鎂合金

鎂合金
Magnesium alloy
                        李金星  車輛C043  學(xué)號：043365
關(guān)鍵詞：鎂合金（Magnesium alloy）
熱點聚焦 近幾年，全球鎂的用量以每年20％的幅度快速增長，這在現(xiàn)代工程金屬材料應(yīng)用中是前所未有的。有專家預(yù)測---鎂合金時代正向我們走來
如果每輛汽車上使用70公斤鎂合金，二氧化碳的年排放量就能減少30%以上。這是因為鎂合金比相同體積的鋁合金輕36%、鋅合金輕73%、鋼輕77%，而汽車自重每減輕100公斤，百公里油耗就可減少0.7升左右，二氧化碳排放相應(yīng)減少。因此，在現(xiàn)代汽車不斷高漲的減重節(jié)能要求下，鎂合金成為汽車輕量化無可爭辯的首選材料。而這只是鎂合金應(yīng)用的冰山一角。
    在日益嚴重的資源和環(huán)境雙重壓力下，鎂及鎂合金作為目前工程應(yīng)用中最輕和尚未被全面開發(fā)的金屬材料，正受到前所未有的關(guān)注，大規(guī)模開發(fā)和利用鎂合金的時代正向我們走來。
發(fā)展機遇  天然儲備得天獨厚
    實際上，發(fā)達國家對鎂合金的重視已有10年之久。隨著全球工業(yè)化進程的推進和資源大規(guī)模開發(fā)，以鐵、鋁為代表的許多傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)資源日益緊缺，各工業(yè)發(fā)達國家紛紛出臺具有戰(zhàn)略高度的大型研究計劃，推動鎂合金在交通、計算機、通訊、消費類電子、國防軍工等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。
    對于我國來說，鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義更是不同一般。我國鎂資源的蘊藏豐富，鎂資源占全球總儲量的22.5%。儲量巨大的白云石礦和青海的鹽湖，也含有十分豐富的鎂資源。    1999年，我國原鎂產(chǎn)量達到12萬噸，首次超過美國，成為是世界上第一大鎂生產(chǎn)國。至今已連續(xù)六年位居產(chǎn)量第一位，出口第一位。年總產(chǎn)量占全世界年總產(chǎn)量的70%以上，幾乎左右著世界原鎂的價格。
    上海交大副校長丁文江認為，鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將是提升我國制造業(yè)水平的重要契機。
    他說："隨著'創(chuàng)新-設(shè)計-制造'產(chǎn)業(yè)鏈在世界范圍內(nèi)形成分工，美國和日本等發(fā)達國家占領(lǐng)了產(chǎn)業(yè)鏈的前端。傳統(tǒng)加工制造業(yè)處于整個產(chǎn)業(yè)鏈的最末端，利潤空間被壓縮得十分有限，而且消耗了大量資源。發(fā)展鎂合金產(chǎn)業(yè)有可能變革這種局面，在我國金屬礦產(chǎn)資源當中，鎂是為數(shù)不多的幾種具有資源、生產(chǎn)和市場優(yōu)勢的資源之一。在與鎂相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈中，我們已經(jīng)占據(jù)了十分有利的地位"。
技術(shù)創(chuàng)新
    汽車里面的方向盤、儀表板和變速箱，手機、電腦、DVD，乃至彩電、冰箱和自行車......這些我們再熟悉不過的物件將會因為鎂合金材料的使用給人一種嶄新的感覺。
    這種悄然發(fā)生的變化和讓人激動的未來憧憬正是緣自國家科技攻關(guān)項目"鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化"項目的實施以及鎂合金關(guān)鍵技術(shù)、工藝與裝備的突破。
    2004年12月11日，青海察爾汗鹽湖的綿延鹽橋，見證了我國鎂資源利用技術(shù)一項具有歷史意義的成就，年產(chǎn)1500噸無水氯化鎂工業(yè)裝置現(xiàn)場調(diào)試成功。我國成為繼挪威、澳大利亞之后第三個建有水氯鎂石脫水工業(yè)裝置的國家。這一困擾我國鎂資源利用長達30年之久的世界性技術(shù)難題"水氯鎂石脫水"的破解，為富藏鎂資源的青海鹽湖地區(qū)建成為原鎂及鎂合金生產(chǎn)基地掃清了一大障礙
    也就是在這一年，"鎂制品成型關(guān)鍵裝備研究開發(fā)"取得突破：開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的10種規(guī)格鎂合金熱、冷室壓鑄機及熔爐系統(tǒng)等輔助裝備，填補了國內(nèi)鎂壓鑄成型裝備的空白，實現(xiàn)了鎂合金熔爐系統(tǒng)等關(guān)鍵輔助設(shè)備的國產(chǎn)化，占國內(nèi)市場近50%的份額。此項創(chuàng)新，打破了引進國外鎂合金成套生產(chǎn)設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高、企業(yè)國際競爭乏力，制約鎂合金產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與發(fā)展的局面。使更多的國內(nèi)企業(yè)因為行業(yè)門檻的降低而獲得巨大發(fā)展空間，使更多的國內(nèi)消費者用上了鎂制品。
    鎂合金制品應(yīng)用生產(chǎn)基地建立，圍繞汽車、摩托車及通訊產(chǎn)品等幾大領(lǐng)域，成功開發(fā)出25種鎂合金摩托車零件和52種鎂合金汽車零件。同時開發(fā)了14類鎂合金3C(計算機、通訊、消費類電子)產(chǎn)品零件和8種列車制動器零件，極大推動了鎂合金應(yīng)用市場的開發(fā)和培育。
    截至2006年4月，"鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化"項目中，鎂制品高效率低成本微弧氧化處理技術(shù)與裝備取得進展；激光-氬弧復(fù)合熱源焊接設(shè)備和工藝達到國際較高水平；皮江法煉鎂工藝技術(shù)不斷提高，節(jié)約了資源，減少了污染；高品質(zhì)鎂合金短流程工藝成功應(yīng)用，大大降低了生產(chǎn)成本......
    圍繞鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)所取得的技術(shù)成就與產(chǎn)業(yè)化示范，國家鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化辦公室負責人介紹："該項目克服了以發(fā)展單項技術(shù)為主、材料研究與應(yīng)用產(chǎn)品脫節(jié)的傳統(tǒng)項目管理模式，按照'一條產(chǎn)業(yè)鏈'的總體布局，集中組織了原鎂及高品質(zhì)鎂合金、鎂合金關(guān)鍵裝備、交通和3C等領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)、鎂合金回收等高度關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。"
    目前，在北到黑龍江，南到廣東、珠江三角洲，西到寧夏、青海，東到膠東半島、長江三角洲以及西南的重慶、四川等，我國已經(jīng)初步形成一條相對完整的鎂合金技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)鏈。這條產(chǎn)業(yè)鏈貫穿東西南北，體現(xiàn)了從原料生產(chǎn)、裝備制造、產(chǎn)品開發(fā)到產(chǎn)業(yè)化示范基地的鎂合金高技術(shù)產(chǎn)業(yè)格局。
鎂合金在工業(yè)上的用途已經(jīng)在逐漸改變著人們的生活，推動著社會的發(fā)展
 在2004年3月14日至18日，美國北加州汽車行業(yè)與鎂行業(yè)聯(lián)合召開鎂技術(shù)國際研討會。主要議題是：鎂及鎂合金焊接技術(shù)在汽車上的應(yīng)用；變形鎂合金、強韌化技術(shù)、抗蝕性及表面處理技術(shù)；鎂的回收及環(huán)境；鑄造技術(shù)；汽車零部件主題技術(shù)；新合金的開發(fā)及高強韌、高疲勞、高溫和耐蝕。20多個國家的代表參加了本次盛會，其中有美國通用、福特汽車兩大公司和世界上最大的兩個鎂企業(yè)。
 在鎂合金上電鍍耐蝕金屬一般要經(jīng)過電鍍銅的過渡層以提高后鍍金屬的均鍍性能和結(jié)合力．焦磷酸鹽電鍍銅是一種環(huán)保型電鍍工藝，通過電鍍鋅后再電鍍銅能獲得結(jié)合力和致密性較高的鍍層．鍍鋅液以硫酸鋅為主鹽，焦磷酸鉀為配合劑，檸檬酸銨作輔助配合劑兼導(dǎo)電鹽，電流密度2～3A·dm^-2，溫度在40℃時得到的鋅鍍層耐蝕性能較好，鍍銅電流密度在0．5～2A·dm^-2之間得出的鍍層耐蝕性能較好．用研究的焦磷酸鹽鍍銅工藝代替氰化鍍銅工藝作為過渡銅鍍層的無氰鍍工藝．
 采用電壓-時間曲線、全浸腐蝕實驗、極化曲線法、X射線衍射法（XRD）、掃描電鏡（SEM）和能量色散譜儀（EDS）等方法研究了AZ91D鎂合金在含不同濃度氫氧化鈉溶液中的陽極氧化行為和膜層的成分、結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在本研究給定工藝中，AZ91D鎂合金的陽極氧化過程可分為三個階段：電火花出現(xiàn)之前的致密層生成階段，少量小電火花出現(xiàn)的多孔層生成階段，出現(xiàn)較大電火花的多孔膜層穩(wěn)定生長階段。陽極氧化過程中，隨著NaOH濃度的升高，出現(xiàn)電火花的時間縮短，出現(xiàn)電火花的電壓值降低，陽極氧化膜表面的顆粒變小、孔隙率減小，膜層厚度減小；陽極氧化膜的主要組成是MgO，并含有少量的Mg3B2O6；NaOH濃度對陽極氧化膜耐蝕性影響較大，當NaOH濃度為40g/L時，膜層的耐蝕性能最好。
 利用平行板觸變壓縮儀研究了電磁攪拌的半固態(tài)AZ91D合金試樣的壓縮變形和組織．結(jié)果表明：隨著半固態(tài)壓縮變形溫度的升高，AZ91D鎂合金試樣變形的速度加快，即變形應(yīng)變速度增大，但壓縮應(yīng)力不斷下降；在某一載荷下，AZ91D鎂合金試樣壓縮變形應(yīng)力和應(yīng)變呈明顯的線性關(guān)系，與壓縮溫度的高低無關(guān)．隨著半固態(tài)壓縮載荷的提高，AZ91D鎂合金試樣變形的速度增加，應(yīng)變速度增大，應(yīng)力下降速度加快；在不同的壓縮載荷下，AZ91D鎂合金試樣的壓縮變形應(yīng)力和應(yīng)變都呈明顯的線性關(guān)系．在實驗中的各種半固態(tài)壓縮變形條件下，初生α-Mg在壓縮后AZ91D鎂合金試樣組織中的分布很均勻，幾乎不存在組織偏析，當初牛固相的形態(tài)呈球狀結(jié)構(gòu)，在相同的變形條件下，不同種類合金的半固態(tài)壓縮變形規(guī)律非常相似。
 利用模內(nèi)直接抽真空的方法可以解決鎂合金薄壁殼形件流程長、填充型腔困難的問題，同時可減少鎂合金的氧化和內(nèi)部氣孔、提高壓鑄件致密度、減小變形和達到高的表面質(zhì)量要求。分析了薄壁殼形件鎂合金真空壓鑄模設(shè)計的要點，指出了模具澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機構(gòu)等的設(shè)計與常規(guī)壓鑄模具設(shè)計之間存在的差別，確保真空壓鑄成型工藝能夠順利實現(xiàn)。
 針對不同晶粒尺寸的鎂合金AZ31及添加稀土Ce或Nd的AZ31Ce／AZ31Nd的軋制變形行為，探討了滑移、孿生和晶界滑動三種變形機制在鎂合金塑性變形過程中的作用。結(jié)果表明：多種變形機制共同作用可提高鎂合金在熱變形時的塑性變形能力；合金熱變形及再結(jié)晶退火后，在平均晶粒尺寸為50μm以上的大晶粒中，變形機制以滑移和孿生為主，位錯運動和增殖會使位錯在變形過程中互相纏結(jié)、釘扎以及受晶界的阻礙而終止運動；孿生容易發(fā)生在不利于滑移的晶粒中促進塑性變形；在5～20μm的小晶粒中，晶界滑動機制發(fā)揮了重要作用，它可以協(xié)調(diào)大尺寸晶粒的變形而對提高鎂合金變形能力起有益的補充作用。
 對鎂合金輪轂低壓鑄造模具關(guān)鍵部位的冷卻性能進行模擬研究，對比了采用不同冷卻方式所產(chǎn)生的凝固縮孔缺陷．研究發(fā)現(xiàn)，單獨設(shè)置側(cè)模冷卻管道是一種有效的冷卻方式，能夠很好地減小鎂合金輪轂低壓鑄造凝固過程中在輪輻與輪輞連接處所產(chǎn)生的合金液體孤島體積，使其位置向輪心方向移動，進而降低這些區(qū)域的縮孔缺陷．通過對改進冷卻性能后的輪轂實施靜力學(xué)強度分析，對比改善前后輪轂應(yīng)力應(yīng)變分布情況，表明了模具冷卻性能改善的有效性．
 研究了電磁攪拌強度和攪拌時間對鎂合金AZ91D半固態(tài)組織的影響。結(jié)果表明：提高攪拌強度和延長攪拌時間均有利于非枝晶組織的形成。電磁攪拌使初生a-Mg由枝晶狀變?yōu)榍驙睿�是由于攪動引起熔體內(nèi)熱量和物質(zhì)的快速混合，使熔體內(nèi)各處的溫度和成分均勻，不僅使已生成的樹枝晶沿根部熔斷分離，而且消除了枝晶生長的條件，無論是熔斷的枝晶碎塊還是新生成的晶核均生長成球狀或近球狀。
 目前世界范圍內(nèi)變形鎂合金研究領(lǐng)域的前沿熱門課題--變形鎂合金連續(xù)鑄軋成型技術(shù)．近日在洛陽銅加工集團有限責任公司取得突破性進展：筆者獲悉，6mm×600mm的AZ31B變形鎂合金帶坯試制成功，標志著洛銅集團在變形鎂合金生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)站在了世界前沿，在國內(nèi)國際處于領(lǐng)先地位，對我國及世界鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有深遠的影響。
由大變強
面向未來任重道遠
    有關(guān)專家提醒，作為鎂資源大國、鎂生產(chǎn)大國和出口大國，我們要成為鎂產(chǎn)業(yè)強國還有很長的路要走。
    "鎂產(chǎn)業(yè)是一個技術(shù)含量很高的新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)建立的鎂合金產(chǎn)業(yè)鏈還存在許多薄弱環(huán)節(jié)，一些制約鎂產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的技術(shù)瓶頸仍未突破。"科技部有關(guān)負責人表示。"這些技術(shù)瓶頸包括制約鎂合金發(fā)展的三大技術(shù)難題(低強度、低塑性、不耐蝕)尚未突破；現(xiàn)有鎂合金的強度、抗蠕變性能較低，制約了鎂合金在更大范圍的應(yīng)用；針對鎂合金零部件的工程設(shè)計開發(fā)還停留在替代利用階段等等。"
    "10多年來，中國鎂工業(yè)以年均37%的增長率迅速發(fā)展，給中國經(jīng)濟發(fā)展帶來無限生機。但是，快速發(fā)展的同時，帶來一些問題：如工藝簡單，技術(shù)裝備落后，污染環(huán)境，資源、能源浪費比較嚴重，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定等。這些問題必將給鎂業(yè)良性發(fā)展帶來嚴重后果。"中國工程院左鐵鏞院士直言不諱。
    對此，左鐵鏞院士提出了未來發(fā)展我國鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)的一些具體建議，諸如走循環(huán)經(jīng)濟之路發(fā)展新型鎂工業(yè)；加強鎂的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，加大鎂深加工產(chǎn)品的研發(fā)與推廣力度。他還希望政府能夠出臺相關(guān)政策，拉動國內(nèi)鎂制品的應(yīng)用。諸如對交通領(lǐng)域提出減重、尾氣排放要求，使國內(nèi)汽車制造商不得不采用鎂合金替代鋼、鋅合金、鋁合金等鑄件以減輕汽車自重。
    針對近年來我國原鎂產(chǎn)量及出口量快速發(fā)展，鎂的初級產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)有所突破，但高附加值的鎂合金產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用卻顯相對不足的現(xiàn)狀，左鐵鏞院士呼吁"我國鎂業(yè)的發(fā)展，應(yīng)向規(guī)模化、專業(yè)化、集團化方向發(fā)展，提高產(chǎn)業(yè)的集中度，形成以鎂為中心的產(chǎn)業(yè)群，把企業(yè)做大做強，做專做特，充分挖掘我國鎂資源潛力，以促進我國鎂工業(yè)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。"

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