鎂合金及其應(yīng)用.ppt

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1、張弛 電話：62797603,鎂合金及其應(yīng)用,鎂的英文名稱為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)

2、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，由于人類文明的快速進(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,中國的鎂資源 我國是世界上鎂資源最豐富的國家，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（MgCO3

3、CaCO3）也是具工業(yè)價(jià)值的鎂礦石之一，其資源遍及全國各省市，已探明儲(chǔ)量在40億噸以上。,表1-4,1.3 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

4、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)。,泊松比：0.35 蠕變斷裂值：蠕變行為及溫度對(duì)蠕變行為的影響見下圖。,圖1-10,1.4 原鎂生產(chǎn)方法 鎂冶金的發(fā)展過程大體經(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。

5、鎂冶金的現(xiàn)代方法主要分為兩種：一是電解法；二是硅熱法。 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1-14,2 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

6、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

7、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)元素在鎂中溶解度較大。,鎂合金成分和牌號(hào) 采用美國實(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,鎂合金的分類及熱處理 鎂合金的分類方式有三種： 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。,國外在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛

8、的是壓鑄鎂合金，主要有以下4個(gè)系列：AZ，AM，AS和AE系列。我國鑄造鎂合金主要有ZK，Mg-Zn-Zr-RE和AZ系列。變形鎂合金有Mg-Mn，AZ和ZK系列。,表2-3,常見壓鑄鎂合金和變形鎂合金的化學(xué)成分分別見下表。,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2-6,2.3 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。通常所說的壓

9、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)組織如下圖。,圖2-4 改,Mg-Al-Zn合金 按組織可以分為兩種類型，典型的合金分別為：AZ92和AZ63。,圖2-6,由于凝固過程中出現(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2-5,Mg-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

10、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程中，為除去有害元素Fe而有意加入Mn元素所致。,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。此類合金具有

11、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 diagram,Mg-Zn-MM（混合稀土）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

12、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2-10,2.4 變形鎂合金組織及性能 變形鎂合金經(jīng)過擠壓、軋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2-13,2.5 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

13、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)效過程復(fù)雜，可能出現(xiàn)的沉淀過程見下表,表2-15,2.6 冶金缺陷對(duì)鎂合金性能的影響 鎂合金在熔煉鑄造時(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2-19,3 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、

14、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)化來提高合金的常溫和高溫力學(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,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

15、與之形成第二相或穩(wěn)定化合物，而不再是固溶體。常見的化合物類型主要有： AB型-簡(jiǎn)立方CsCl結(jié)構(gòu)，如MgTi、MgAg、CeMg、SnMg等； AB2型-Laves相：如MgCu2、MgZn2、MgNi2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，以減少過時(shí)效傾向和位

16、錯(cuò)的攀移。 彌散強(qiáng)化 與析出強(qiáng)化類似，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3-3,一般來說，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3-1,3.4 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

17、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)力集中使得更多的滑移系被激活，合金的整體變形更加均勻，帶來合金強(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)或過熱處理細(xì)化晶粒 變質(zhì)處理：通過添加晶粒細(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

18、晶體結(jié)構(gòu),過熱處理：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)行澆注的工藝過程。研究表明，過熱處理對(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。 快速凝固細(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（

19、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，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

20、煉 特點(diǎn)：鎂合金暴露在大氣中 會(huì)迅速氧化，當(dāng)溫度超過熔點(diǎn) 時(shí)遇見氧即發(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。 無論采取什么措施，均是利用某些成分隔絕高溫鎂與空氣的接觸，阻止鎂的氧化。,4.2.1 熔煉過程中的阻燃保護(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

21、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4-2,4.2.2 鎂合金成形過程中的阻燃保護(hù) 主要采用氣相保護(hù)，致密膜保護(hù)和釉質(zhì)膜保護(hù)。 砂型鑄造過程中的阻燃保護(hù) 在型砂中加入氟化物和硼酸，在澆鑄過程中向金屬液流噴硫粉阻燃。 壓鑄過程中的阻燃保護(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

22、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鑄造和塑性變形兩種方式來實(shí)現(xiàn)。 常規(guī)壓鑄：鎂合金鑄造最主要的成形工藝； 真空壓鑄：通過在壓鑄過程中抽出型腔內(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

23、件的鑄造工藝。 半固態(tài)鑄造：對(duì)于從液相到固相凝固過程中的金屬熔體進(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4-9,4.4 鎂合金的鑄造設(shè)備,圖4-10,4-12,圖4-13,圖4-17,圖4-18,4-19,圖4-20,圖4-21,5 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)晶過程，使鎂合金具有更好的成形性能。 常用的成形方

24、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5-3,5.3 鎂合金擠壓成形,圖5-2,表5-7,5.4 鎂合金鍛造成形,表5-11,表5-12,5.5 鎂合金等溫成形,圖5-9,圖5-10,5.6 鎂合金的超塑性,表5-17,5.7 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5-1

25、9,圖5-26,圖5-18,圖5-24,6 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]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）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

26、的熱源，當(dāng)接頭出溫度過高時(shí)，母材料將產(chǎn)生“過燒”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6-2,6.3 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、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

27、連接中，并在汽車裝配件的原型連接中應(yīng)用前景看好。,表6-23,7 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

28、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71,MgH2OMgOH2 Mg 2H2OMgO2H Mg=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，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

29、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73,7.3 鎂合金的腐蝕類型,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

30、表現(xiàn)為全面腐蝕。,表74,應(yīng)力腐蝕開裂（SCC） 應(yīng)力腐蝕開裂（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Moore就進(jìn)行了Elektron鎂合金旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)，但此后這方面的研究進(jìn)展緩慢。影響鎂合金疲勞極限的因素有：合金元素，加載頻率，工作介質(zhì)等。,其他腐蝕,圖73,圖74,7.4 影響鎂和鎂合金耐腐蝕性的因素 影響因素 純度及合金元素種類：氫過電位低的雜質(zhì)如Fe，Ni，Cu，Co的存在，會(huì)強(qiáng)烈加速鎂的腐蝕

31、。Cd，Zn，Ca，Ag對(duì)腐蝕速率有輕微的中等加速的影響。重金屬雜質(zhì)還常常導(dǎo)致與緊固件或非同類金屬連接件的一般性點(diǎn)狀腐蝕。 熱處理：一般情況下凡是導(dǎo)致析出金屬間化合物的熱處理通常都會(huì)降低鎂合金的耐蝕性。 冷加工：如拉伸和彎曲，對(duì)腐蝕速率無明顯影響。,提高鎂合金耐腐蝕性能的途徑 減少鎂合金中的有害雜質(zhì)元素，使鎂合金高純化； 采用快速凝固工藝，擴(kuò)大固溶度限制和細(xì)化晶粒； 通過合適的表面處理。,7.5 鎂合金的表面處理 當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用的鎂合金表面處理方法主要為陽極氧化、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜以及鍍鎳，使鎂合金表面形成一層新的保護(hù)膜。鎂合金表面形成含MgO、MgAl2O4、MgF2、Mg17Al12等的保護(hù)膜均有利

32、于提高鎂合金表面的耐蝕性。,8 廢鎂回收及鎂合金安全生產(chǎn),8.1 概述：鎂合金廢料主要產(chǎn)生于壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工,圖81,.8.2 壓鑄廢鎂合金的分類,表81,8.3 鎂合金廢料的處理 對(duì)鎂合金廢料進(jìn)行前期處理然后熔煉。,圖83,8.4 鎂合金安全生產(chǎn) 鎂具有非?；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)，鎂粉、鎂屑又極具易燃、易爆性，這是安全生產(chǎn)和防范的關(guān)鍵。,圖84,圖85,9 鎂合金的應(yīng)用,9.1 概述 鎂合金被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，世界鎂產(chǎn)業(yè)以每年1525的幅度增長(zhǎng)，這在近代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。 鎂合金具有優(yōu)異的性能（低密度、比剛度和比強(qiáng)度高），因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、交通工具、3C產(chǎn)品、紡織和印刷行業(yè)等。,9.2 鎂合金在汽車工業(yè)上的應(yīng)用,圖91,圖92,9.3 鎂合金在摩托車上的應(yīng)用,圖94,圖95,鎂合金摩托車輪,圖98,圖99,圖911,9.4 鎂合金在自行車上的應(yīng)用,鎂合金自行車,鎂合金自行車架,9.5 鎂合金在航空上的應(yīng)用,表91,圖916,圖918,9.6 鎂合金在3C產(chǎn)品上的應(yīng)用,圖920,圖921,鎂合金諾基亞3310手機(jī)殼,鎂合金外殼MP3,9.7 鎂合金在武器中的應(yīng)用,圖922,9.8 鎂及鎂合金在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用,圖923,謝 謝 大 家,