高性能材料-镁合金

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1、高性能材料-镁合金高性能材料-镁合金 镁合金简介镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，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。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。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,高强度、高刚性。 镁合金的特点其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：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

2、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。 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。 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。 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

3、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。 镁合金应用在航天的应用：镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200300兆帕(2030公斤/毫米2)，主要用于制造低承力的零件。 镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂

4、漆。德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管，又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机、尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。 在汽车上的应用：(1)壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。 (2)支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。 根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重

5、,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100 kg,每百公里油耗可减少0.7 L左右,每节约1 L燃料可减少CO2排放2.5 g，年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大，汽车的轻量化成必然趋势。 镁合金在其他方面的应用：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。 虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。 在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。 电磁波屏蔽性:镁

6、合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。 在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金，可减小振动达到低骚音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化，在方向盘和坐椅上使用镁合金。 机械加工性能:镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。 耐凹陷性好:镁合金与其他金属相比抗变形力大，由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。 对振动冲击的吸收性:由于镁合金对振动能量的吸收性能好，使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外，冲击能量吸收性能好，比铝合金具有更好的延伸率的镁合金，受到冲击

7、后，能吸收冲击能量而不会产生断裂。 再生:镁合金与塑料不同，它可以简单地再生使用且不降低其机械性能，而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比，熔点低，比热小，在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。 在数码单反相机上的应用镁合金由于密度低、强度较高，具有一定的防腐性能，常用来做单反相机的骨架。一般中高端及专业数码单反相机都采取镁合金做骨架，使其坚固耐用，手感好。如佳能的1D系列、5D系列、7D及10D-50D，尼康的D3系列、D700、Dx00系列及最新的D7000，宾得的K-7及K-5等都是镁合金机身。 采用了镁合金机身的数码单反相机不仅是准专业级专业的象征

8、，也具有高昂的价格。 按成型方法分为变形镁合金和铸造镁合金两类。 镁合金专利技术集、电弧炉一步法冶炼稀土硅铁镁合金的工艺方法 、铝、镁合金的固溶或均匀化热处理方法 、镁合金的表面处理方法 、镁合金加工专用模具组 、镁合金在喷灌设备上的应用 、镁合金在制做合金门窗及其型材方面的应用 、耐热阻燃压铸镁合金及其熔炼铸造工艺 、镁合金锻造成型新工艺 、镁合金的熔炼方法 、含有铝的镁合金用化成处理液、高耐蚀性表面处理镁合金制品及其制造方法 、高耐腐蚀性表面处理镁合金制品及其制造方法 、铝镁合金电缆桥架型材 、铝镁合金电缆桥架 、披覆有色彩薄膜的镁合金产品 、铝镁合金电缆桥架型材 、笔记本电脑铝镁合金外壳

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10、形品及其制造方法目前，全国六大镁合金基地建设已经初具规模，形成了重庆镁合金汽车、摩托车制造，青岛信息和通信产品开发，上海汽车工业应用，深圳镁合金压铸设备，辽宁氧化镁及镁矿开发，宁夏盐湖镁资源开发布局。 镁合金的缺陷然而，近年来镁合金的应用广泛性仍远不如铝合金，究其原因主要是目前的镁合金还存在着显著的缺点：绝对强度仍然偏低，尤其是高温 学性能较差，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降；室温塑性低、变形加工能力较差；化学活性高、易于氧化燃烧、使其熔炼加工困难；抗腐蚀性差，缺乏有效和积极的腐蚀防护途径。因此，发展高性能镁合金及其成形加工技术等是最近若干年镁合金研究的重要课题。镁合金的防腐

11、蚀方法化学转化处理：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

12、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

13、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。 金属涂层法：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、相等)具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀； （4）镀

14、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，可能成为镀层孔隙的来源。 因此，一般采用化学转化膜法先浸锌或锰等，再镀铜，然后再进行其它电镀或化学镀处理，以增加镀层的结合力。镁合金电镀层有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂层，化学镀层主要是Ni-P、Ni-W-P等镀层。 单一化学镀镍层有时不足以很好地保护镁合金。有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合，约35m厚的镀层经钝化后可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀。也有人采用化学镀镍作为底

15、层，再用直流电镀镍能得到微晶镍镀层，平均结晶颗粒大小为40nm，因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低，结构更致密。 电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法。缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重；镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本。由于镁基体的特性，对结合力还需要改善。 激光处理技术：激光处理主要有激光表面热处理和激光表面合金化两种。 激光表面热处理又称为激光退火，实际上是一种表面快速凝固处理方式。而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。激光表面合金化能获得不同硬度的合金层，具有冶金结合的界面。利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和