镁合金表面热喷涂法制备耐蚀耐磨涂层性能分析

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1、河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1.1镁及镁合金1.1.1镁及镁合金的性能1774年人们首次发现镁，并以希腊古城Magnesia命名。与地球地壳中其它金属元素的含量相比，镁元素在地球地壳中的含量仅在铝、铁之后，位居第三，约占地壳质量的2.7％，在大多数国家都能发现镁矿石。同时，占地球表面积70％的海洋也是一个天然的镁资源宝库，据预算，每立方米海水中约3含有1.3g的镁，仅死海一处的镁，若能得到全部的开发，就可供人类使用22000年。镁的密度为1.74g/cm，33小于铝（2.78g/cm）钛（4.

2、52g/cm）的密度，它们均被称为轻金属，其相应的合金称为轻合金。镁为元素周期表第三周期ⅡA族元素，化学性质活泼。标准大气压下，镁的熔点为650℃。在空气中加热时，[1,2]金属镁在632℃～635℃开始燃烧，燃点较低，容易发生燃烧。镁合金具有比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力[3-5]强，以及加工成本低、加工能量少和易于回收等特点。1.1.2镁及镁合金的发展历史纵观镁研究的发展历史，镁及镁合金研制和应用的发展并不顺利，且一度处于停顿、甚至倒退状态。在第二次世

3、界大战前，世界镁年产量只有几万吨，第二次世界大战期间产量猛增到25万吨，大战后年产量迅速下降到1万吨水平。20世纪50年代，朝鲜战争爆发，镁年产量又上升到11万吨，但战后又迅速下降。在20世纪60年代前，世界上80%～90%的镁是用于军事工业和航空业，从60年代后才扩大到民用工业，镁的产量才稳步上升，特别是80年代以来，出于对环境和能源问题的考虑，各工业发[6，7]达国家相继制定了各自的镁研究计划，并投入了巨额资金开展研究。我国是镁资源大国、生产大国和出口大国，到2000年时镁的年产量就达到20万吨，

4、但在该领域的发展极不平衡，为了改变这一状况，我国也制定了相应的研究计划。目前，镁及镁合金的需求量以每年20%以上的速率增长，这是近代金[8,9]属工程材料中前所未有的。因此，镁合金被誉为21世纪金属。1.1.3镁及镁合金的应用由于镁合金具有比强度、比刚度高，导热性、切削加工性好，电磁屏蔽能力强等特点，使得镁合金[10]在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有重要的应用价值和应用前景。1镁合金表面热喷涂法制备耐蚀耐磨涂层性能研究（1）航空航天领域镁合金由于具有密度小的巨大优势，因此随着

5、其耐热耐蚀性能的提高，将来完全可以用来替代耐热铝合金、钛合金零件。特别是密度最小的Mg-Li系合金，具有很高的强度、韧性和可塑性，是航空航天及重要运输工具很有发展前途的材料。目前，在我国的航空航天工业上，除少数型号外，几乎所有在制和新研究的飞机、发动机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件。如某型号的飞机选用了300～400项镁合金构件，镁合金零件最大尺寸达2米多，最大质量达[11,12]300Kg.。（2）汽车、摩托车工业近年来随着资源的不断枯竭以及环保和安全所需，镁合金

6、在汽车、摩托车、自行车上的开发应用受到了全世界的关注。目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。虽然在此领域镁合金的应用虽然没有像航空、航天领域中应用那么成熟，但在过去的10年中，镁合金压铸件在汽车上的使用量仍上升了15％。随着国家“十五”科技攻关项目“镁合金应用开发与产业化”的深入实施，中国汽车工业在此项目中受益良多，效果明显，不少企业取得了相当的进展。如重庆长安集团公司完成了JL462Q发动机变速器上、下壳体用镁合金替代铝

7、合金的产品试制，已形成年产1500t汽车变速器压铸的生产能力。2003年底，变速器上下壳体、箱体延伸体和缸罩等7个零件已批量装车，并通过了小批量装车试验，目前正在进行批量生产前的最后中批量装车考核中；此外，该公司还打算用镁合金取代更多的零部件，如方向盘、座椅内架等，逐步使每辆车用量达到20Kg。一汽集团试制成功了气门室罩盖、变速箱盖、发动机油喷等镁合金压铸件，其中气门室罩盖已通过装车试验。东风汽车公司以镁合金变速箱上盖的产业化应用为重点突破对象，完成了10万次规范的台架试验，并顺利通过考核；同时对已装

8、车的真空助力器中间隔板、左右脚踏板[13,14]的应用情况调查表明其应用效果良好。（3）电子工业电子工业是当今发展最为迅速的行业，也是新兴的镁合金应用领域。镁合金作为最轻的工程金属材料，具有优良的阻尼性、电磁屏蔽性、减振性、切削加工性和抛光与表面处理性能，而高温、热传导率高、易于回收等一系列优良性能，能够满足家用电器、通讯电子器件高度集成化和轻、薄、小型化的要求。当采用镁合金制造手机、笔记本电脑和一些家用电器外壳时，能显着增强产品的散热能力和抗震能力，并