鎂合金的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用

1、鎂合金的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用鎂合金是以鎂為原料的高性能輕型結(jié)構(gòu)材料，比重與塑料相近， 剛度、強(qiáng)度不亞于鋁，具有較強(qiáng)的抗震、防電磁、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu) 異性能，并且可以全回收無污染。鎂合金質(zhì)量輕，其密度只有1.7 kg/m3，是鋁的2/3，鋼的1/4，強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近 鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷，具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定 性，容易加工，廢品率低，具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合 金和鑄鐵，非常適合用于汽車的生產(chǎn)中，同時(shí)在航空航天、便攜電 腦、手機(jī)、電器、運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間。、鎂合金的優(yōu)點(diǎn)1、鎂合金密度小但強(qiáng)度高、剛性好。在現(xiàn)有工程用金屬中，鎂 的密度最小，是鋼的1/5，鋅

2、的1/4，鋁的2/3。普通鑄造鎂合金和 鑄造鋁合金的剛度相同，因而其比強(qiáng)度明顯高于鋁合金。鎂合金的 剛度隨厚度的增加而成立方比增加，故而鎂合金制造剛性好的性能 對(duì)整體構(gòu)件的設(shè)計(jì)十分有利。2、鎂合金的韌性好、減震性強(qiáng)。鎂合金在受外力作用時(shí)，易產(chǎn) 生較大的變形。但當(dāng)受沖擊載荷時(shí)，吸收的能量是鋁的1.5倍，因此, 很適合應(yīng)于受沖擊的零件 一車輪；鎂合金有很高的阻尼容量，是避 免由于振動(dòng)、噪音而引起工人疲勞等場(chǎng)合的理想材料。3、 鎂合金的熱容量低、凝固速度快、壓鑄性能好。鎂合金是良 好的壓鑄材料，它具有很好的流動(dòng)性和快速凝固率，能生產(chǎn)表面精 細(xì)、棱角清晰的零件，并能防止過量收縮以保證尺寸公差。由于鎂

3、合金熱容量低，與生產(chǎn)同樣的鋁合金鑄件相比，其生產(chǎn)效率高 40% 50% ,且鑄件尺寸穩(wěn)定，精度高，表面光潔度好。4、鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性。鎂合金是所有常用金屬中較 容易加工的材料。加工時(shí)可采用較高的切削速度和廉價(jià)的切削刀具 工具消耗低。而且不需要磨削和拋光，用切削液就可以得到十分光 潔的表面。5、資源豐富。中國是鎂資源大國，菱鎂礦、白云石礦和鹽湖鎂 資源等優(yōu)質(zhì)煉鎂原料在中國的儲(chǔ)量十分豐富，為中國的原鎂工業(yè)及下游”產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和不斷進(jìn)步提供了物質(zhì)保證。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著改革開放和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入發(fā)展，中國鎂工業(yè) 也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2000年全國鎂產(chǎn)量約為200 kt ,

4、幾乎占世 界鎂產(chǎn)量的40%,位居全球第一。2005年，原鎂產(chǎn)量達(dá)到354 kt, 原鎂產(chǎn)能接近600 kt ,比2004年凈增100kt,同比增長32.1%,占 全球鎂產(chǎn)量的2/3 ,成為中國繼鋁、銅、鉛、鋅之后的第五大有色金 屬。二、鎂合金的缺點(diǎn)1、易燃性。鎂元素與氧元素具有極大的親和力，其在高溫下甚 至還處于固態(tài)的情況下，就很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，放出 大量熱，且生成的氧化鎂導(dǎo)熱性能不好，熱量不能及時(shí)發(fā)散，繼而 促進(jìn)了氧化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，形成了惡性循環(huán)，而且氧化鎂疏松 多孔，不能有效阻隔空氣中氧的侵入。2、 室溫塑性差。鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其在室溫下只有1 個(gè)滑移面和3個(gè)滑移系

5、，因此它的塑性變形主要依賴于滑移與孿生 的協(xié)調(diào)動(dòng)作，但鎂晶體中的滑移僅發(fā)生在滑移面與拉力方向相傾斜 的某些晶體內(nèi)，因而滑移的過程將會(huì)受到極大地限制，而且在這種 取向下孿生很難發(fā)生，所以晶體很快就會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂。在溫度超 過250 C時(shí)，鎂晶體中的附加滑移面開始起作用，塑性變形能力變 強(qiáng)。3、耐蝕性差。鎂具有很高的化學(xué)活潑性，其平衡電位很低，與 不同類金屬接觸時(shí)易發(fā)生電偶腐蝕，并充當(dāng)陽極作用。在室溫下， 鎂表面與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，形成氧化鎂薄膜，但由于氧化鎂薄 膜比較疏松，其致密系數(shù)僅為0.79,即鎂氧化后生成氧化鎂的體積 縮小，因此耐蝕性很差。三、鎂合金應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀全球鎂合金的需求年均增長

6、達(dá)到10%左右，西方鎂合金的市場(chǎng) 需求增長率達(dá)到了 15%以上，未來鎂合金的市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)快速增 長的趨勢(shì)。鎂合金主要應(yīng)用于汽車、3C、航空航天領(lǐng)域，其中應(yīng)用 于汽車產(chǎn)業(yè)（70%）、3C行業(yè)（20%）、軍事和航空航天（10% ）。1、國外鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀國外對(duì)于鎂及其合金的研究開發(fā)較早，到目前鎂及其合金材料 的開發(fā)應(yīng)用已進(jìn)入相對(duì)比較成熟的階段。其中北美是目前鎂及其合 金材料用量最多的地區(qū)，而歐洲鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度也增長 迅速。但比較來看，國外不同國家和地區(qū)對(duì)于鎂及其合金材料的開 發(fā)應(yīng)用仍然存在較大的差異，其中表現(xiàn)突出的仍然集中在德國、俄 羅斯、美國、加拿大、日本等對(duì)鎂合金研究開發(fā)較早的

7、國家。具體 應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面：鎂合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用鎂合金在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)有許多年的歷史 ，從20世紀(jì)20年 代開始，鎂制零件就開始在賽車上應(yīng)用。到了 20世紀(jì)90年代，鎂 合金發(fā)展迅速，各國相繼出臺(tái)了鎂研究計(jì)劃，開展了大型的 產(chǎn)、學(xué)、 研”聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目和計(jì)劃。德國政府制訂了一個(gè)投資2500萬德國馬 克的鎂合金研究開發(fā)計(jì)劃，主要研究壓鑄合金工藝，快速原型化與 工具制造技術(shù)和半固態(tài)成型工藝，以提高德國在鎂合金應(yīng)用方面的 能力；1993年歐洲汽車制造商提出3 L汽油轎車”的新概念，美國 也提出了 PNGV”新一代交通工具）的合作計(jì)劃，其目標(biāo)是生產(chǎn)出 消費(fèi)者可承受的每百公里耗油 3 L

8、的轎車，且整車至少80%以上的 部件可以回收，這些要求迫使汽車制造商采用更多高新技術(shù)，生產(chǎn) 重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車，因此除汽車輪轂外， 鎂合金還被廣泛應(yīng)用于增壓器轉(zhuǎn)子、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)箱體、風(fēng)扇、發(fā)動(dòng) 機(jī)零件、整體座椅系統(tǒng)、儀表板整體框架、方向盤、草坪機(jī)底盤等 其他零部件。國際國內(nèi)對(duì)于鎂合金在汽車上的應(yīng)用的研究不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用的量也相應(yīng)增加。目前全球汽車平均每輛用鎂合 金45 kg，根據(jù)西方汽車工業(yè)界的展望，在未來二十年里，平均每 輛汽車上的鎂合金用量將達(dá)到100120 kg，將比目前增長50倍以 上，屆時(shí)僅用于汽車的鎂合金將超過 500萬t，約為目前全球鎂年 生產(chǎn)

9、量（80萬t）的6倍。相較于鋁合金、在成熟產(chǎn)品上鎂合金將具 備更高的性價(jià)比：如果按原鎂16000元/t和電解鋁13000元/t的 行業(yè)平均成本分析，由于鎂合金比重較小（鎂比重為1.7kg/m3， 鋁比重為2.7 kg/m3），相同體積的鎂合金成本較鋁合金低 30%鋁合金83%鋼鐵63.8%圖1汽車中各種原材料使用比例橡膠和玻璃其他1"%錢合皿7.4%塑料7.6%鎂合金在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用在3C產(chǎn)品領(lǐng)域，以筆記本電腦、手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)為代表的3C 產(chǎn)品朝著輕、薄、短、小方向發(fā)展的推動(dòng)下，鎂合金的應(yīng)用得到了 持續(xù)增長。鎂合金與傳統(tǒng)3C產(chǎn)品使用的外殼材料相比具有輕量化、 剛性高、減震性好、無磁

10、、散熱、可回收等優(yōu)點(diǎn)；特別是應(yīng)用于3C 產(chǎn)品外殼上其外觀及觸摸質(zhì)感極佳，已成為設(shè)計(jì)和消費(fèi)的流行趨 勢(shì)。與塑料相比鎂合金具有良好的導(dǎo)熱性、剛性，特別是極其易于 回收。一旦鎂合金的應(yīng)用進(jìn)入良性循環(huán)之后，其廢料不僅不會(huì)危害 環(huán)境，其優(yōu)良的再生性也會(huì)致使鎂資源得到充分利用，也使鎂合金使用成本更進(jìn)一步的降低。不僅如此，鎂合金還具有非常好的壓鑄 工藝性能，采用壓鑄的方法制造的鎂合金3C類產(chǎn)品外殼，厚度最 薄可達(dá)0.4 mm，并且強(qiáng)度和剛度都極為優(yōu)異。以耐沖撞性為例，其 耐撞強(qiáng)度及吸振性均遠(yuǎn)較塑料佳，尤其是相同抗力下厚度僅塑料的 1/3，且具良好的散熱性及防電磁波干擾的性能。以上特性使鎂合金在3C產(chǎn)業(yè)（計(jì)算

11、機(jī)、通訊、消費(fèi)電子）及 電動(dòng)工具，運(yùn)動(dòng)器材等方面的應(yīng)用，已成為一個(gè)新的市場(chǎng)熱點(diǎn)，如 筆記本計(jì)算機(jī)、掌上計(jì)算機(jī)外殼、照相機(jī)外殼、攝相機(jī)外殼、投影 錄像機(jī)外殼、電視機(jī)、音響外殼等，而且其應(yīng)用領(lǐng)域還在迅速擴(kuò) 大。鎂合金在國防領(lǐng)域及其他領(lǐng)域的應(yīng)用鎂合金由于質(zhì)量輕而被廣泛地應(yīng)用于國防和航空航天產(chǎn)品，其應(yīng)用包括飛行器機(jī)身及其發(fā)動(dòng)機(jī)、起落輪、火箭、導(dǎo)彈及其發(fā)射架、 衛(wèi)星探測(cè)器、旋轉(zhuǎn)羅盤、電磁套罩、雷達(dá)和電子裝置以及地面控制 裝置等。如MD600直升機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)使用鎂合金后，水平旋翼 系統(tǒng)的功能得到有效提高。太空飛船和衛(wèi)星部件使用鎂合金后能適 應(yīng)太空運(yùn)行的特殊環(huán)境，諸如由空氣動(dòng)力學(xué)加熱引起的溫度極限、 臭氧

12、侵蝕、短波電磁輻射和高能粒子（電子、質(zhì)子和小隕石）的沖擊鎂合金在航空、航天較早得到應(yīng)用，在兵器上也得到一定應(yīng)用， 最早應(yīng)用于軍事工業(yè)領(lǐng)域是在1916年，被用于制造77mm炮彈引線。 國外一些發(fā)達(dá)國家由于資源原因，對(duì)鎂合金在兵器上的應(yīng)用還持謹(jǐn)慎 態(tài)度。2、國內(nèi)鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀我國的鎂儲(chǔ)量世界第一，我國已探明的白云石礦資源總量為 40 億t，青海柴達(dá)木盆地的33個(gè)鹽湖鎂鹽儲(chǔ)量為47.5億t，而且儲(chǔ)存 形式為非常有利于開采的高純度氯化鎂。我國的菱鎂礦資源總量 31.45億t，符合煉鎂要求的一、二級(jí)礦占78%，已探明儲(chǔ)量可開采 年限至少有1000年之久。而大海則是最大的鎂礦”，海水中含鎂約 2100

13、億t，其中每千克海水中約含3.8 g氯化鎂，可以預(yù)見的將來 中國絕不會(huì)缺鎂資源。而與鎂不同的是中國的鋁土礦資源非常貧乏，中國國內(nèi)鋁土礦資源僅能供應(yīng)中國生產(chǎn)10年，目前60%的鋁土礦資源依賴進(jìn)口，發(fā)展鎂合金產(chǎn)業(yè)符合中國的資源戰(zhàn)略。我國對(duì)鎂合金的開發(fā)利用也非常重視，科技部、國家自然科學(xué) 基金委員會(huì)等部門針對(duì)鎂合金開發(fā)相繼出臺(tái)了各種研究計(jì)劃，加深、加快對(duì)鎂合金材料的應(yīng)用與開發(fā)研究。2000年3月，科技部啟動(dòng) 了鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”的前期戰(zhàn)略研究，全國共有4個(gè)研究 所、7所高校、20多家企業(yè)直接參與了 鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化” 項(xiàng)目的實(shí)施。該項(xiàng)目開發(fā)的新型水氯鎂石脫水制備無水氯化鎂的工 程技術(shù)在國

14、際上處于較高水平；開發(fā)的皮江法煉鎂工藝技術(shù)不斷提 高，有效節(jié)約了資源，提高了生產(chǎn)效率，減少了污染；開發(fā)的高品質(zhì)鎂合金短流程工藝，降低了成本；開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的10 款鎂合金冷、熱室壓鑄機(jī)及配套設(shè)備，國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到50%， 基本滿足了國內(nèi)鎂合金壓鑄生產(chǎn)需求。目前該項(xiàng)目已取得一些階段 性成果：解決了材料研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制造、壓鑄成型到表面 防腐等系列關(guān)鍵工程技術(shù)。成功開發(fā)應(yīng)用了 25種鎂合金摩托車零 件和52種鎂合金汽車零件，分別裝車90萬輛和54.65萬輛，微型 汽車單車最高用鎂零件9 kg，轎車最高用鎂零件8.17 kg ；同時(shí)開 發(fā)了 14類鎂合金3C產(chǎn)品零件和8種列車制動(dòng)器零件，為進(jìn)一步 擴(kuò)大應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。同時(shí)建立了從鎂合金前沿高科技研發(fā)到 產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)的研發(fā)體系，突破了一批前沿核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化關(guān) 鍵技術(shù)，培育組建了十幾家有關(guān)鎂合金及制品的股份制公司，建立了一批鎂合金產(chǎn)業(yè)化基地，啟動(dòng)了鎂合金標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，并已 完成一批標(biāo)準(zhǔn)的制定。鎂合金材料作為21世紀(jì)新型綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料，將在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕 量化技術(shù)領(lǐng)域起到越來越重要的作用，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家已將鎂合金 材料作為重要的戰(zhàn)略物資進(jìn)行研究開發(fā)，對(duì)其相關(guān)材料和制造技術(shù)的 研究實(shí)行嚴(yán)格保密。而我國是鎂資源最豐富的國家，可利用的鎂資源 占世界貯量的70%,是世界上原鎂生產(chǎn)和出口量