镁合金的发展及应用

关于镁合金的发展及应用的研究现状的综述

摘要：镁合金在工业生产中已经得到了广泛的应用，这里综述了镁合金的特点及其研究新进展，重点介绍了镁合金在汽车工业、航空航天、现代兵器、核工业以及电子产品等领域的应用，最后展望了镁合金在尖端科技领域中的广阔的应用前景。

关键字：镁合金,应用,特点,新进展,应用前景

Review of the status quo about the development and application of

magnesium alloy

Abstract:Magnesium alloy has been widely used in industrial production, here reviewed the characteristics of magnesium alloy and its new progress, and focuses on the application of magnesium alloy in the fields of automotive, aerospace, modern weapons, the nuclear industry and electronic products. Finally, outlook the future potential applications of magnesium alloy in the field of cutting-edge technology. Key words:magnesium alloy, applications, features, new progress, the future potential applications

随着航空航天、交通运输、信息产业的发展，新型轻合金材料的研发逐渐受到各国的高度重视。在许多领域，传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、强度高、阻尼性、切削加工性和铸造性能好的优点。

1.镁合金的特点

与其他金属相比，镁合金具有以下特点：

(1)镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料，密度在1.75—1.85g／cm3之间，是钢密度的23％，铝密度的67％，塑料密度的170％[1]。镁合金比强度明显高于铝合金和钢，仅略低于比强度最高的纤维增强材料；比刚度与铝合金和钢相当但远高于纤维增强材料，具有很好的优越性。

(2)镁合金阻尼性能好，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，适合于制备抗震零部件。

(3)镁合金导热性、热稳定性、抗电磁干扰性和屏蔽性能良好。

(4)镁合金的铸造性良好，镁与铁反应性很低，熔炼时可用铁坩埚，镁在单位容量下的热焓低，其压铸速度可比铝高，且镁铸件的铸造和加工精度高，镁合金压铸件的最小壁厚可达0.6mm，而铝合金为1.2-1.5mm，镁合金可以进行高速机械加工，生产效率高，在模具内凝固快，生产率比压铸铝件高出40-50％，最高可达两倍，适用于汽车工业的大批量生产[2]。

(5)镁合金的尺寸稳定性较好，收缩率稳定，铸件和加工成品的尺寸精度高，除了镁-铝-锌合金外，多数镁合金在热处理过程及长期使用中由于相变而引起的尺寸变化基本为零。

(6)切削加工性能优良，其切削速度大大高于其他金属。切削镁合金时对刀具的消耗低，切削功率小，镁合金、铝合金、铸铁、低合金钢切削同样零件消耗的功率比值为l：1.8:3.5:6.3。镁合金在切削后不需要磨削、抛光，不用切削液即可以得到粗糙度很低的加工面。此外，镁合金在受冲击或摩擦时，表面不产生火花，利于生产安全。

(7)与塑料类材料相比，镁合金可回收利用，回收成本低，回收利用率高，这对降低制品成本、节约资源、改善环境相当有益。

(8)液态镁容易剧烈氧化、燃烧，故镁合金的熔炼必须在熔剂覆盖下或者在

保护气氛中进行[3]。镁合金铸件需要在SO

2、C0

2

或SF

6

气体保护，或者在真空条

件下进行固溶处理，并且固溶处理和时效处理时间均较长。

2.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[4]。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。

2.1镁合金研究的新进展

（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。

（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。

（4）高强高韧镁合金

现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Mg-Zn和Mg-Y合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；加入Ag和Th能够提高Mg- RE- Zr合金的力学性能，如含Ag 的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变