镁合金材料的性能、成型技术与应用分析

摘要

镁合金作为目前工业应用中最轻的金属结构材料，因其强度、比刚度高，良好的电磁屏蔽性能及易于加工、回收等优点，被誉为“21世纪绿色金属工程材料”，并广泛用于汽车、通讯、电子、航空航天等领域。

本文着重探讨了新型镁合金的组织性能、耐腐蚀性能以及成型技术。分析了不同合金元素的添加，对镁合金的物理性能、化学性能的影响。介绍镁合金的分类，不同牌号的镁合金，含有哪些不同的合金性能，以及该合金材料的优缺点、实用性和应用领域。在我国，镁合金加工成形技术主要是压铸成型，在压铸成型中，我们要注意到压铸镁合金材料的性能要求，在压铸过程中的技术参数以及该注意到的问题我们都会详细阐述。最后展望了镁合金发展和应用的前景，作为21世纪的绿色金属材料，在越来越多的领域中逐步得到应用，所以，镁合金材料的开发、应用研究和高要求、高性能的镁合金材料的开发势在必行。

关键词：镁合金；成型技术；性能；耐腐蚀

Abstract

Magnesium alloys as the lightest metal structural material for current industrial applications, because of its strength, specific stiffness, good electromagnetic shielding performance and ease of processing, recycling, etc., was known as the "21st century green metallic engineering materials," and widely used in the automotive, communications, electronics, aerospace and other fields.

This article focuses on the performance of the new magnesium alloy, corrosion resistance, and molding technology. The effects for the physical and chemical properties of magnesium alloys,which coursed by different alloying elements added,is analysised. Describes the classification and different grades of magnesium alloys, different alloys properties, as well as the advantages and disadvantages of the alloy material, practical, and applications. In China, the forming process of magnesium alloy was mainly the die casting, we have to note that the material properties requirements of magnesium alloy in die-casting , the technical parameters of die casting process and some other issues we will be more noticed . Finally, the future development and application of magnesium alloy is prospected, as the 21st century green metallic materials, and gradually more and more applied , the development of magnesium alloy material, applied research and the development of high demanded,

high-performance magnesium alloys materials is imperative.

Key Words：Mg-Al-Zn alloys；forming technology；property；corrosion

目录

摘要 ......................................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................................................... II 第一章绪论 (1)

1.1镁及镁合金简介 (1)

1.2镁合金的特点 (1)

1.3 镁合金的应用 (3)

1.3.1镁合金在车辆上的应用 (3)

1.3.2镁合金在航空上的应用 (3)

1.3.3镁合金在3C产品上的应用 (3)

1.3.4镁合金在武器的应用 (4)

1.3.5镁合金在其他领域的应用 (4)

1.4新型镁合金的研究 (5)

第二章实验部分 (7)

2.1概述 (7)

2.2压铸镁合金体系 (7)

2.3压铸用的浇注系统 (8)

2.4压铸设备 (9)

2.5镁合金的熔炼 (9)

2.5.1熔炼设备 (9)

2.5.2冷、热室压铸机 (10)

2.6镁合金的压铸工艺 (11)

2.6.1压铸工艺装置 (11)

2.6.2熔体制备 (12)

2.6.3压铸工艺 (13)

2.6.4熔体熔炼的阻燃保护 (15)

2.6.4.1溶剂保护 (15)

2.6.4.2气体保护 (16)

2.6.4.3合金化阻燃保护 (17)

2.6.5压铸过程中的阻燃保护 (18)

第三章结果与讨论 (19)

3.1镁合金的成份 (19)

3.2镁合金的成份对性能的影响 (20)

3.2.1镁合金的合金化特点 (20)

3.2.2镁合金的物理冶金特性 (21)

3.3合金元素的作用 (22)

3.3.1铝对镁合金的性能的影响 (23)

3.3.2锌元素的作用 (24)

3.3.3其他合金元素的作用 (25)

第四章镁合金前景与未来发展 (27)

4.1镁合金的未来发展前景 (27)

4.1.1耐高温性能的改善 (27)

4.1.2抗腐蚀性能的提高 (28)

4.1.3塑性变形能力的改善 (28)

4.1.4镁基复合材料 (28)

第五章结论 (29)

参考文献 (30)

致谢 (31)

第一章绪论

1.1镁及镁合金简介

1774年人们首次发现镁，并以希腊古城Magnesia命名。镁为元素周期表中IIA族碱土金属元素，相对原子质量为24.305。在所有结构金属中，镁的密度最低，纯镁的密度仅为1.738g/cm-3。在镁中添加合金元素，可以形成具有各种性能的合金，满足不同的需求。镁和镁合金既可以铸造成型，直接制备出结构件，也可以通过各种塑性加工和热处理，制备出各种规格的管、棒、板、线、带材和异型材。对于同种材质，采用不同的方法制备时，材料的性能也有很大的区别。为了提高镁和镁合金的耐腐蚀性能，还可以对其采取表面处理。与其他结构材料相比，镁及镁合金材料具有一系列的优点，如密度低、比强度高和比刚度高、减震性好、电磁屏蔽性优异、抗辐射、摩擦时不起火花，切割加工性和热成形性好，对碱、煤油、汽油和矿物油具有化学稳定性，易回收等。由于这些突出的特点，镁合金材料在汽车、电子、电器、航空航天、国防军工、交通等领域具有重要的用价值和广阔的应用前景。

1.2镁合金的特点

纯镁的优点虽然很多，但是力学性能较低，其应用范围受到很大的限制。通过在纯镁中添加合金化元素，可以显著改善镁的物理、化学和力学性能。根据实际需要，人们已经开发出为数众多的镁合金体系。其特点如下。

○1镁合金的密度比纯镁稍高。在1.75～1.85g/cm-3之间，其比强度/比刚度均很高，比弹性模量与高强铝合金/合金钢大致相同（见图1.2-1）。

图1-1 多种合金密度和比强度

○2弹性模量较低，但受到外力作用时，应力分布将更为均匀，可以避免过高的应力集中。在弹性范围内承受冲击载荷时，所吸收的能量比铝高50%左右。因此镁合金适宜于制造承受猛烈冲击的零部件。

○3阻尼性能好，适合于制备抗振零部件。

○4切削加工性能优良，其切削速度大大高于其他金属。不需要磨削、抛光处理，不使用切削液即可以得到粗糙度很低的加工面。

○5镁合金在受到冲击或摩擦时，表面不会产生火花。

○6镁合金铸造性能优良，可用几乎所有铸造工艺来铸造成形。

○8由于镁在液态下容易剧烈氧化、燃烧，所以镁合金必须在溶剂覆盖下或在保护

气氛中熔炼。镁合金铸件的固溶处理也要在SO

2、CO

2

或SF

6

气体保护下进行，或在真空

下进行。

镁合金具有优异的性能（低密度、比刚度和比强度高），因而广泛的应用于航空、航天、交通工具、3C产品、纺织和印刷行业等。镁合金零部件运动感惯性低，应用到高速运动的零部件上时效果尤为明显。另外，由于镁合金密度较低，适合应用到需要运动和搬动的零部件上，同时制备同一零件时壁厚可以增大，从而满足了零件对刚度的要求，简化了常规零件增加刚度的复杂结构（如筋、肋等）制造工艺。尽管质量小可能是结构应用领域选择镁合金的最主要因素，但镁合金的一些其他的特性在不同的应用领域中也显得特别重要。例如，镁合金的中温性能使得它能够的在飞机上和导弹上替代工程塑料和树基复合材料；其高减震性能使其在飞机和导弹的电子仓结构上获得应用；其对X射线和热中子的低透射阻力使得镁合金特别适用于X射线机框和核燃料盒等。镁合金还长期被用于制造各种军事装备，如帐篷骨架、迫击炮座和导弹壳体等等。由于含铝小于30%的细小镁铝合金颗粒在燃烧时能产生耀眼的白光，该白光比自然光还有利于照相，因此被广泛用于照相用的闪光灯。因此说烟火工业是镁合金的第一个工业应用领域。镁颗粒还被用于制造夜间空中照相的照明弹、高能燃料、引火装置和燃烧弹等火器。近年来，随着资源的不断枯竭以及环保和安全所需，镁合金在汽车、摩托车、电子产品等方面的开发应用受到了全世界的极大关注。

1.3 镁合金的应用

1.3.1镁合金在车辆上的应用

镁合金用作汽车、摩托车、自行车零部件通常具有以下优点：

（1) 提高燃油经济性综合标准，降低废气排放和燃油成本，据测算，汽车所用燃料的60%消耗于汽车的自重，汽车每减重10%，耗油将减少8~10%；

（2）质量减轻可以增加车辆的装载能力和有效载荷，同时还可改善刹车和加速性能；

（3）可以极大的改善车辆的噪声、震动现象。

此外，镁合金具有的优异的变形及能量吸收能力大大提高了汽车的安全性能；镁合金压铸件具有一次成形的优势，可以将原来多种部件组合一次成形，这种代替众多单个部件的方式可以大大提高生产率，同时还能达到减少制造误差和装配误差，减少部件的摩擦，降低车辆噪声。

1.3.2镁合金在航空上的应用

就航空材料而言，结构减重和结构承载与功能一体化是飞机机体结构材料发展的重要方向。镁合金由于其低密度、高比强度的特性使其很早就在航空工业上得到了应用。但是其易腐蚀性（特别是电偶腐蚀）又在一定程度上限制了其应用范围。

航空材料的减重带来的经济效益和性能的改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省，前者是后者的一百倍。而战斗机的燃油节省又是商用飞机的近10倍，更重要的是其机动性能改善可以极大的提高其战斗力和生存能力。正因为如此航空工业才会采用各种措施增加镁合金的用量，并在相应的零部件开发上得以应用，如航空发动机零部件、飞机以及导弹蒙皮和舱体，飞机壁板、汽油和润滑系统零件、油箱隔板、副油箱挂架等等。

1.3.3镁合金在3C产品上的应用

3C产品--Computer，Communication，Consumer electronic production是当今全球发展最为快速的产业，数字化技术导致了各类数字产品不断涌现。镁合金3C产品最早出现与日本

图1-2 3C镁合金产品

1.3.4镁合金在武器的应用

镁合金是最轻质金属结构材料，因其具有密度小、比强度高、比刚度高、阻尼性好、电磁屏蔽特性优越等特点。是减轻武器装备质量，实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。镁合金军事上的应用过去主要是在航空领域，近年来，镁合金及镁基复合材料已逐步在武器和弹药上得到成功应用，发展十分寻迅速。

图1-3 战斗机镁合金结构材料

1.3.5镁合金在其他领域的应用

（1）冶金工业在冶金行业，镁被用于铸铁熔体的脱硫和石墨的球化，生产硬度和韧性得到大幅度改善的球墨铸铁。也被广泛的用于钢的脱硫剂。另外，在钢基和镍基合金的生产过程中，镁通常被用作脱氧剂。迄今，镁的最大应用领域是作为铝合金提高强度和抗腐蚀能力的合金化元素。另外，镁被加入锌的压铸合金中，提高其强度和改善尺寸稳定性。镁还是其他锌产品，如屋面板材、光蚀板材、干电池壳、阳极氧化池结构等等

（2）化学工业在化学工业领域，镁被大量使用在著名的生产复杂和特种有机物及金属有机物的工艺中。镁还被用于生产镁的烷基或烃基和芳基金属化合物；在润滑油中用作中和剂；用于氩气和氢气的净化；在真空管道制造中用作吸气剂；用于生产硼、锂、钙的氢化物；用于锅炉用水的脱氧脱氯剂等等。

（3）电化学工业在电化学方面的应用包括阴极保护、制造电池和光刻等镁牺牲阳极用于延长各种金属装置的寿命，其中包括:家用和工业用热水器；各种地下构建物，例如地下电缆、管线、井体、储槽和塔基等；以及海水冷凝器、船壳、压载箱和在海洋环境中使用的钢桩。

1.4新型镁合金的研究

（1）阻燃镁合金

镁的化学活性很强，在空气中易氧化，高温时氧化加剧，氧化反应放出的热量不能及时散失，会发生燃烧，所以熔炼时必须使用熔剂，浇注时必须采用特种型砂，零件加工时又要防止零件氧化自燃，所有这些都限制了镁铸件的生产。虽然目前在镁合金的熔炼过程中，熔剂保护和气体保护方法具有很好的效果，应用也十分广泛，但是都会带来环境污染等问题。通过合金化的方法来达到阻燃目的将是镁合金熔炼阻燃的发展方向。

添加合金元素到镁合金中，在熔炼过程中形成像Al

2O

3

那样致密的氧化膜，便可阻止镁

的氧化。通常添加元素与氧的亲和力要求大于镁与氧的亲和力(一般可用元素氧化物的

生成热大致表示亲和力的大小)，还要求致密度系数a值大于1，但也不尽如此，如钙的Q值只有0.69，但在镁合金中添加一定量的钙，阻燃性能却提高很多。很早以前，人们就知道在镁合金中添加钙、铍等元素可以提高镁合金的阻燃性能。

（2）阻尼镁合金

纯镁的阻尼性能极好，但力学性能很低，目前有学者研究出ZMJD阻尼合金，该合金含有Mg、Zn、Zr、Nd、Mn等元素，用该合金制成的零件可用做防振降噪结构件。C/ZM

5

和Gr/MB

3

两种不同的纤维增强镁基复合材料，研究了他们的阻尼性能，发现两种镁基复

合材料具有相似的阻尼行为，他们的阻尼性能都显著地优于镁合金，并且C/ZM

5

的阻尼

性能也稍好于Gr/MB

3

，这为制备兼有优良机械性能和阻尼功能的新材料提供了可能。

(3)高纯镁合金

镁合金中的Fe、Ni、Cu等杂质显著降低其耐蚀性及力学性能，曾是限制镁合金获

得广泛应用的重要原因之一。这一问题目前己通过严格控制合金中的杂质元素含量，保持合金中一定的Fe/Mn比以抑制Fe的有害影响而得到了较圆满的解决，目前已开发出具有优良耐蚀性和良好力学性能的多种高纯度压铸镁合金，例如AZ91D、AS41XB、AM6OB 等。

阻碍镁合金广泛应用的另一原因是其蠕变性能和高温性能较差。在镁合金中加入Si 和Re可提高其蠕变性能和高温性能，例如，加Si的AS系镁合金和加Re的AE系镁合金都具有较高的高温蠕变性能和高温力学性能，但它们的铸造性能较差。具有优良的高温蠕变性能的ASZI合金之所以得不到广泛应用，就是因为其铸造性能很差。为此，研究者们一直在致力于开发兼有良好的蠕变性能、高温力学性能和压铸性能的镁合金。据报道，美国最近开发了一种含锶的Mg-Al-Si-Sr-Zn压铸镁合金，降低了合金的热裂倾向，还开发了一种含稀土的Mg-Al-Zn-Re-Si耐热压铸镁合金。

第二章实验部分

2.1概述

1916年美国DOW化学公司首次研究开发出压力铸造技术（简称压铸），具有高效率、自动化生产且适合大批量生产金属材料零部件等特点是一种去掉近无切削的特种铸造方法。该方法适合生产铝、镁、锌等有色合金的零部件，基本原理是液态或半液态金属在高压作用下，以较高的速率充填到模具中，并在压力作用下凝固而获得所需铸件。压铸经常被称为高压铸造。

压力铸造要求合金熔体具有良好的流动性、充型性。镁及其合金的熔点低，大多数合金流动性比较好；镁的比热容低，其铸件容易获得高的冷速；密度低，因而在适中的压铸压力下可以获得理想的致密度较高的铸件。因此，镁合金比较适合压铸成型。由于镁的流动性优于铝、锌，可以压铸薄壁件，原材料消耗比较少，大大降低成本，从而在汽车工业中大量采用镁合金铸件实现减重。目前，压铸技术在镁及其合金产品的生产中得到广泛的应用，成为镁合金铸件的主要生产方法。

2.2压铸镁合金体系

目前已有的压铸镁合金有AZ、AM、AE和AS系，其常规化学成分见表3-1，显然，适合压住的镁合金种类不是很多。由于铝能提高镁合金的铸造性能、强度和抗蚀性，从而是压住镁合金最主要的合金元素。

表2-1 压铸镁合金的常规化学成份

AZ91是最常见的压铸镁合金，其比热容和冷却速度与温度的关系如图3-1和图3-2所示。显然，AZ91合金具有低比热容和较高的冷却速度，从而铸造性能优良。此外，还具有高强度、耐腐蚀和低成本等特点。

图2-1 镁合金比热容与温度关系

图2-2 压铸镁合金固相分数与温度的关系

2.3压铸用的浇注系统

压铸的浇注系统应当满足下列要求：

（1）熔体平稳的进入铸型，不受压型和型芯的正面阻力。

（2）熔体流向应当保证能把空气从型腔中排除干净。

（3）避免局部过热现象

（4）便于从铸件上去除冒口

压铸镁合金最好是用扩大式浇注系统。主浇口入口处孔的截面积应当小于内浇口进入铸件处的总截面，两者面积之比为1~2.另外，浇注系统设计应使液体流动距离最短。浇口可以为不同的几何形状，从浇口浇入的金属液体应当平行或分叉以减少湍流。

2.4压铸设备

液态金属压铸机及专用熔炉是镁合金压铸最主要的设备。压铸机分冷室压铸机和热室压铸机两大类，二者在镁合金行业中应用非常广泛，一般根据零件的大小来选择设备。通常，质量低于1kg的铸件采用热室压铸机进行压铸成型，质量高于1kg的铸件采用冷室压铸机进行压铸成型。

一般来说，为铝合金设计的冷室压铸机也能用于镁合金。镁和铝两者的重要区别是密度和热容不同，镁的密度小，惯性小，在相同的压力下流速快，从而在同一模具中镁合金的充填时间短。对于流程长的镁合金薄壁工件，要求充填时间非常短。正因为如此。一些镁合金压铸机要求注射设备的最大柱塞速度超过10m/s，铸造静压力30~70Mpa。对于薄壁铸件，压力增强效果非常有限。设备主要有以下部分组成：铸锭预热装置、预热铸锭装炉系统、熔融金属保护系统、熔炼炉、熔融金属计量系统、可进行压射控制/监测的压铸机、模具温度控制器、模具喷射设备、自动化工件脱模装置、工件冷却舱、压力机、工件和碎屑运输装置。

2.5镁合金的熔炼

2.5.1熔炼设备

镁合金以重熔铸锭的形式提供，一般为4~12kg。投入熔炉前，通过电炉或燃气油炉来预热并干燥。熔炼炉通常有电阻丝加热、感应加热和燃油加热三种加热方式。燃气成本较低，普遍使用燃气炉。但燃气也会存在一些问题，如热点处剥落会导致坩埚损耗增加，燃烧过程中产生的水汽也会导致温度升高。

电阻炉操作系统简单，温度控制精确。在熔体内和靠近加热元件的位置放置热电偶以免过热。电阻炉由盛装熔融金属的坩埚和带有陶瓷电热层的外部钢罩组成，其中钢罩带有电阻丝悬架。陶瓷电热层可以使用不同种类的陶瓷材料。选材时要考虑热导率、热

熔和密度。高SiO

2含量的陶瓷会与熔融镁合金发生剧烈反应，特别是低密度高SiO

2

含量

的陶瓷与熔融镁合金直接接触时可能发生爆炸，所以不宜用在设备中。对于热室压铸机来说，要具备输入保护气体的通道以及熔炉上方的密闭性构造。对于冷室压铸机来说，熔炼炉主要有自动取料和移送到冷室压铸机的机构。

2.5.2冷、热室压铸机

（1）热室压铸机

热室压铸机的特点是压射单元与熔炉组合成为主机的一个部分，被压射的金属液可以较容易的在一个封闭管道内流动，从而避免金属液氧化、燃烧和成渣，降低热损失至最低程度。镁合金用热室压铸机的基本结构如图3-3所示：

图2-3 镁合金用热室压铸机示意图

压铸机工作过程如下：当压射活塞上升时，镁合金熔体通过入口进入到压室内，然后被往下往下运动的活塞沿着管道压到压铸模具内凝固成型。然后活塞回升，多余的熔体回流到压室内。打开模具就可以取出压铸工件。热室压铸机生产工序简单，生产效率高，容易实现自动化；金属消耗少，工艺稳定，压入型腔中压铸机构，可以延长熔体的流动距离，进而制备出面积更大的薄壁件。

在热室压铸过程中，压射冲头、冲头环、压室和鹅颈浇壶等零件始终浸泡在金属液中。镁合金压铸的工作温度比锌合金高473K以上，即使选用特种高合金钢制造热铸件，其使用寿命也比压铸锌合金的短得多，并且失效后更换工作量非常大。热室压铸机生产效率高（每小时可以压铸100次以上），金属液热损失少，是压铸小型镁合金薄壁件的主要选择。

（2）冷室压铸机

冷室压铸机的压室与保温坩埚炉是分离的。压铸时从保温坩埚中舀取金属液倒入压铸机压室进行压射。压室和冲头间歇式的与金属液接触，工作条件较好。根据压室与压射机构的相对位置，冷室压铸机可分为立式压铸机和卧式压铸机。

图2-4 立式压铸机工作过程原理

1-铸件 2-分流器 3-内浇道 4-浇口套 5-喷嘴 6-直浇道 7-压室

8-上压射冲头 9-余料 10-下压射冲头

图2-5 卧式压铸机工作过程

1-铸件 2-内浇道 3-横浇道 4-余料 5-压射冲头 6-浇口套 7-压室

由以上两种装置的工作原理可以看出，他们的压射机构显著不同。立式压铸机有切断预料和顶出机构。这就增加了机构的复杂性和装配、维修的难度。相对来说，卧式压铸机的压室比较简单。从工艺上来看，立式压铸机中熔体充型过程流程较长，能量损失大；卧式压铸机熔体充型的流程短，金属损耗少，能量损失小，有利于压力传递，设备操作工序比较简单。

2.6镁合金的压铸工艺

2.6.1压铸工艺装置

压铸工艺装置是指压铸型、切边模、气密试验工具、清理工具以及专门检验工具的统称，其中压铸型与压铸机同等重要。镁合金压铸型的整体结构、浇口系统、排溢系统、抽芯系统、顶出机构、成型零件、成型尺寸计算、加热和冷却通道、安装及其

的连接尺寸等的设计原则和构思与其他合金相同。

镁合金用模具材料与铝合金的类似，模具和型芯通常采用热作工具钢。机加工后，模具型腔部分硬化并部分退火至硬度HRC46~48。模具型腔和某些特殊部分需要采用H13钢制造，通常只占据模具质量的20%~25%，其余部分可采用低碳钢或中碳钢制造。

镁合金单位体积的比热容比铝合金小，铁在镁合金液中的溶解度很低，从而镁合金压铸模的寿命比铝合金的长得多，正常情况下为2倍以上。镁合金在模腔内的凝固速度比较快，故压铸过程不能太长，这便于克服凝固过程中产生的影响。通常，压铸镁合金时冲块的速度比压铸铝合金时的速度大30%以上，这有利于薄壁的成形。

2.6.2熔体制备

金属的抗氧化能力取决于表面膜阻碍反映物质通过的能力，也就是说取决于表面膜的致密系数ΔG。致密系数ΔG的大小，取决于氧化物的体积与金属体积的比值。对铝合金而言，其比值为1.28时存在致密的保护层，因此对熔体处理则不存在问题。但对镁合金，其比值约为0.8，因此镁熔体暴露在大气中则会迅速氧化生产MgO，成为多孔性的疏松组织，并在金属液面上产生张应力，使其下部进一步氧化而燃烧。特别是当温度高于500K时，氧化速率加快。当温度超过熔点时，氧化速率急剧增加，遇见氧发生激烈的氧化而燃烧，放出大量的热量。由于氧化反应产生的MgO是一层疏松的粉末，不能阻止氧气向金属内部扩散，燃烧界面将以相当快的速度从表面向内部延伸。此外，由于美的燃烧是强烈的放反应，加之氧化镁的导热性极差，反应产生的热量不能很快的从反应界面排走，使未燃烧的镁迅速熔化并产生相当多的蒸汽，镁蒸汽的燃烧更加剧烈，温度可达到2850摄氏度，远高于镁的沸点1107摄氏度，引起镁熔体大量的气化，最终发生爆炸。

图2-6 镁合金氧化示意图

正是由于镁合金熔化时的这种特性，因此镁合金熔炼工艺的关键就是阻燃。经过长期的实践经验积累，目前在镁熔体表面的防护可采取的措施是多方面的，主要围绕在以下几个方面：（1）以盐类溶剂覆盖于熔体上

（2）以抑制性元素添加在熔体上作为覆盖层

（3）在反应气氛下处理熔体，在其上形成薄的保护层

（4）在惰性气体气氛下处理熔体

2.6.3压铸工艺

压铸过程对镁合金件的质量和模具寿命有较大的影响，因此需要合理的控制压铸过程。

表2-2 镁合金热室压铸和冷室压铸的工艺比较

（1）模具润滑通常用压铸镁合金用模具润滑剂与压铸铝合金类似。模具润滑剂

可以降低粘滞倾向，多数情况下采用水基润滑剂。铁在镁合金的溶解度非常小，因而压铸镁合金模具粘滞程度比铝合金低，所以喷涂次数可以减少。镁的比热容只有铝的2/3，几乎不需要使用模具润滑剂来作为冷却介质。压铸镁合金时，应尽可能的缩短使用模具润滑剂的时间，一般为铝的50%，并且采取措施避免熔体被炭化润滑剂污染。镁合金通常使用高浓度润滑剂来降低模具的含水量。镁合金润滑剂与铝合金相同，效果很好，若使用自动系统，可以很好的实现模具润滑。

（2）充填时间充填时间与镁合金的熔体流动特性及温度、模具温度、铸件的结构形状及壁厚等工艺参数有关，可以通过压射比压、压射速度和内浇口尺寸来调整。一般为0.01~0.2s。为了减少铸造缺陷，充填时间是设计压铸浇口系统和确定铸造温度的一个重要参数。

图2-7 壁厚和充填时间的关系示意图

式中，t为充填时间s；Tm为金属温度；Tf为最低流动温度；S为进料时的最大固相量；Td为模具温度；T为平均壁厚mm。

（3）内浇口速度镁合金压铸时的内浇口速度随铸件结构类型而异，通常为

30~80m/s。薄壁件的浇口速度可达到100 m/s，铸件壁厚大于4~5mm时浇口速度可以低于30 m/s。由于镁合金熔体的充型速度大，熔体喷射时产生的搅动作用将带走模具表面的氧化涂层、润滑剂和脱模剂等，但有利于提高镁合金铸件的组织均匀性。

（4）压射压力热室压铸时合金熔体充型压力一般为20~30MPa，冷室压铸的充型压铸压力要大一些，一般为40~80MPa。

图2-8 镁合金压射曲线图

（5）保压时间压铸时合金熔体的凝固过程要持续一段时间，为了会的高质量的镁合金压铸件，必须对压铸件保压一段时间，其长短与镁合金特性及铸件壁厚有关。厚壁铸件所需的保压时间较长，反之，保压时间稍短一些。

（6）修整压铸件出模以后，先要进行修整处理，除去多余的金属，如小块金属、熔渣、漏道结块、溢出物、排气孔和飞边等。修整可以与其他操作如钻孔相结合，修整模的复杂性取决于产品结构及精度要求。此外，修整模的精度决定了成品的质量与尺寸。

（7）热处理固溶处理是提高热处理合金塑性的一种常见方法。镁合金压铸件通常不进行固溶处理，但有时也可以进行低温化稳定化处理。

（8）机加工一些镁合金压铸件是近净形成形的，修整后不需要进一步加工，有些需要进行机械抛光如振动或喷丸处理等来改善表面状态。

（9）表面处理镁合金抗蚀性较差，其压铸件一般需要进行化学防锈处理和表面喷涂。一般的防蚀处理方法是采用钝化剂（铬酸盐、磷酸盐）进行钝化和表面阳极氧化处理，生成的钝化层不仅可以提高镁合金的抗腐蚀性能，还可以增加基底和喷涂层的附着力。

为了提高压铸件的表面质量，一般都要进行喷=喷涂和喷丸处理。常见的镁合金涂料有环氧树脂、乙烯树脂和聚氨酯等。

2.6.4熔体熔炼的阻燃保护

2.6.4.1溶剂保护

当镁合金在大气中熔炼时，为了防止镁合金液表面的氧化燃烧，常使用溶剂保护，

溶剂保护最基本的立足点是以低于400℃的熔融盐覆盖在镁熔体表面，切断镁液与空气的接触。目前国内使用的最为广泛的是RJ-2熔剂。其主要成分是氯盐和氟盐。见下表3-3.

表2-3 RJ 系列熔剂的化学成分

对于RJ-2熔剂，其主要组成物在熔剂中的作用分别为：MgCl 2是镁合金熔剂中的主

要成分，对MgO 、Mg 3N 2等夹杂物具有良好的吸附作用，与MgO 结合组成复杂的化合物，

形成致密的、牢固的MgCl 2. MgO ，有效的去除氧化夹杂；KCl 能降低熔剂的表面张力和

黏度，改善熔剂的铺开性能，使熔剂均匀的覆盖在镁合金液体表面；NaCl 与MgCl 2、KCl 组成三元系，降低熔剂的熔点。

尽管使用熔剂保护能有效的去除夹杂，但同时也会带来一些问题：

（1）氯盐和氟盐在高温下容易挥发产生某些有毒有害气体。

（2）所用熔剂密度一般较大，大于镁合金的密度，因此在熔炼过程中熔剂会沉淀，需要不断的添加熔剂，而且部分熔剂作为熔渣残留在合金液中形成夹杂物，降低合金的力学性能

（3）熔剂挥发的气体如HCl 有可能渗入合金液中，成为产品在使用过程中的腐蚀源，加速材料的腐蚀，降低使用寿命

2.6.4.2气体保护

SF 6对镁合金熔液的保护作用原理同一般惰性气体保护不同，一般的惰性气体防氧化

保护使金属液表面的气氛不含氧化组分，SF 6的作用是使镁合金液生成很薄很致密的一

层保护膜，其反应方程式为：

2Mg(液)+O 2→2Mg02

2Mg （液）+O 2+SF 6→2MgF2(固)+SO 2+F 2