鎂合金及其應(yīng)用

1、 鎂的英文名稱(chēng)為Magnesium，它的命名取自希臘文，原意是“美格尼西亞”，因?yàn)樵谙ＥD的美格尼西亞城附近當(dāng)時(shí)盛產(chǎn)一種名叫苦土的鎂礦（就是氧化鎂），古羅馬人把這種礦物稱(chēng)為“美格尼西阿爾巴（magnesia alba）”，“alba”的意思是“白色的”，即“白色的美格尼西亞”。我國(guó)則根據(jù)這個(gè)詞的第一音節(jié)音譯成鎂。鎂的元素符號(hào)為Mg。引言：鎂的發(fā)現(xiàn)和命名目錄1 鎂資源及原鎂生產(chǎn)2 鎂合金的成分、組織和性能3 鎂合金強(qiáng)化處理4 鎂合金鑄造5 鎂合金的塑性成形6 鎂合金的連接7 鎂合金的腐蝕及表面防護(hù)處理8 廢鎂的回收及鎂合金的安全生產(chǎn)9 鎂合金的應(yīng)用1 鎂資源及原鎂生產(chǎn)1.1 概述 自19世紀(jì)末，由

2、于人類(lèi)文明的快速進(jìn)步，金屬材料的消耗與日俱增，某些金屬礦產(chǎn)逐漸枯竭。而鎂是地球上儲(chǔ)量最豐富的元素之一，廣泛存在于白云石、鹽湖和海洋之中，可謂取之不盡，用之不竭。1.2 鎂資源 鎂在地殼中的儲(chǔ)量極其豐富，儲(chǔ)量為2.77%，在地殼表層儲(chǔ)量居第6位。最主要的鎂資源是海水。圖1-1表1-1世界菱鎂礦儲(chǔ)量和分布菱鎂礦（MgCO3）是最具工業(yè)價(jià)值的鎂礦石之一。 表1-2中國(guó)的鎂資源 我國(guó)是世界上鎂資源最豐富的國(guó)家，儲(chǔ)量居世界首位，已探明的菱鎂礦石保有儲(chǔ)量30.09億噸，約占世界探明儲(chǔ)量的1/4。表1-3 白云石（MgCO3CaCO3）也是具工業(yè)價(jià)值的鎂礦石之一，其資源遍及全國(guó)各省市，已探明儲(chǔ)量在40億噸以

3、上。表1-41.3 鎂的性質(zhì)元素特征元素符號(hào)：Mg原子序數(shù)：12自由原子中各軌道電子狀態(tài)：1s22s22p63s2相對(duì)原子質(zhì)量：24.3050原子體積：14.0cm3/mol品質(zhì)特征密度：1.738g/cm3(20), 1.65g/cm3(650), 1.58g/cm3(液態(tài))凝固體積變化：體積收縮為4.2%冷卻體積變化：從650冷卻到 20體積收縮約為5%晶體結(jié)構(gòu) 在大氣壓下，純鎂的晶體結(jié)構(gòu)是密排六方。圖1-2 金屬鎂具有接近完美的密排結(jié)構(gòu)，室溫下所測(cè)c/a=1.6236與理想密排六方結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)值c/a=1.633非常接近。 純鎂的晶格常數(shù)隨溫度變化表1-5圖1-3熱性能熔點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

4、下，6501。沸點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1090。熱膨脹：純鎂在較低溫度下的熱膨脹系數(shù)見(jiàn)下表表1-7熱導(dǎo)率：在低、中溫區(qū)，熱導(dǎo)率在1495700W/(mk)之間。燃點(diǎn)：在空氣中加熱，金屬鎂在632 635開(kāi)始燃燒。力學(xué)性能拉伸性能和硬度：彈性模量(E)：金屬鎂在20下的彈性模量與純度有關(guān)。 純度99.98%99.80%靜態(tài)彈性模量40GPa43GPa動(dòng)態(tài)彈性模量44GPa45GPa泊松比：0.35蠕變斷裂值：蠕變行為及溫度對(duì)蠕變行為的影響見(jiàn)下圖。圖1-101.4 原鎂生產(chǎn)方法 鎂冶金的發(fā)展過(guò)程大體經(jīng)歷了金屬還原鎂的化合物，熔鹽電解和熱還原三個(gè)階段。 鎂冶金的現(xiàn)代方法主要分為兩種：一是電解法；二是硅熱

5、法。 電解法煉鎂可分為電解熔融氯化鎂和電解溶于熔鹽中的氧化鎂。電解法又依氯化鎂的制得方法不同分為四種：道烏法（DOW）、阿碼克斯法（Amax）、諾斯克法（Norsk Hydro）和氧化鎂氯化法。 硅熱還原法分為皮江法（Pidgeon）、波皮扎諾法（Bolzano）和瑪格尼特法（Magnetherm）三種。各種煉鎂方法的比較表1-142 鎂合金的成分、組織和性能2.1 概述 工業(yè)用鎂的純度可達(dá)99.9%，但是純鎂不能用做結(jié)構(gòu)材料。在純鎂中加入Al、Zn、Li、Mn、Zr和稀土等元素形成的鎂合金具有較高的強(qiáng)度，可以作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用。 鎂的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)高峰期，第一個(gè)在20世紀(jì)20年代至30年代

6、晚期，第二個(gè)在20世紀(jì)50年代，第三個(gè)從20世紀(jì)90年代至今。2.2 鎂合金成分對(duì)性能的影響鎂合金化的特點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)因素：根據(jù)Hume-Rothery Rules，鎘（Cd）在高溫（253）下，能與鎂形成無(wú)限固溶體。原子尺寸因素：溶質(zhì)和溶劑原子大小的相對(duì)差值在15%以內(nèi)才能形成無(wú)限固溶體。圖2-1電負(fù)性：Darken-Gurry理論認(rèn)為，電負(fù)性差值大于0.4的元素不易形成固溶體。鎂形成Laves（AB2）型結(jié)構(gòu)化合物，其穩(wěn)定性可用熔點(diǎn)來(lái)表示。如下圖所示，Mg-Al合金耐高溫性能較差，而Mg-Si耐高溫性能較好。表2-1原子價(jià)因素：溶質(zhì)和溶劑的原子價(jià)相差越大，則溶解度越小。與低價(jià)元素相比，較高價(jià)元

7、素在鎂中溶解度較大。鎂合金成分和牌號(hào) 采用美國(guó)實(shí)驗(yàn)材料協(xié)會(huì)（ASTM）的標(biāo)記發(fā)法。鎂合金的牌號(hào)由三部分組成：頭兩個(gè)字母為主要合金元素代號(hào)（見(jiàn)下圖），中間兩個(gè)數(shù)字表示主要合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最后一個(gè)后綴字母（A、B、C、D、E等）是指成分和特定范圍純度的變化。例如：AZ91E。表2-2鎂合金的分類(lèi)及熱處理鎂合金的分類(lèi)方式有三種：化學(xué)成分：主要合金元素Mn, Al，Zn，Zr和稀土為基礎(chǔ)，組成基本合金系。成形工藝：鑄造鎂合金和變形鎂合金。圖2-2是否含鋯：含Zr合金和不含Zr合金。 國(guó)外在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的是壓鑄鎂合金，主要有以下4個(gè)系列：AZ，AM，AS和AE系列。我國(guó)鑄造鎂合金主要有ZK，

8、Mg-Zn-Zr-RE和AZ系列。變形鎂合金有Mg-Mn，AZ和ZK系列。表2-3常見(jiàn)壓鑄鎂合金和變形鎂合金的化學(xué)成分分別見(jiàn)下表。表2-4表2-5鎂合金熱處理采用與鋁同樣的系統(tǒng)標(biāo)示。常用的回火有：T4固溶處理，T5人工時(shí)效，T6固溶處理后人工時(shí)效。合金元素對(duì)組織和性能的影響 加入不同的合金元素，可以改變鎂合金共晶化合物或第二相的組成、結(jié)構(gòu)以及形態(tài)和分布，可能得到性能完全不同的鎂合金。圖2-3表2-62.3 鑄造鎂合金組織和性能 鎂合金的鑄造方法有多種，包括重力鑄造和壓力鑄造。通常所說(shuō)的壓鑄（Die Casting）是指高壓鑄造。2.3.1 Mg-Al系合金組織 Mg-Al系鑄造合金的平衡狀態(tài)組

9、織如下圖。圖2-4 改Mg-Al-Zn合金 按組織可以分為兩種類(lèi)型，典型的合金分別為：AZ92和AZ63。圖2-6 由于凝固過(guò)程中出現(xiàn)的晶內(nèi)偏析，導(dǎo)致Al和Mg的含量在材料內(nèi)分布不均，從而影響了材料的耐蝕性和力學(xué)性能。力學(xué)性能隨著Al含量的增加而提高。圖2-5Mg-Al-Mn合金 典型組織除了相和相以外，還有含Mn的中間相。隨含Mn量的高低可能是：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或Al5Mn8。圖2-7圖 2-8 上圖中，具有規(guī)則幾何形狀的白色相為AlMn，可以看出其有明顯的偏聚趨勢(shì)。AZ61中的AlMn粒子可能是由于在鎂合金的冶煉過(guò)程中，為除去有害元素Fe而有意加入Mn元素所致。

10、Mg-Al-RE合金 Mg-Al-RE合金（如AE21、AE41）的典型組織為相、相和中間相Al4MM（MM指混合稀土）。合金中不存在三元Mg-Al-RE相，這是因?yàn)镽E優(yōu)先與Al結(jié)合。Mg-Al-Si合金 AS系典型的合金為AS41和AS21，組織特征是在晶界處形成細(xì)小彌散分布的穩(wěn)定析出相Mg2Si。AS系鎂合金的耐熱性能較好，適用于較高溫度（150）下強(qiáng)度高的部件。Mg-Al-Ca合金 Mg-Al-Ca合金組織特征是存在Al2Ca和Mg2Ca化合物。此類(lèi)合金具有較高的耐熱性和阻燃性，但是腐蝕性能有所降低。2.3.2 Mg-Zn系合金Mg-Zn phase diagramMg-Zn-MM（混

11、合稀土）合金 由于加入1.5%MM對(duì)Mg-8Zn合金組織有強(qiáng)烈的影響，所以Mg-8Zn-1.5MM合金共晶組織有三種不同的共晶相：T相（主要為Mg52.6Zn39.5MM7.9或(Mg,Zn)92.1MM7.9）、Mg4Zn7相和MgZn2 （Laves相）。Mg-Zn-Al（-Ca）合金 組織特征是存在MgxZnyAlz和MgZn中間相。在含大約2%Al的鎂合金里存在MgZn化合物，但不存在Al12Mg17化合物。Ca的加入能夠提高合金的抗蠕變性能，其大量的存在于MgxZnyAlz相中。2.3.3 鑄造鎂合金的性能表2-8表2-9表2-102.4 變形鎂合金組織及性能 變形鎂合金經(jīng)過(guò)擠壓、軋

12、制和鍛造等工藝后具有比相同成分的鑄造鎂合金更高的力學(xué)性能。其工作溫度不超過(guò)150。圖2-9 變形鎂合金常用的是Mg-Al系和Mg-Zn-Zr系。前者中強(qiáng)，塑性較高，后者高強(qiáng)，塑性較低。變形鎂合金組織圖2-10圖2-11圖2-12變形鎂合金性能 變形鎂合金力學(xué)性能與加工工藝、熱處理狀態(tài)等大有關(guān)系。表2-11表2-12表2-132.5 鎂合金熱處理時(shí)效組織和性能 大部分鎂合金時(shí)效過(guò)程中都有一個(gè)與鎂點(diǎn)陣形成共格沉淀物的階段，這種沉淀物具有DO19晶體結(jié)構(gòu)，其晶胞的a軸為鎂基體a軸的2倍，c軸相同。表2-14鎂合金時(shí)效過(guò)程復(fù)雜，可能出現(xiàn)的沉淀過(guò)程見(jiàn)下表表2-152.6 冶金缺陷對(duì)鎂合金性能的影響 鎂合

13、金在熔煉鑄造時(shí)很容易氧化、燃燒和吸氣，其鑄錠常存在一些空隙、氧化物夾雜或蝕坑等缺陷，它們尤其是夾雜物對(duì)鎂合金的力學(xué)性能和腐蝕性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。夾雜物：主要為MgO圖2-17和表2-16鑄造缺陷（如空隙、夾雜物）是疲勞裂紋源。圖2-18圖2-193 鎂合金強(qiáng)化處理3.1 概述 工業(yè)純美的塑性很差，純美多晶的強(qiáng)度和硬度也比較低，不能直接用作結(jié)構(gòu)材料。目前應(yīng)用于鎂合金的強(qiáng)化處理方法主要有合金化強(qiáng)化、熱處理強(qiáng)化、復(fù)合強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。其中，合金化強(qiáng)化為最基本，最常用和最有效的強(qiáng)化處理方法，使其他方法的基礎(chǔ)。3.2 合金化強(qiáng)化 鎂合金的強(qiáng)化一般都是利用固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化來(lái)提高合金的常溫和高溫力

14、學(xué)性能，關(guān)鍵是選擇合適的合金元素。表3-1 改 用顏色分類(lèi)固溶強(qiáng)化 合金化元素（溶質(zhì)）完全溶入基體金屬（溶劑）中，溶質(zhì)原子在溶劑晶格點(diǎn)陣處取代溶質(zhì)原子，從而通過(guò)原子錯(cuò)排及溶質(zhì)與溶劑原子之間彈性模量的不同而強(qiáng)化基體金屬。 要形成無(wú)限固溶體必須滿足三個(gè)條件：溶質(zhì)、溶劑原子尺寸相差不超過(guò)15%，相同的原子價(jià)和相似的晶體結(jié)構(gòu)。滿足以上條件的有Cd。不滿足這些條件的形成有限固溶體。 隨著溶質(zhì)原子化合價(jià)的增大，鎂與之形成第二相或穩(wěn)定化合物，而不再是固溶體。常見(jiàn)的化合物類(lèi)型主要有：AB型-簡(jiǎn)立方CsCl結(jié)構(gòu)，如MgTi、MgAg、CeMg、SnMg等；AB2型-Laves相：如MgCu2、MgZn2、MgN

15、i2等；CaF2型-面心立方金屬間化合物：如Mg2Si、Mg2Sn等。析出強(qiáng)化 機(jī)制是析出相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和滑移，從而提高屈服強(qiáng)度。為了增強(qiáng)鎂合金的析出強(qiáng)化，選擇合金元素應(yīng)考慮以下因素：元素應(yīng)該在高溫下在鎂中有足夠的固溶度，且隨溫度的降低而降低，以提高合金的時(shí)效強(qiáng)化能力；析出相中應(yīng)含有較多的鎂，在提高析出相百分含量的同時(shí)減少所需的合金元素量；元素在鎂中的擴(kuò)散速率應(yīng)較低，以減少過(guò)時(shí)效傾向和位錯(cuò)的攀移。彌散強(qiáng)化 與析出強(qiáng)化類(lèi)似，但不同的是，析出相在高溫下迅速長(zhǎng)大，失去強(qiáng)化作用，彌散強(qiáng)化顆粒熱穩(wěn)定性好，在常溫和高溫下都有強(qiáng)化作用。3.3 熱處理強(qiáng)化 目的是改善合金的力學(xué)性能。表3-2表3-3 一般來(lái)說(shuō)

16、，鎂與其他合金元素形成二元共晶相圖，合金的成分對(duì)合金的性能有所影響。圖3-13.4 復(fù)合強(qiáng)化 鎂基復(fù)合材料可提高鎂合金的力學(xué)性能，主要采用石墨纖維、Al2O3纖維、SiC顆粒和BC顆粒作為增強(qiáng)體。增強(qiáng)體與鎂合金的界面特性對(duì)復(fù)合材料的影響極為重要。表3-4 從表中看出，復(fù)合材料低的抗拉強(qiáng)度同高的界面剪切強(qiáng)度存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。 圖中是不同的基體對(duì)應(yīng)的材料抗拉強(qiáng)度的比較。3.5 細(xì)晶強(qiáng)化原理：合金的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸的關(guān)系可用Hall-Petch關(guān)系表示：yield= 0+kd-1/2其中： 0晶格摩擦力；kPetch斜率；d晶粒直徑。 細(xì)晶強(qiáng)化時(shí)，晶界是滑移傳遞的有效障礙，晶界前方的應(yīng)力集中使得更多

17、的滑移系被激活，合金的整體變形更加均勻，帶來(lái)合金強(qiáng)度和韌性的提高。 當(dāng)鎂合金中的細(xì)晶粒（10m）達(dá)到一定比例時(shí)，合金就會(huì)出現(xiàn)超塑性。方法：變質(zhì)處理、熱加工、塑性變形和快速凝固等變質(zhì)或過(guò)熱處理細(xì)化晶粒變質(zhì)處理：通過(guò)添加晶粒細(xì)化添加劑對(duì)液態(tài)鎂合金溶液進(jìn)行處理，目前得到應(yīng)用的主要有含Zr和含C的晶粒細(xì)化劑。其中含C的晶粒細(xì)化劑主要用于Mg-Al系。圖3-3 改加入晶體結(jié)構(gòu)過(guò)熱處理：澆注前將熔體溫度升高并保溫一段時(shí)間后再降溫到澆注溫度進(jìn)行澆注的工藝過(guò)程。研究表明，過(guò)熱處理對(duì)Mg-Al系合金有明顯的細(xì)化作用。半固態(tài)成形細(xì)化晶粒 它將原料加熱到固液相線之間的溫度，然后將其壓入型腔成形，半固態(tài)成形工藝能產(chǎn)生

18、細(xì)小的微觀結(jié)構(gòu)，減小微觀收縮，使材料獲得較高的力學(xué)性能。例如：Mg-Zn-Al-Ca合金的半固態(tài)成形?？焖倌碳?xì)化晶粒 由于快速凝固時(shí)的冷卻速度較大，因而可以獲得細(xì)小的粉末晶粒。將粉末晶粒除氣和熱壓固結(jié)后，再經(jīng)軋制、擠壓和鍛造等成形工藝便可以得到細(xì)晶材料。鑄錠變形細(xì)化晶粒 通過(guò)對(duì)鎂合金鑄錠進(jìn)行后續(xù)變形處理也可以細(xì)化晶粒，主要方法如下：等通道角擠壓（ECAE）：一種可以使鑄錠等冶金材料均質(zhì)化、細(xì)晶化的技術(shù)。設(shè)備見(jiàn)右圖。圖3-4大比率擠壓：由于擠壓比很大，晶粒被拉長(zhǎng)以致斷裂成微小的顆粒，晶粒之間的相互摩擦加劇了破碎的過(guò)程。4 鎂合金鑄造4.1 概述 工業(yè)鎂合金按生產(chǎn)工藝分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，

19、其中鑄造鎂合金約占鎂合金總量的90%以上。 按性能特點(diǎn)可以分為高強(qiáng)鎂合金和耐熱鎂合金，高強(qiáng)鎂合金主要以AZ系和ZK系為主，耐熱鑄造鎂合金則大多以EK系為主。 高強(qiáng)鑄造鎂合金一般具有較高的常溫強(qiáng)度和良好的鑄造工藝性能，但是耐熱性差，長(zhǎng)期工作溫度不超過(guò)150。而耐熱鎂合金一般是指能在150以上溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作的鎂合金。4.2 鎂合金熔煉特點(diǎn)：鎂合金暴露在大氣中會(huì)迅速氧化，當(dāng)溫度超過(guò)熔點(diǎn)時(shí)遇見(jiàn)氧即發(fā)生劇烈的燃燒，最終發(fā)生爆炸。圖4-1采取措施: 以鹽類(lèi)溶劑覆蓋于熔體上；以抑制性元素添加在熔體上作為覆蓋層；在反應(yīng)氣氛下處理熔體，在其上形成薄膜；在惰性氣氛下處理熔體。無(wú)論采取什么措施，均是利用某些成分

20、隔絕高溫鎂與空氣的接觸，阻止鎂的氧化。4.2.1 熔煉過(guò)程中的阻燃保護(hù)熔劑保護(hù) 以低于400的熔融鹽覆蓋在鎂熔體表面，切斷鎂液與空氣的接觸。目前國(guó)內(nèi)常用的是RJ系列溶劑。表4-1氣體保護(hù) SF6與空氣混合的氣體保護(hù)工藝，SF6的作用是使鎂合金液面生成很薄、很致密的一層保護(hù)性膜。該膜的主要成分是MgO，并有少量的MgF2存在。優(yōu)點(diǎn)：大大提高了鎂合金液的純凈度，減少了鎂的熔煉損失；缺點(diǎn)：SF6是溫室氣體，其溫室作用是CO2的23900倍。合金化阻燃保護(hù)通過(guò)加入合金元素提高鎂合金的燃點(diǎn)，使熔煉和澆鑄時(shí)不產(chǎn)生燃燒。圖4-24.2.2 鎂合金成形過(guò)程中的阻燃保護(hù) 主要采用氣相保護(hù)，致密膜保護(hù)和釉質(zhì)膜保護(hù)

21、。砂型鑄造過(guò)程中的阻燃保護(hù) 在型砂中加入氟化物和硼酸，在澆鑄過(guò)程中向金屬液流噴硫粉阻燃。壓鑄過(guò)程中的阻燃保護(hù) 采用真空壓鑄技術(shù)，以隔絕鎂與氧發(fā)生發(fā)應(yīng)。4.2.3 鎂合金的精煉和變質(zhì)處理精煉處理背景：鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，熔煉過(guò)程中以產(chǎn)生非金屬夾雜，惡化合金的力學(xué)性能，還伴生縮孔、氣孔等缺陷。鎂合金中主要的氣體是氫，主要的夾雜物是MgO，同時(shí)還有MgF2、MgCl2等。精煉方法：加入C2Cl6、MgCO3和CaCO3等精煉溶劑。變質(zhì)處理目的：細(xì)化鑄態(tài)組織晶粒；方法：碳素材料變質(zhì)處理法，常用的變質(zhì)劑為C2Cl6 。4.3 鎂合金鑄造成形鎂合金成形主要通過(guò)鑄造和塑性變形兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。常規(guī)壓鑄：鎂合金鑄

22、造最主要的成形工藝；真空壓鑄：通過(guò)在壓鑄過(guò)程中抽出型腔內(nèi)的氣體而減少或消除壓鑄件內(nèi)的氣孔和溶解氣體，提高壓鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量；擠壓鑄造：北美壓鑄協(xié)會(huì)（NADAC）對(duì)擠壓鑄造的定義為采用低的充型速度和最小的擾動(dòng)，使金屬在高壓下凝固，以獲得科熱處理的高致密度鑄件的鑄造工藝。半固態(tài)鑄造：對(duì)于從液相到固相凝固過(guò)程中的金屬熔體進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，在熔體達(dá)到一定固相分?jǐn)?shù)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行壓鑄或擠壓成形。鎂合金的鑄造缺陷表4-94.4 鎂合金的鑄造設(shè)備圖4-104-12圖4-13圖4-17圖4-184-19圖4-20圖4-215 鎂合金的塑性成形5.1 概述 鎂具有hcp結(jié)構(gòu)，室溫下滑移系僅為三個(gè)，導(dǎo)致鎂合金的塑

23、性很低，冷變形困難。當(dāng)成形溫度升高到180240之間時(shí)，隨著孿晶的形成而有更多的附加滑移面產(chǎn)生，使鎂合金的塑性得到很大提高；而溫度進(jìn)一步升高達(dá)到300 以上，即可出現(xiàn)再結(jié)晶過(guò)程，使鎂合金具有更好的成形性能。 常用的成形方法有：擠壓成形、鍛造成形、軋制成形、等溫及超塑性成形和板料成形。5.2 鎂合金軋制技術(shù)表5-2表5-35.3 鎂合金擠壓成形圖5-2表5-75.4 鎂合金鍛造成形表5-11表5-125.5 鎂合金等溫成形圖5-9圖5-105.6 鎂合金的超塑性表5-175.7 鎂合金板材的成形 成形鎂合金與成形鋼、鋁或銅的主要差別是成形溫度。雖然可在室溫下進(jìn)行某些鎂合金的成形，但使用最多的還是

24、高溫。5.8 鎂合金先進(jìn)的塑性成形技術(shù) 鎂合金先進(jìn)的塑性成形技術(shù)主要有：等通道擠壓，快速凝固/粉末冶金，噴射沉積，鑄鍛復(fù)合成形，液態(tài)模鍛再鍛造，條料鑄軋和噴射+軋制/鍛造/擠壓。圖5-19圖5-26圖5-18圖5-246 鎂合金的連接6.1 概述 絕大多數(shù)鎂合金可以用氣焊、氬弧焊、電阻焊、電子束焊、釬焊等方法焊接，目前通常使用氬弧焊方法焊接。氬弧焊適用于一切鎂合金焊接，它能得到較高的焊縫強(qiáng)度系數(shù)，焊接變形比氣焊小，焊接時(shí)可以不用氣劑。且鑄件可用氬弧焊修補(bǔ)并能獲得滿意的焊接質(zhì)量。 鎂合金因?yàn)闆](méi)有適用的焊劑，不能用埋弧焊。 鎂合金也可用粘接連接。6.2 鎂合金焊接特點(diǎn)與焊接性焊接特點(diǎn)（1）粗晶（2

25、）氧化與蒸發(fā)（3）薄件的燒穿與塌陷（4）熱應(yīng)力（5）裂紋（6）氣孔 鎂合金在沒(méi)有隔絕氧的條件下焊接，易燃燒，焊接時(shí)需用惰性氣體或焊劑保護(hù)。由于焊鎂時(shí)要求用大功率的熱源，當(dāng)接頭出溫度過(guò)高時(shí)，母材料將產(chǎn)生“過(guò)燒”現(xiàn)象。因此，焊鎂時(shí)必須控制好接頭溫度。鎂合金的焊接性表6-1表6-26.3 鎂及鎂合金的焊接技術(shù)氣焊：火焰的熱量散布范圍大，焊件加熱區(qū)域較寬。所以焊縫的收縮應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋等缺陷。主要用于不太重要的鎂合金薄板結(jié)構(gòu)的焊接及鑄件的焊補(bǔ)。氬弧焊：熱影響區(qū)尺寸及變形比氣焊時(shí)小，焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性能都比氣焊高，是目前焊接鎂合金最常用的方法。電阻電焊：瞬時(shí)快速加熱，用于某些鎂合金框架、儀表艙

26、、隔板的焊接。釬焊：所用釬料為鎂合金釬料，釬劑一般用氯化物和氟化物混合粉末。6.4 鎂合金的粘接 鎂合金粘接已被廣泛應(yīng)用于軍用飛機(jī)蒙皮、面板的連接中，并在汽車(chē)裝配件的原型連接中應(yīng)用前景看好。表6-237 鎂合金的腐蝕及表面防護(hù)處理7.1 概述 鎂及鎂合金表面極易產(chǎn)生腐蝕形成疏松多孔的氧化鎂,耐腐蝕性差,制約了鎂合金的廣泛應(yīng)用. 影響鎂合金耐腐蝕性能的因素：氯化物溶劑夾雜；夾雜元素Fe，Ni，Co，Cu；合金的使用環(huán)境；加工工藝和組織狀態(tài)等。 提高鎂合金耐腐蝕性能的方法：提高合金的純凈度，最大限度地降低鎂合金中重金屬元素的含量；采用各種表面處理方式，對(duì)合金表面進(jìn)行防護(hù)處理。7.2 鎂的電化學(xué)特性

27、及耐腐蝕性鎂的電化學(xué)特性 鎂的平衡電位在金屬中是非常低的，其腐蝕電位依介質(zhì)而異，一般在+0.5-1.64V之間。在自然環(huán)境中的腐蝕電位為-1.3 -1.5V。表71鎂在室溫下的腐蝕熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)圖71MgH2OMgOH2Mg 2H2OMgO2HMg=Mg2+ +2e鎂的負(fù)差數(shù)效應(yīng) 隨著電位正移，鎂的析氫反而加速，這與Fe和Zn的析氫行為截然相反。圖72氧化鎂膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) MgO的晶格屬于n-型半導(dǎo)體。MgO晶體中存在多余的Mg 2 ，以間隙離子的形式存在其中，同時(shí)還存在負(fù)電子。在一定的激活能下，金屬離子Mg 2和電子將通過(guò)間隙擴(kuò)散。高溫氧化時(shí)，間隙離子Mg 2和電子e向MgO/O2界面遷移，

28、并于氧反應(yīng)生成MgO，這樣的結(jié)果是在MgO/O2界面上氧化鎂增長(zhǎng)。鎂在室溫不同環(huán)境下的腐蝕大氣中：立即氧化形成灰色的MgO膜；潮濕大氣：MgO將轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2；水溶液中：在酸性、中性或弱堿性溶液中，鎂被腐蝕而生成Mg 2離子，但是在PH值為1112或以上的堿性區(qū)，容易生成穩(wěn)定的Mg(OH)2膜而達(dá)到鈍化耐蝕，鎂在高溫下的氧化腐蝕在高溫時(shí)，鎂在空氣中極易氧化，氧化膜失去保護(hù)性。表72表737.3 鎂合金的腐蝕類(lèi)型 金屬腐蝕可以分為全面腐蝕和局部腐蝕。從工程技術(shù)上看，全面腐蝕相對(duì)局部腐蝕危險(xiǎn)性要小些，局部腐蝕往往在沒(méi)有任何征兆的情況下，金屬結(jié)構(gòu)就突然發(fā)生斷裂，可能造成嚴(yán)重的事故。 鎂合金腐蝕的主要類(lèi)型：全面腐蝕與電偶腐蝕 電偶腐蝕是鎂合金在腐蝕環(huán)境中產(chǎn)生的一種電化學(xué)腐蝕，在宏觀上表現(xiàn)為全面腐蝕。表74應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC） 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC，Stress Corrosion Cracking）是指材料在特定的腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用下發(fā)生的脆性斷裂。由電化學(xué)腐蝕加上應(yīng)力的作用導(dǎo)致裂紋形成，裂紋的發(fā)展主要由力學(xué)因素引起，直至斷裂。腐蝕疲勞 在20世紀(jì)初期Moor