镁合金研制的最新发展

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:3

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摘要：本文主要综述了镁合金在新材料研究、液态成型、固态成型、连接、表面处理、净化与旧料再生等方面的最新研究进展，介绍了上海交通大学轻合金国家工程中心在相关领域的研究成果。

AbstractThe latest development of Magnesium alloy in new alloy research, liquid forming, solid forming, joining, surface treatment, refining and reclaim were reviewed. The achievements of National Engineering Research Center of Light Alloys Net Forming in relative areas were also concerned.

镁合金是最轻工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳体类零件。镁合金及其相关技术的发展促进了镁合金在各个领域的应用。本文主要介绍镁合金在新材料的研究、液态成型、固态成型、连接、表面处理与耐蚀性、净化与旧料再生等几个领域的最新发展，希望藉此促进中国镁合金的研究与应用。

1．新材料的研究

由于交通工具轻量化的推动，世界各国都展开了对镁合金的研究，寻找一种可以满足要求的新型合金，是各国科技工作者的一个共同目标。限制镁合金发展的一个主要原因是镁合金的高温性能—抗蠕变能力和高温疲劳性能较差，因此新材料的研发主要是针对这一问题进行的，概括的说主要包括两个方面，一是对现有合金的优化，主要是针对现有的商业镁合金，特别是对AZ，ZK系合金进行改性，通过添加合金元素以期改善合金的高温性能；二是新合金系的开发，主要是指新型Mg-RE系的研发。

1.1耐热镁合金

目前，对于Mg-Al 系耐热铸造镁合金的研究主要集中在以下两方面[1]: ①AZ 系(Mg-Al-Zn) 镁合金的耐热性改善,其主要通过添加微量合金元素(如RE、Si、Ca、Ba、Bi、Sb和Sn等) 改善AZ系合金中β相(Mg17Al12 )的形态结构和/或形成新的高熔点、高稳定性的第二相来提高其耐热性；②新型耐热镁合金系列的开发，其主要以Mg-Al二元合金为基础，通过单独或复合添加Si、RE、Ca、Sr等合金元素，以形成具有抗高温蠕变性能的新型耐热镁合金系列。表1显示了部分新开发的Mg-Al系耐热铸造镁合金的化学成分及主要强化相[1]。

国内外对Mg-Al系合金研究较多, 而对Mg-Zn系合金研究较少[2]。最近, Mg-Zn系合金的主要研究成果之一是新Mg-Zn-Cu合金的开发[3，4]，较典型的合金有ZC63 (Mg-6Zn-3Cu-0.5Mn) 和ZC62 (Mg-6Zn-1.5Cu-0.35Mn)。其中, ZC63具有中等室温强度，使用温度可到150℃；而ZC62的室温和高温性能都优于AS21。有研究[5]表明，在Mg-Zn-Al合金中加入Ca或Sr有利于提高Mg-Zn合金的抗蠕变性能，且Ca比Sr更有效。Luo等[6]发明了一种新型的Mg-Zn-Al-Ca 耐热镁合金，其主要成分为Mg-8%Zn-5%Al-(0.6-1.2%)Ca。这种合金成本低，铸造性能及耐蚀性能好，高温力学性能优良。

1.2 稀土的应用

稀土在镁合金中的作用除净化、除气、除杂以外，还能改善合金的铸造性能、耐蚀性能和焊接性能，提高合金的高温抗拉强度和抗蠕变能力[2]。最近Mordike的研究[7]还表明，在Mg-Y合金中加入Sc和Mn的Mg-4Y-1Sc-1Mn合金, 其抗蠕变性能还远优于WE43(T6)合金；另外，在Mg-Sc合金中加入Mn、Ce所构成的Mg-Sc-Mn和Mg-Sc-Ce-Mn合金中, 可形成热稳定的Mn2Sc、Mg12Ce粒子，使得合金耐热性能比WE系合金更好，如在350℃、30MPa下，Mg-6Sc-1Mn(T5)合金的最小蠕变速率比WE43(T6)低2个数量级，而加入少量Ce 的Mg-4Y-1Sc-1Mn (T5)合金的抗蠕变性能会更好[7]。另外，在Mg-Y合金中加入少量Zn，也可大大提高合金的抗蠕变性能[8]。为了减少昂贵Y元素的加入而又不牺牲Mg-Y合金的强度，加入Zn是一种有效的方法。Zn的加入可以用过形成层错抑制基面滑移从而提高合金抗蠕变性能[9]。

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