镁及镁合金的研究进展与应用

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1、http://www.paper.edu.cn1镁及镁合金的研究进展与应用1222张东博，陈蕴博，丁洁，陈林1．华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京（102206）2．机械科学研究总院，北京（100083）E-mail：zhangdb@ncepubj.edu.cn.摘要：本文介绍了在现代工业发展中镁及镁合金材料的开发、加工方法与性能和应用，对镁合金的研究现状和存在的问题进行了探讨。关键词：镁合金，加工方法，发展应用中图分类号:ＴＧ146.2镁合金材料自19世纪初被人们开发出来以来，就引起了人们的极大关注，经过几十年的研究，

2、直到20世纪初，镁合金在工业上才得以实质上的应用，到20世纪末，镁合金的研究和应用成为材料领域一个新的热点。当前，减少环境污染以及节约地球有限的资源是人们所面临的一个十分重要而紧迫的问题。特别近年来国际标准组织（ISO）提出了关于环境管理的ISO-14000系列标准后，推动着绿色制造的研究与应用工作更加活跃，一个绿色设计和绿色制造研究与开发的强大绿色浪潮正在全球兴起。镁合金材料被誉为21世纪最富有开发与应用潜力的绿色环保工程金属材料，这是人类文明社会发展的必然要求，有着深刻的经济和社会背景。镁合金是最轻的绿色工程结构材料，是继铁和铝之后，已成

3、为列居第三位的重要金属材料，在工业领域中占有日益重要的地位。镁合金和塑料、铝合金零件相比，除易于回收利用，不污染环境，是典型的绿色结构材料外，还具有突出的资源优势。我国是一个镁资源大国，镁矿产品种多、储量丰富，占世界可利用镁资源储量的70%左右。因此，在许多传统金属矿产日益枯竭和全球对技术革新、能源消耗、废气污染与噪音限制不断升级的今天，加速镁合金的研究、开发和产业化具有重要的现实意义。1．镁合金材料的开发由于纯镁的晶体结构为密排六方(HCP),其点阵参数为：a=0.3209nm,c=0.5211nm,c/a=1.6236,与理论值1.633

4、十分接近，室温下可启动的滑移系有限，而对于晶体而言，发生塑性变形时滑移面是原子的密排面，滑移方向是原子的密排方向,因此，镁通常在室温下表现出低的成形性能。通过改变加工工艺和添加合金元素来提高镁合金的力学性能，以提高镁合金的实用性。合金元素的加入对镁合金的性能有很大的影响，不同的元素对镁合金有不同的影响，合金元素的加入后其作用主要是固溶强化和析出强化，各种合金元素在镁合金的作用如下[1-3]：银：在与稀土一起加入时可改善合金的高温抗拉和蠕变性能，但对合金抗腐蚀性能不利。铝：改善合金铸造性能，但有形成显微缩松的倾向，是固溶强化元素，在低温下(<3

5、93Ｋ)会产生沉淀强化，对抗腐蚀性能影响较小；可显著提高镁合金的室温强度，尤其是屈服强度。-6铍：在浓度很低(<30×10)时能明显降低熔体表面氧化程度，其原理主要是在表层形成致密的氧化膜而起到保护作用，但含量过高会导致晶粒粗大[4]。钙：有明显细化晶粒作用，可稍微抑制熔体金属的氧化，其原理主要是在熔体表面形成1本课题得到教育部博士点基金资助（项目号：20040079006）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn致密的CaO膜，减缓了熔炼过程中的氧化速率和显微疏松倾向，改善抗蠕变性能，但对抗腐蚀性能不利[5]。铁：镁与低

6、碳钢坩埚几乎不反应,但镁合金中含有铁时，对抗腐蚀性能极不利，必须严格限制。锂：增大蒸发及燃烧的危险，只能在有保护和密闭条件下熔炼，室温下可起固溶强化作用，降低密度，提高延展性，强烈地降低耐蚀性。锰：以沉淀Fe、Mn化合物形式控制铁含量，细化沉淀产物，增大蠕变抗力，改善耐蚀性能。稀土：能改善铸造性能，在室温和高温下有固溶强化和沉淀强化作用，能改善高温抗拉和蠕变性能，能改善耐蚀性能，具有净化合金、改善组织、提高高温力学性能和增强耐蚀性等作用[6]。硅：降低铸造性能，与Al、Zn和Ag等元素形成稳定的硅化物，是弱的晶粒细化剂，可改善蠕变性能，提高了

7、拉伸性能和韧性，但对腐蚀性能有害[7]。钍：是抑制显微缩松、改善高温抗拉及蠕变性能、提高延展性的最有效的合金元素，但有放射性。钇：有细化晶粒作用，改善高温抗拉及蠕变性能，改善腐蚀行为[8]。锌：增加熔体流动性，是弱晶粒细化剂，有形成显微缩松倾向，有沉淀硬化作用，对腐蚀性能影响较小，可提高镁合金的力学性能。锆：最有效的晶粒细化剂，但与Si、Al和Mn等不相容，可从熔体中清除Fe、Al和Si等杂质，稍微改善室温抗拉性能。镍：适量的镍加入镁合金中可明显提高镁合金的力学性能[9]。钕：对强化镁合金基体，提高耐热强度，提高铸件组织致密性的作用尤为显著[

8、10]。目前，镁合金的合金化主要朝着两个方向进行：以高强高韧性和提高抗蠕变性能为目标[11,12]。按合金成分或生产工艺性能特点,可把镁合金分为三大类：铸造镁合金、