁生产以中国、加拿大、澳大利亚、独联体国家为主，其中以中国和加拿大的原镁生产能力增长幅度较大。据统计，2002年世界原镁产量为：中国27万吨，加拿大11.7万吨，美国4.5万吨，挪威4.2万吨，俄罗斯4万吨，以色列2.75万吨，法国1.7万吨，乌克兰1.5万吨，巴西1.2万吨，哈萨克斯坦1万吨，塞尔维亚0.5万吨，印度900吨。 当前，西方发达国家已基本不进行对环境影响较大的原镁生产，而进行具有优良特性的镁合金的研究与开发。我国原镁产量约占全球总产量的70%，是世界上第一大原镁生产国和出口国。2003年我国原镁产
量、出口量分别为35.4和29.8万吨,分别较上年的26.8、20.9万吨增长32.1%和42.6%。下表列出2000-2003年原镁产量的基本情况。 表1 2000－2003年我国及全球原镁产量 金属镁主要用于：作铝基合金的重要添加元素，这部分用量约占镁的总消耗量的43%左右；用于镁合金制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右；镁用于炼钢脱硫约占13%；此外镁还用于阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。世界镁的消费区域主要集中在北美和欧洲地区，其消费量约占全球总消费量的3/4。 镁合金概述 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。 1、镁合金性能 （1）重量轻。镁合金是最轻的工程结构材料，镁的密度1.74，约为钢的1/4，铝的2/3，相比，为工程塑料的1.5倍。
镁合金研究现状及发展趋势
镁合金研究现状及发展趋势 摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用 1.引言 镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1）密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，根据合金成分的不同，其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内，约为铝的2/3，钢的1/4。 2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁，但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3）吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力，其抗冲击性是铝合金的10倍，塑料的20倍。 4）良好的铸造性能。镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2-3倍，通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小，所以流动性