高性能材料鎂合金

1、高性能材料鎂合金第1頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四鎂合金簡介鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。其特點(diǎn)是：密度?。?.8g/cm3鎂合金左右），比強(qiáng)度高，彈性模量大，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)部門。在實(shí)用金屬中是最輕的金屬,鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4。它是實(shí)用金屬中的最輕的金屬,高強(qiáng)度、高剛性。 第2頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四其加工過程

2、及腐蝕和力學(xué)性能有許多特點(diǎn)：質(zhì)量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能、無磁性、屏蔽性好和無毒的特點(diǎn)。鎂合金的比重雖然比塑料重，但是，單位重量的強(qiáng)度和彈性率比塑料高，所以，在同樣的強(qiáng)度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強(qiáng)度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強(qiáng)度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。鎂合金相對比強(qiáng)度（強(qiáng)度與質(zhì)量之比）最高。比剛度（剛度與質(zhì)量之比）接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料。在彈性范圍內(nèi)，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。鎂

3、合金熔點(diǎn)比鋁合金熔點(diǎn)低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強(qiáng)度與鋁合金鑄件相當(dāng)，一般可達(dá)250MPA，最高可達(dá)600多Mpa。屈服強(qiáng)度，延伸率與鋁合金也相差不大。 鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能，可做到100% 回收再利用。 鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進(jìn)行高精度機(jī)械加工。 鎂合金具有良好的壓鑄成型性能，壓鑄件壁厚最小可達(dá)0.5mm。適應(yīng)制造汽車各類壓鑄件。 鎂合金特點(diǎn)第3頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四在航天的應(yīng)用鎂合金是航空器、航天器和火箭導(dǎo)彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂的重量比鋁輕，比重為1.8，強(qiáng)度也較低，只有

4、200300兆帕(2030公斤/毫米2)，主要用于制造低承力的零件。鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕，因此零件使用前，表面需要經(jīng)過化學(xué)處理或涂漆。德國首先生產(chǎn)并在飛機(jī)上使用含鋁的鎂合金。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機(jī)輪轂的理想材料。鎂合金在汽油、煤油和潤滑油中很穩(wěn)定，適于制造發(fā)動機(jī)齒輪機(jī)匣、油泵和油管，又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂、襟翼、艙門和舵面等活動零件。民用機(jī)和軍用飛機(jī)、尤其是轟炸機(jī)廣泛使用鎂合金制品。 鎂合金在汽車上的應(yīng)用 (1)殼體類。如離合器殼體、閥蓋、儀表板、變速箱體、曲軸箱、發(fā)動機(jī)前蓋、氣缸

5、蓋、空調(diào)機(jī)外殼等。 (2)支架類。如方向盤、轉(zhuǎn)向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等。 鎂合金的主要應(yīng)用特殊鎂合金材料的自行車鎂合金轎車車輪航天上的應(yīng)用第4頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四手機(jī)電話，筆記本電腦上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。 雖然鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)不及鋁合金，但是，比塑料高出數(shù)十倍，因此，鎂合金用于電器產(chǎn)品上，可有效地將內(nèi)部的熱散發(fā)到外面。 在內(nèi)部產(chǎn)生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金。電視機(jī)的外殼上使用鎂合金可做到無散熱孔。 電磁波屏蔽性:鎂合金的電磁波屏蔽性能比在塑料上電鍍屏蔽膜的效果好

6、，因此，使用鎂合金可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序。 在硬盤驅(qū)動器的讀出裝置等的振動源附近的零件上使用鎂合金。若在風(fēng)扇的風(fēng)葉上使用鎂合金，可減小振動達(dá)到低騷音。此外，為了在汽車受到撞擊后提高吸收沖擊力和輕量化，在方向盤和坐椅上使用鎂合金。 鎂合金其他方面的應(yīng)用第5頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四鎂合金鎂合金制品鎂合金雕刻版鎂合金產(chǎn)品第6頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四然而，近年來鎂合金的應(yīng)用廣泛性仍遠(yuǎn)不如鋁合金，究其原因主要是目前的鎂合金還存在著顯著的缺點(diǎn)：絕對強(qiáng)度仍然偏低，尤其是高溫 學(xué)性能較差，當(dāng)溫度升高時，它的強(qiáng)度和抗蠕變性能往往大幅度下降

7、；室溫塑性低、變形加工能力較差；化學(xué)活性高、易于氧化燃燒、使其熔煉加工困難；抗腐蝕性差，缺乏有效和積極的腐蝕防護(hù)途徑。因此，發(fā)展高性能鎂合金及其成形加工技術(shù)等是最近若干年鎂合金研究的重要課題。鎂合金缺陷鎂合金鑄件中的圓形氣泡和梨形氣泡常分布在鑄件的表面或靠鑄型的一面，或者靠型芯的一面，有時也分布在鑄件出氣冒口的部位 第7頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 化學(xué)轉(zhuǎn)化處理鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜按溶液可分為：鉻酸鹽系、有機(jī)酸系、磷酸鹽系、KMnO4系、稀土元素系和錫酸鹽系等。 傳統(tǒng)的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結(jié)構(gòu)很致密，含結(jié)構(gòu)水的Cr則具有很好的自修復(fù)功能，耐蝕性很強(qiáng)。但Cr具有較大

8、的毒性，廢水處理成本較高，開發(fā)無鉻轉(zhuǎn)化處理勢在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無定型組織的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，耐蝕性與鉻酸鹽膜相當(dāng)。堿性錫酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理可作為鎂合金化學(xué)鍍鎳的前處理，取代傳統(tǒng)的含Cr、F或CN等有害離子的工藝?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜多孔的結(jié)構(gòu)在鍍前的活化中表現(xiàn)出很好的吸附性，并能改鍍鎳層的結(jié)合力與耐蝕性。 有機(jī)酸系處理所獲得的轉(zhuǎn)化膜能同時具備腐蝕保護(hù)和光學(xué)、電子學(xué)等綜合性能，在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的新發(fā)展中占有很重要的地位。 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄、軟，防護(hù)能力弱，一般只用作裝飾或防護(hù)層中間層。 陽極氧化陽極氧化可得到比化學(xué)轉(zhuǎn)化更好的耐磨損、耐腐蝕的涂料基底涂層，并兼有良好的結(jié)合力、電絕緣性和耐熱沖擊

9、等性能，是鎂合金常用的表面處理技術(shù)之一。 傳統(tǒng)鎂合金陽極氧化的電解液一般都含鉻、氟、磷等元素，不僅污染環(huán)境，也損害人類健康。近年來研究開發(fā)的環(huán)保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經(jīng)典工藝Dow17和HAE有大程度的提高。優(yōu)良的耐蝕性來源于陽極氧化后Al、Si等元素在其表面均勻分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 一般認(rèn)為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)通過向陽極氧化溶液中加入適量的硅-鋁溶膠成分，一定程度上能改善氧化膜層厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶膠成分會使成膜速度出現(xiàn)階段性快速和緩慢增長，但基本上不影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。 但陽極氧化膜的脆性較大、多

10、孔，在復(fù)雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。 鎂合金的防腐(一)第8頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 金屬涂層 一般采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法先浸鋅或錳等，再鍍銅，然后再進(jìn)行其它電鍍或化學(xué)鍍處理，以增加鍍層的結(jié)合力。鎂合金電鍍層有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂層，化學(xué)鍍層主要是Ni-P、Ni-W-P等鍍層。 單一化學(xué)鍍鎳層有時不足以很好地保護(hù)鎂合金。有研究通過將化學(xué)鍍Ni層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合，約35m厚的鍍層經(jīng)鈍化后可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人采用化學(xué)鍍鎳作為底層，再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層，平均結(jié)晶顆粒大小為40nm，因晶粒的細(xì)化而使

11、鍍層孔隙率大大降低，結(jié)構(gòu)更致密。 電鍍或化學(xué)鍍是同時獲得優(yōu)越耐蝕性和電學(xué)、電磁學(xué)和裝飾性能的表面處理方法。缺點(diǎn)是前處理中的Cr、F及鍍液對環(huán)境污染嚴(yán)重；鍍層中多數(shù)含有重金屬元素，增加了回收的難度與成本。由于鎂基體的特性，對結(jié)合力還需要改善。 激光處理激光處理主要有激光表面熱處理和激光表面合金化兩種。 激光表面熱處理又稱為激光退火，實(shí)際上是一種表面快速凝固處理方式。而激光表面合金化是一種基于激光表面熱處理的新技術(shù)。激光表面合金化能獲得不同硬度的合金層，具有冶金結(jié)合的界面。利用激光輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可制得單層和多層合金化層。 采用寬帶激光在鎂合金表面制備Cu-Zr-Al合金熔覆涂層時

12、，由于涂層中形成的多種金屬間化合物的增強(qiáng)作用，使合金涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。而由于稀土元素Nd的存在，在經(jīng)過激光快速熔凝處理之后得到的激光多層涂敷，晶粒得到明顯細(xì)化，能提高熔覆層的致密性和完整性。 激光處理能處理復(fù)雜幾何形狀的表面，但鎂合金在激光處理時易發(fā)生氧化、蒸發(fā)和產(chǎn)生汽化、氣孔以及熱應(yīng)力等問題，設(shè)計正確的處理工藝至關(guān)重要。 鎂合金的防腐（二）第9頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四 鋁、鎂合金的固溶或均勻化熱處理方法 鎂合金的表面處理方法 鎂合金加工專用模具組 鎂合金在噴灌設(shè)備上的應(yīng)用 鎂合金在制做合金門窗及其型材方面的應(yīng)用 耐熱阻燃壓鑄鎂合金及

13、其熔煉鑄造工藝 鎂合金鍛造成型新工藝 鎂合金的熔煉方法-鎂合金雕刻板 高耐腐蝕性表面處理鎂合金制品及其制造方法 鋁鎂合金電纜橋架型材 鋁鎂合金電纜橋架 披覆有色彩薄膜的鎂合金產(chǎn)品 鋁鎂合金電纜橋架型材 、高強(qiáng)度鎂合金及其制備方法 鎂合金專用水平連鑄機(jī) 一種鎂合金熔煉阻燃保護(hù)的方法 鎂合金表面處理工藝 鎂合金表面處理方法 鎂合金的表面處理方法及鎂合金構(gòu)件 鎂及鎂合金環(huán)保型陽極氧化電解液及其應(yīng)用 一種用于制備鎂合金錠料的方法 一種鎂合金粒的制備方法及其產(chǎn)品 鎂合金薄壁鑄造的壓鑄方法 鎂合金專利集第10頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四鎂合金切削工藝的火災(zāi)危險性 鎂屑性質(zhì)活潑

14、,高溫下極易燃燒。鎂合金切削過程中,鎂屑切口處大部分是未氧化的鎂和鎂合金。由于金屬鎂屬一級遇濕易燃品,著火點(diǎn)及最小引燃能量低,加之切屑薄而小,比表面積大,因此高溫環(huán)境下在空氣中極易燃燒。 高速切削時會產(chǎn)生高溫,引燃鎂屑。機(jī)械加工時,為充分發(fā)揮刀具的切削性能,提高生產(chǎn)效率和工件質(zhì)量,一般要求較高的切削速度。而高速度的切削往往會使金屬切屑的溫度高達(dá)700C 1 000C,當(dāng)缺乏冷卻液的有效供應(yīng)時,高溫將足以引燃鎂屑起火。 鎂屑燃燒溫度高,火災(zāi)蔓延速度快,撲救難度大。鎂一旦發(fā)生火災(zāi),其燃燒溫度可達(dá)3 000C,燃燒熱值高達(dá)25 121 kJ/kg。當(dāng)鎂屑呈粉狀時與空氣混合遇火能發(fā)生爆炸。此外,由于鎂高溫時遇水可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出氫氣,故金屬鎂火災(zāi)中,水、泡沫、四氯化碳等滅火劑都受到限制,干粉、鹵代烷滅火劑的滅火效果亦不明顯,撲救難度大。 第11頁，共12頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)23分，星期四隨著全球范同內(nèi)的能源、資源緊缺以及各國對環(huán)境保護(hù)的日益重視，航空航天、信息產(chǎn)業(yè)和國防軍工等國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對高比強(qiáng)度、高比剛度等高性能結(jié)構(gòu)材料的需求與日俱增，高性能輕量化鎂合金 必然會得刮越來越廣泛的關(guān)注、研究和使用。所以，我們需要整合高校、科研院所的基礎(chǔ)研究優(yōu)勢與企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)優(yōu)勢，以市場需求為牽引，盡快開發(fā)高效、實(shí) 用、經(jīng)濟(jì)的鎂合金加工新技術(shù)，占據(jù)國際鎂資源技術(shù)一體化優(yōu)勢