1.鎂合金的發(fā)展鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,但與鋁合金相比,鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分,鎂合金的應(yīng)用也還很有限。
目前,鎂合金的產(chǎn)量只有鋁合金的1%。鎂合金作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的最大用途是鑄件,其中90%以上是壓鑄件。限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問題是:由于鎂元素極為活潑,鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒,
因此,鎂合金的生產(chǎn)難度很大;鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善,特別是鎂合金成形技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展;鎂合金的耐蝕性較差;現(xiàn)有工業(yè)鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低,限制了鎂合金在高溫(150~350℃)場合的應(yīng)用;鎂合金的常溫力學(xué)性能,特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高;鎂合金的合金系列相對(duì)很少,變形鎂合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后,不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求。
鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有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。我國具有豐富的鎂資源,原鎂產(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位。
在鎂和鎂合金的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,我國與歐美等發(fā)達(dá)國家之間的差距還相當(dāng)大'一方面,我國的原鎂質(zhì)量差,鎂合金錠的質(zhì)量也不盡如人意,出口缺乏競爭力,作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的鎂在國內(nèi)的消耗量又很少,只能作為初級(jí)原料低價(jià)出口,屬典型的資源出口型工業(yè),目前,國內(nèi)的鎂冶金企業(yè)大都處于虧損或面臨倒閉;另一方面,我國對(duì)鎂合金的研究和應(yīng)用更顯薄弱。因此,如何利用我國的鎂資源優(yōu)勢,將鎂的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)我國鎂衍業(yè)的國際競爭力,是擺在我們面前的迫切任務(wù)。
2.鎂合金的新進(jìn)展(1)耐熱鎂合金。耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一,當(dāng)溫度升高時(shí),它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關(guān)鍵零件(如發(fā)動(dòng)機(jī)零件)材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。己開發(fā)的耐熱鎂合金中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si)。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素。含稀土的鎂合金QE22和WE54 具有與鋁合金相當(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度,但是稀土合金的高成本是其被廣泛應(yīng)用的一大阻礙。Mg-Al-Si(AS)系合金是德國大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄鎂合金。175℃時(shí),AS41合金的蠕變強(qiáng)度明顯高于AZ91和AM60合金。
但是, AS系鎂合金由于在凝固過程中會(huì)形成粗大的漢字狀Mg2Si相,損害了鑄造性能和機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn),微量Ca的添加能夠改善漢字狀Mg2si相的形態(tài),細(xì)化Mg2si顆粒,握高AS系列鎂合金的組織和性能。從20世紀(jì)80年代以來,國外致力于利用C·來提高鎂合金的高溫抗拉強(qiáng)度和蠕變性能。最近美國開發(fā)的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al- 0.6Ca),以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等鎂合金,其抗拉強(qiáng)度和蠕變性能都較好。2001年,日本東北大學(xué)井上明久等采用快速凝固法制成的具有100~200nm晶粒尺寸的高強(qiáng)鎂合金Mg-2at% Y-1at% Zn,其強(qiáng)度為超級(jí)鋁合金的3倍,還具有超塑性、高耐熱性和高耐蝕性。
(2)耐蝕鎂合金。鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個(gè)方面來解決:①嚴(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量。例如,高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗(yàn)中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍,超過了壓鑄鋁合金A380,比低碳鋼還好得多。②對(duì)鎂合金進(jìn)行表面處理。根據(jù)不同的耐蝕性要求,可選擇化學(xué)表面處理、陽極氧化處理、有機(jī)物涂覆、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法處理。例如,經(jīng)化學(xué)鍍的鎂合金,其耐蝕性超過了不銹鋼。
(3)阻燃鎂合金。鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃烷。實(shí)踐證明,熔劑保護(hù)法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法,但它們?cè)趹?yīng)用中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染,并使得合金性能降低,設(shè)備投資增大。 純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力,但是由于添加大量鈣會(huì)嚴(yán)重惡化鎂合金的機(jī)械性能,使這一方法無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。鉸可以阻止鎂合金進(jìn)一步氧化,但是鉸含量過高時(shí),會(huì)引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。