AZ80A鎂合金

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鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是：密度?。?/span>1.8g/cm3鎂合金左右）,比強度高,比彈性模量大,散熱好,消震性好,承受沖擊載荷能力比鋁合金大,耐有機物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁,鋅,錳,鈰,釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金,其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空,航天,運輸,化工,火箭等工業(yè)部門。在實用金屬中是最輕的金屬,鎂的比重大約是鋁的2/3,是鐵的1/4。它是實用金屬中的最輕的金屬,高強度,高剛性。

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產(chǎn)品特點

鑄造鎂合金AZ80M,具有較高的抗振能力和吸熱性能,因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金AZ31B在汽油,煤油和潤滑油中很穩(wěn)定,適于制造發(fā)動機齒輪機匣,油泵和油管,又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂,艙門和舵面等活動零件。民用機和軍用飛機,尤其是轟炸機廣泛使用鎂合金制品。著名的美國B-52轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤,擠壓件90公斤,鑄件超過200公斤。鎂合金也用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星上的一些部件,如中國“紅旗”地空導(dǎo)彈的儀表艙,尾艙和發(fā)動機支架等都使用了鎂合金。

目前,AZ31B鎂合金在汽車上的應(yīng)用也很廣泛。如離合器殼體,閥蓋,變速箱體氣缸蓋,空調(diào)機外殼等。方向盤,轉(zhuǎn)向支架,剎車支架等。為了在汽車受到撞擊后提高吸收沖擊力和輕量化,在方向盤和坐椅上使用鎂合金。根據(jù)有關(guān)研究,汽車所用燃料的60%是消耗于汽車自重,汽車自重每減輕10%,其燃油效率可提高5%以上;汽車自重每降低100 kg,每百公里油耗可減少0.7 L左右,每節(jié)約1 L燃料可減少CO2排放2.5 g,年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對環(huán)境和能源的影響非常大,汽車的輕量化成必然趨勢。

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鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能,電磁屏蔽性能,防輻射性能,可做到100%回收再利用。鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高,可進行高精度機械加工。

鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應(yīng)制造汽車各類壓鑄件。但鎂合金線膨脹系數(shù)很大,達到25～26 μm/m℃,而鋁合金則為23 μm/m℃,黃銅約20 μm/m℃,結(jié)構(gòu)鋼12 μm/m℃,鑄鐵約10μm/m℃,巖石（花崗巖,大理石等）僅為5～9 μm/m℃,玻璃5～11 μm/m℃。

鎂物理性能的優(yōu)點

在航天的應(yīng)用

鎂合金是航空器,航天器和火箭導(dǎo)彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂的重量比鋁輕,比重為1.8,強度也較低,只有200～300兆帕（20～30公斤/毫米2）,主要用于制造低承力的零件。

鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕,因此零件使用前,表面需要經(jīng)過化學(xué)處理或涂漆。德國首先生產(chǎn)并在飛機上使用含鋁的鎂合金。鎂合金具有較高的抗振能力,在受沖擊載荷時能吸收較大的能量,還有良好的吸熱性能,因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金在汽油,煤油和潤滑油中很穩(wěn)定,適于制造發(fā)動機齒輪機匣,油泵和油管,又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂,襟翼,艙門和舵面等活動零件。民用機和軍用飛機,尤其是轟炸機廣泛使用鎂合金制品。例如,B-52轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤,擠壓件90公斤,鑄件超過200公斤。鎂合金也用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星上的一些部件,如中國“紅旗”地空導(dǎo)彈的儀表艙,尾艙和發(fā)動機支架等都使用了鎂合金。中國稀土資源豐富,已于70年代研制出加釔鎂合金,提高了室溫強度,能在300°C下長期使用,已在航空航天工業(yè)中推廣應(yīng)用。

合金名稱
特征
應(yīng)用范圍

AZ91D 強度高且耐腐蝕性好 電器產(chǎn)品的殼體等
AM60B 延伸率和抗沖擊力大 汽車上的方向盤和坐椅等
AM50A 延伸率和抗沖擊力大 汽車上的方向盤和坐椅等
AS41B 抗蠕變性能好 汽車上的減速箱等

機械加工性能

鎂合金比其他金屬的切削阻力小,在機械加工時,可以較快的速度加工。
表：各種金屬的切削阻力（以鎂合金的切削阻力為1)
金屬名 切削阻力
鎂合金 1.0
鋁合金 1.8
黃銅2.3
鑄鐵3.5

耐凹陷性好：鎂合金與其他金屬相比抗變形力大,由沖撞而引起的凹陷小于其他金屬。

對振動·沖擊的吸收性：由于鎂合金對振動能量的吸收性能好,使用在驅(qū)動和傳動的部件上可減少振動。另外,沖擊能量吸收性能好,比鋁合金具有更好的延伸率的鎂合金,受到?jīng)_擊后,能吸收沖擊能量而不會產(chǎn)生斷裂。

鎂合金與塑料不同,它可以簡單地再生使用且不降低其機械性能,而塑料很難在不降低其機械性能再生使用。鎂合金與其他金屬相比,熔點低,比熱小,在再生熔解時所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。

表：各種材料的物理性質(zhì)比較

材料名 密度(g/cm3) 熔點（℃） 導(dǎo)熱系數(shù)（W/Mk) 抗拉強度（MPa) 屈服點（MPa) 延伸率（%) 比強度 楊氏模量（GPa)
鎂合金（觸變成形）
AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45
AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45

鋁合金
（壓鑄成形） 380 2.70 595 100 315 160 3 117 71
鋼鐵 碳素鋼 7.86 1520 42 517 400 22 66 200
塑料 ABS 1.03 90(Tg) 0.2 35 * 40 34 2.1
PC 1.23 160(Tg) 0.2 104 * 3 85 6.7

鎂合金的種類

在數(shù)碼單反相機上的應(yīng)用
鎂合金由于密度低,強度較高,具有一定的防腐性能,常用來做單反相機的骨架。一般中高端及專業(yè)數(shù)碼單反相機都采取鎂合金做骨架,使其堅固耐用,手感好。如佳能的1D系列,5D系列,7D及10D-50D,尼康的D3系列,D700,Dx00系列及最新的D7000,賓得的K-7及K-5等都是鎂合金機身。
采用了鎂合金機身的數(shù)碼單反相機不僅是準(zhǔn)專業(yè)級專業(yè)的象征,也具有高昂的價格。

按成型方法分為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩類。 

1,合金名稱
鎂合金的合金名稱是以主要添加合金元素及其百分比來取名。

2,主要合金的成分（ASTM規(guī)格）
合金名稱 Mg Al Zn Mn Si Cu Ni Fe
AZ91D bal. 8.5-9.5 0.45-0.90 0.17-0.4AM60B bal. 5.6-6.4AM50A bal. 4.5-5.3AS41B bal. 3.7-4.8

防腐方法

鎂合金化學(xué)處理

鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜按溶液可分為：鉻酸鹽系,有機酸系,磷酸鹽系,KMnO4系,稀土元素系和錫酸鹽系等。
傳統(tǒng)的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結(jié)構(gòu)很致密,含結(jié)構(gòu)水的Cr則具有很好的自修復(fù)功能,耐蝕性很強。但Cr具有較大的毒性,廢水處理成本較高,開發(fā)無鉻轉(zhuǎn)化處理勢在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無定型組織的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜,耐蝕性與鉻酸鹽膜相當(dāng)。堿性錫酸鹽的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理可作為鎂合金化學(xué)鍍鎳的前處理,取代傳統(tǒng)的含Cr,F或CN等有害離子的工藝?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜多孔的結(jié)構(gòu)在鍍前的活化中表現(xiàn)出很好的吸附性,并能改鍍鎳層的結(jié)合力與耐蝕性。 

有機酸系處理所獲得的轉(zhuǎn)化膜能同時具備腐蝕保護和光學(xué),電子學(xué)等綜合性能,在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的新發(fā)展中占有很重要的地位。
化學(xué)轉(zhuǎn)化膜較薄,軟,防護能力弱,一般只用作裝飾或防護層中間層。

陽極氧化
陽極氧化可得到比化學(xué)轉(zhuǎn)化更好的耐磨損,耐腐蝕的涂料基底涂層,并兼有良好的結(jié)合力,電絕緣性和耐熱沖擊等性能,是鎂合金常用的表面處理技術(shù)之一。 

傳統(tǒng)鎂合金陽極氧化的電解液一般都含鉻,氟,磷等元素,不僅污染環(huán)境,也損害人類健康。近年來研究開發(fā)的環(huán)保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經(jīng)典工藝Dow17和HAE有大程度的提高。優(yōu)良的耐蝕性來源于陽極氧化后Al,Si等元素在其表面均勻分布,使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 

一般認為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)通過向陽極氧化溶液中加入適量的硅-鋁溶膠成分,一定程度上能改善氧化膜層厚度,致密度,降低孔隙率。而且溶膠成分會使成膜速度出現(xiàn)階段性快速和緩慢增長,但基本上不影響膜層的X射線衍射相結(jié)構(gòu)。 

但陽極氧化膜的脆性較大,多孔,在復(fù)雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。

金屬涂層

鎂及鎂合金是最難鍍的金屬,其原因如下：
（1）鎂合金表面極易形成的氧化鎂,不易清除干凈,嚴(yán)重影響鍍層結(jié)合力；
（2）鎂的電化學(xué)活性太高,所有酸性鍍液都會造成鎂基體的迅速腐蝕,或與其它金屬離子的置換反應(yīng)十分強烈,置換后的鍍層結(jié)合十分松散；

（3）第二相（如稀土相,γ相等）具有不同的電化學(xué)特性,可能導(dǎo)致沉積不均勻；
（4）鍍層標(biāo)準(zhǔn)電位遠高于鎂合金基體,任何一處通孔都會增大腐蝕電流,引起嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕,而鎂的電極電位很負,施鍍時造成針孔的析氫很難避免；
（5）鎂合金鑄件的致密性都不是很高,表面存在雜質(zhì),可能成為鍍層孔隙的來源。

因此,一般采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法先浸鋅或錳等,再鍍銅,然后再進行其它電鍍或化學(xué)鍍處理,以增加鍍層的結(jié)合力。鎂合金電鍍層有Zn,Ni,Cu-Ni-Cr,Zn-Ni等涂層,化學(xué)鍍層主要是Ni-P,Ni-W-P等鍍層。
單一化學(xué)鍍鎳層有時不足以很好地保護鎂合金。有研究通過將化學(xué)鍍Ni層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合,約35μm厚的鍍層經(jīng)鈍化后可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人采用化學(xué)鍍鎳作為底層,再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層,平均結(jié)晶顆粒大小為40nm,因晶粒的細化而使鍍層孔隙率大大降低,結(jié)構(gòu)更致密。
電鍍或化學(xué)鍍是同時獲得優(yōu)越耐蝕性和電學(xué),電磁學(xué)和裝飾性能的表面處理方法。缺點是前處理中的Cr,F及鍍液對環(huán)境污染嚴(yán)重；鍍層中多數(shù)含有重金屬元素,增加了回收的難度與成本。由于鎂基體的特性,對結(jié)合力還需要改善。

激光處理

激光處理主要有激光表面熱處理和激光表面合金化兩種。
激光表面熱處理又稱為激光退火,實際上是一種表面快速凝固處理方式。而激光表面合金化是一種基于激光表面熱處理的新技術(shù)。激光表面合金化能獲得不同硬度的合金層,具有冶金結(jié)合的界面。利用激光輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可制得單層和多層合金化層。

采用寬帶激光在鎂合金表面制備Cu-Zr-Al合金熔覆涂層時,由于涂層中形成的多種金屬間化合物的增強作用,使合金涂層具有高的硬度,彈性模量,耐磨性和耐蝕性。而由于稀土元素Nd的存在,在經(jīng)過激光快速熔凝處理之后得到的激光多層涂敷,晶粒得到明顯細化,能提高熔覆層的致密性和完整性。

激光處理能處理復(fù)雜幾何形狀的表面,但鎂合金在激光處理時易發(fā)生氧化,蒸發(fā)和產(chǎn)生汽化,氣孔以及熱應(yīng)力等問題,設(shè)計正確的處理工藝至關(guān)重要。

其他處理

離子注入是在高真空狀態(tài)下,在十至數(shù)百KV電壓的靜電場作用下,經(jīng)加速的高能離子（Al,Cr,Cu等）以高速沖擊要處理的表面而注入樣品內(nèi)部的方法。注入的離子被中和并留在樣品固溶體的空位或間隙位置,形成非平衡表面層。

有研究認為耐蝕性能的提高是由于自然氧化物的致密化,注入離子的輻射和形成鎂的氮化物的結(jié)果。所得改性層的性能與所注入離子的量和改性層的厚度有關(guān),而基體表面的MgO對改性層的耐蝕性能的提高也有一定的促進作用。

氣相沉積即蒸發(fā)沉積涂層,有物理氣相沉積(PVD）和化學(xué)氣相沉積(CVD）兩種。它是利用能使鎂合金中的Fe,Mo,Ni等雜質(zhì)含量大幅度降低,同時利用涂層覆蓋基體的各種缺陷,避免形成局部腐蝕電池,從而達到改善防腐性能的目的。 

與鎂合金的其他表面處理技術(shù)相比,有機涂層保護技術(shù)具有品種和顏色多樣,適應(yīng)性廣,成本低,工藝簡單的優(yōu)點。目前廣泛使用的主要是溶劑型的有機涂料。粉末型的有機涂層因無溶劑,和具備污染少,厚度均勻以及較佳耐蝕性能等特點,近幾年來在汽車,電腦殼體等鎂合金部件上的應(yīng)用較受歡迎。 

鎂合金壓鑄件由于鎖模力不足,合模不良,模具強度不足,熔湯溫度太高等問題會出現(xiàn)表面有毛刺的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象叫做產(chǎn)品披鋒,往往是企業(yè)必須要面對的后處理加工工序.目前主要是根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)運用手工打磨,氫氧爆炸以及昭凌冷凍拋丸機去解決。

鎂合金板材用途

①鎂合金板材是航空,航天工業(yè)不可缺少的材料。航空材料減重帶來的經(jīng)濟效益和性能改善十分顯著,商用飛機與汽車減重相同質(zhì)量帶來燃油費用節(jié)省,前者是后者的近100倍,而戰(zhàn)斗機的燃油費節(jié)省又是商用飛機的近10倍,更重要的是其機動性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因為如此,航空工業(yè)才會采取各種措施增加鎂合金應(yīng)用。現(xiàn)在飛機所用的鋁材料約占飛機總重量的85%,高強度,耐腐蝕的鎂合金板比鋁板性能更好,在飛機上應(yīng)用更有優(yōu)勢。
③交通工具上應(yīng)用,如汽車,火車,船舶等,減輕重量,節(jié)省能源,減少污染,國家正大力發(fā)展。
④在3C產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。
⑤在電源上應(yīng)用,鎂電源類產(chǎn)品都是高能無污染電源,如制造鎂錳干電池,鎂空氣電池,鎂海水電池,魚雷電源以及動力電池。
⑥高電位鎂合金犧牲陽極板用在金屬保護上。
⑦民用也很廣。如環(huán)保建筑裝飾板材,體育,,工具,高級眼鏡架,手表殼,
高級旅行用品等
焊絲應(yīng)用
鎂合金焊絲用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金,廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器 ,航空航天,汽車配件及民用鎂制品和工藝品的焊接,是用于焊修鎂合金斷裂,裂紋,沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲。
產(chǎn)品優(yōu)點
優(yōu)點：①密度小,比鋁輕1/3,其比強度（抗拉強度與密度之比值）較鋁合金高；②疲勞極限高；③能比鋁合金承受較大的沖擊載荷；④導(dǎo)熱性好；⑤鑄造性能好；⑥尺寸穩(wěn)定性好；⑦易回收；⑧有良好的切削加工性；⑧有較好的減振性能；⑩在諸多方面比工程塑料優(yōu)越,可替代工程塑料；@在煤油,汽油,礦物油和堿類中的耐蝕性較高等。 

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