1.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%。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氧化燃烧,
因此,镁合金的生产难度很大;镁合金的生产技术还不成熟和完善,特别是镁合金成形技术有待进一步发展;镁合金的耐蚀性较差;现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低,限制了镁合金在高温(150~350℃)场合的应用;镁合金的常温力学性能,特别是强度和塑韧性有待进一步提高;镁合金的合金系列相对很少,变形镁合金的研究开发严重滞后,不能适应不同应用场合的要求。
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-Zrn(ZK)、Mg-Zn-RE系(ZE)等合金。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。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、增强我国镁衍业的国际竞争力,是摆在我们面前的迫切任务。
2.镁合金的新进展(1)耐热镁合金。耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一,当温度升高时,它的强度和抗蠕变性能大幅度下降,使它难以作为关键零件(如发动机零件)材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si)。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54 具有与铝合金相当的高温强度,但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。Mg-Al-Si(AS)系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时,AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。
但是, AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相,损害了铸造性能和机械性能。研究发现,微量Ca的添加能够改善汉字状Mg2si相的形态,细化Mg2si颗粒,握高AS系列镁合金的组织和性能。从20世纪80年代以来,国外致力于利用C·来提高镁合金的高温抗拉强度和蠕变性能。最近美国开发的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al- 0.6Ca),以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金,其抗拉强度和蠕变性能都较好。2001年,日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn,其强度为超级铝合金的3倍,还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。
(2)耐蚀镁合金。镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决:①严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。例如,高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍,超过了压铸铝合金A380,比低碳钢还好得多。②对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求,可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如,经化学镀的镁合金,其耐蚀性超过了不锈钢。
(3)阻燃镁合金。镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明,熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法,但它们在应用中会产生严重的环境污染,并使得合金性能降低,设备投资增大。 纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力,但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能,使这一方法无法应用于生产实践。铰可以阻止镁合金进一步氧化,但是铰含量过高时,会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。