第3讲-镁及镁合金材料的发展
镁及镁合金材料的发展
※非晶镁
1、晶粒细化；
2、化学均匀性增加，大大改善耐损坏性； 3、晶粒细化对Hall-Patch强化的影响； 4、形成多相弥散体系。 牛牛文档分享 牛牛文档分享
镁合金阻燃抗氧化方法
(1) 熔剂保护阻燃法。在镁合金整个熔炼过程中，在 熔剂保护下隔绝大气进行。镁合金采用熔剂保护防燃 使用最早也最广泛，具有工业应用价值。 (2) 气体保护阻燃法。常用气体为SF6、CO2和SO2。其 中SF6为无色无味无毒气体，是最常用的镁合金保护气 氛。 但SF6、CO2等气体具有强烈的“温室效应”，由 于它们对环境的污染需、科技部、体育部和文 化部共同组织实施的历时四年的 “Platform
Science and Technology for Advanced Magnesium Alloy”。着重研究镁的新合金、新工艺，
开发出超高强变形镁合金材料和可冷压加工的镁合 金板材。 德国于1997年由政府教育部组织，全国60余家 企业，6所大学耗资2500万马克制订了“高新制造技 术发展计划”，以解决镁合金生产中各种技术难题。 英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金用于Magnox核 反应堆燃料罐。 以色列最近也研制出用于航天飞行器上兼具优 良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金。 法国和俄等3C产品
全镁合金20%速度飞速增长
从1998年到2000年在汽车上的镁合金用量： ※北美由5.93万吨增至7.85万吨； ※欧洲由1.68万吨增至2.68万吨； ※日本由0.63万吨增至0.73万吨。 西方目标：在每辆轿车上用镁合金30~40Kg。 西方汽车商已把单量轿车用镁合金零件的多少作为 衡学性能比较
几种
※汽车、摩托车、飞机零件
（减震、节能、提高驾乘舒适度）
轿Mg-RE合金的高温性能按La、Ce、MM （富Ce混合稀土）、Nd的序列提高。 Sauerward发现了Mg-RE合金中锆（Zr）的晶粒细化作用。 Payne等发现银的加入明显改善Mg-RE合金的时效硬化效应。
镁及镁合金材料与热处理 教学PPT课件
1镁及镁合金
镁的来源：
• 海水含量为 2.8% ，也以其它方式存在.
• 白云石：dolomite (CaMg(CO3)2) .
• 菱镁矿：magnesite (MgCO3) .
• 光卤石：Carnallite (KMgCl3.6H2O).
• 镁是在自然界中分布最广的十个元素之一.
• 纯度99.8% 镁的就可以应用，但纯镁很少应用于工程中.
（3）T4,淬火处理。
可以提高合金的抗拉强度和延伸率，ZM5常用此规范。
为提高过饱和固溶度，淬火温度只比固相线低5-10℃。加热时间较长（砂型厚壁铸件）
（4）T6,淬火+人工时效。
目的：提高合金的屈服强度，塑性有所降低。主要应用于Mg-Al-Zn系和Mg-RE-Zr系合金。
10
金属材料热处理
1.3常见的镁合金
镁合金常用热处理类型
（1）T1（人工时效）, 铸造或铸锭变形加工后，不再单独进行固溶处理而是直接人工时效。
特点：工艺简单，有一定的实效强化效果
如Mg-Zn合金，重新加热淬火会造成粗晶粒组织，时效后综合性能反不如T1状态。
（2）T2（退火），为了消除铸件残余应力及变形合金的冷作硬化而进行的退火处理。
如：Mg-Al-Zn系铸造合金ZM5的退火规程为350℃加热2-3h，空冷，冷却速度对性能无影响。
• 1927～1930年：德国生产的汽车平均每辆用73.8公斤镁合金。
• 1936～1940年：德国大众汽车（巴西）公司在“甲壳虫”汽车上累计用了4万
吨镁合金（曲轴箱、传动箱壳体）。
2
金属材料热处理
镁的发展过程：
•1948～1962年：美国采用热室压铸机生产了数百万件汽车镁压铸件。
最新文档-镁及镁合金ppt课件-PPT精品文档
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
9 12.5
30 36
2.2 纯镁－纯镁的ຫໍສະໝຸດ 性物理性能单位 g/cm3
W/m· k μm/m· k %35MPa J/l· k kJ/l
AZ91 1.81
AM 60
A380 压铸 合金 320 160
A356 T6 262 185 186 205 90
尼龙 195 170
ABS 45 40
钢 ~330 ~200
220
0.1%蠕变强度
无缺口冲击强度 有缺口冲击强度 延伸率 弹性模量 剪切模量 布氏硬度
MPa
J J % GPa GPa
125℃
34
6 1.5 3
51
AM60 1.79
61
A380 DC
A356 T6
镁物理性能的优点
尼龙 1.4
0.33
ABS 1.05
0.28
钢 7.8
14
比重
传热系数
2.74
96
2.69
159
膨胀系数
减振性能 比热 熔化潜热 凝固范围 腐蚀失重 3天5% NaCl
26
29 1900 673 470-595 0.02
25.6
52
34
22 3.2 8-15 45
135
3.5 11
4 72 27
5 73 28 80
8 8.9
17 2.1
30-50 207 83 140
Ambient Ambient
45 14 65
《镁合金教育资料》课件
列举镁合金相关领域的研究论文和专利作为参考。
镁合金的行业标准和技术规范
介绍镁合金制造和应用中的行业标准和技术规范。
镁合金相关的图书和学术专著
推荐镁合金相关的图书和学术专著供进一步阅读。
展望镁合金在未来的发展前景，包 括新材料、新应用和新技术。
五、总结与展望
1 镁合金市场前景分析
2 镁合金的应用前景展望 3 镁合金研究的一些挑
战和亟待解决的问题
分析镁合金市场的发展前景
展望镁合金在各行业中的应
和商业机会。
用前景和潜在需求。
讨论在镁合金研究中可能面
临的挑战和需要解决的问题。
六、参考文献
化学性质
介绍镁合金与其他元素和物质的 反应性和耐蚀性。
机械性能和加工性能
评估镁合金的强度、韧性和可加 工性。
四、镁合金的应用案例与前景展望
汽车和航空航天领域的应用 案例
探索镁合金在汽车和航空航天工业 中的实际应用示例。
生物医学材料领域的应用案 例
介绍镁合金在生物医学材料制备和 植入中的潜在应用。
镁合金的发展趋势和前景展 望
《镁合金教育资料》PPT 课件
这是一份关于镁合金的 PPT 课件。通过本课件，您将了解镁合金的背景介绍、 组成和制造、性能和特点、应用案例与前景展望等内容。
一、背景介绍
镁合金的概念
了解镁合金的定义和基本概念。
镁合金的应用领域
探索镁合金在不同领域中的广泛应用，如汽车、航空航天等。
镁合金的优点
介绍镁合金相对于其他材料的优势和特点。
二、镁合金的组成和制造
1
镁合金的主要组成成分
详细讨论镁合金的主要组成成分和相互比例。
镁合金的发展及应用
关于镁合金的发展及应用的研究现状的综述摘要：镁合金在工业生产中已经得到了广泛的应用，这里综述了镁合金的特点及其研究新进展，重点介绍了镁合金在汽车工业、航空航天、现代兵器、核工业以及电子产品等领域的应用，最后展望了镁合金在尖端科技领域中的广阔的应用前景。
关键字：镁合金,应用,特点,新进展,应用前景Review of the status quo about the development and application ofmagnesium alloyAbstract:Magnesium alloy has been widely used in industrial production, here reviewed the characteristics of magnesium alloy and its new progress, and focuses on the application of magnesium alloy in the fields of automotive, aerospace, modern weapons, the nuclear industry and electronic products. Finally, outlook the future potential applications of magnesium alloy in the field of cutting-edge technology. Key words:magnesium alloy, applications, features, new progress, the future potential applications随着航空航天、交通运输、信息产业的发展，新型轻合金材料的研发逐渐受到各国的高度重视。
在许多领域，传统钢铁材料已逐渐被各种综合性能更为优良的新型材料所替代。
镁合金材料的应用及其发展
构以及火箭 、导弹 、卫星的一些零部件 。如用 ZM2 制造 WP7 各型发动机的前支撑壳体和壳体盖 ; 用 ZM3 镁合金制造 J 6 飞机的 WP6 发动机的前舱铸 件和 WP11 的离心机匣 ;用 ZM4 镁合金制造飞机液 压恒速装置壳体 、战机座舱骨架和镁合金机轮 ;以稀 土金属钕为主要添加元素的 ZM6 铸造镁合金已扩 大用于直升机 WZ6 发动机后减速机匣 、歼击机翼助 等重要零件 ; 研制的稀土高强镁合金 MB25 、MB26 已代替部分中强铝合金 ,在歼击机上获得应用 。 4 镁合金在现代兵器零部件上的应用和发展
RRDarr 发动机部件 (铸件) 、S55 直升机发动机基座 、蛤壳式 门 、尾锥 (铸件) 、蒙皮 (薄板) ,火箭和导弹零部件 (薄板) 、直 升机齿轮箱 (砂型铸造件) 、直升机车轮及发动机部件 (砂型 铸造件) 、涡轮喷气发动机机罩 (砂型铸造件) 、主起落架 (砂 型铸造件 、锻造件) 、B - 471 轮及发动机部件 (砂型铸造件) 、 机轮外壳 (离心铸造薄板) 、C - 121 和 C - 124 运输机地板横 梁 (挤压件) 。 B - 47 和 B - 52 主起落架 (锻件) 、卫星零部件 、HC - 18 直升 机地板 (挤压件) 、飞机座舱顶棚框架 (砂型铸造件) 、Apollo 振动检测设备 (砂型铸造件) 、S - 64B 起落架齿轮箱 (砂型铸 造件) 。
20 世纪 40 年代
20 世纪 50 年代
20 世纪 60 年代
J U88 起 落 架 支 持 框 (铸 件 ) 、Hel77 &J u90 部 件 (铸 件 ) 、 BMW801 发动机部件 (铸件) 、机枪支架环 (铸件) 、无线电设 备底座 (压铸件) 、定向仪 (压铸件) 、尾轮 (压铸件) 、B - 36 轰 炸机部件 。
镁合金的发展
1，目前，国内将镁及镁合金作为生物医用材料的研究和应用还较少。
但是，在国际上已有研究人员作了研究和尝试。
镁及镁合金的生物医用研究通常是用于以下一些方面：骨固定材料、骨组织工程多孔支架材料、冠状动脉植入支架材料以及口腔植入材料和整形外科材料等。
如今广泛应用于骨板、骨钉的生物医用材料主要是钛及钛合金、不锈钢及聚乳酸等。
但是，这些材料都存在一定的局限性。
例如：采用钛及钛合金、不锈钢等金属材料作为生物医用材料时会发生应力遮挡效应，即将该金属材料植入人体后，因其与人骨材料的弹性模量不匹配而产生的人骨受力被遮挡的效应，这会使骨骼强度降低、愈合迟缓。
而聚乳酸等高分子材料力学性能较差，很难承受较大的负重。
而镁及镁合金有高的比强度和比刚度，且镁及其合金的杨氏模量约为45GPa，更接近人骨的弹性模量（20GPa），能有效降低应力遮挡效应。
对于发展骨组织工程支架材料，需要它既要有良好的力学性能，又要有类似于骨的多孔结构和生物可降解性能。
近期的研究表明，镁的性能基本符合骨组织工程多孔支架的要求，即较低的弹性模量、适当的强度、良好的生物相容性、生物可降解性和生物可吸收性能等。
作为冠状动脉内支架的研究，自从1976年德国医生安德里亚•格隆茨戈首次提出支架的设想，最早是于1986年由Sigwart 及其同事使用网状管形金属丝植入冠状动脉内，旨在减少冠状动脉成形术后管腔的弹性回缩。
可用于治疗各种类型的心绞痛、急性心肌梗死等[31]。
到20世纪90年代冠脉支架广泛应用临床以来，已经出现了第三代可吸收药物洗脱支架。
但目前以不锈钢和钴铬合金为基础的药物洗脱支架（DES）仍不能从根本上解决亚急性血栓形成和再狭窄的问题[32-35]，于是生物可降解支架开始成为关注的焦点和热点。
镁合金具有理想的机械支撑力、良好的生物相容性且容易降解，其降解产物参与新陈代谢。
因此，镁合金被认为是比较合适的生物可降解支架材料[36]。
总之，目前大部分的研究都处于实验状态，并没有被广泛使用，因此对于这方面进行研究和开发是很有必要的。
镁及镁合金研究动态与发展展望
型技术 Ｅ ｌ 趋成熟 ， 型镁合金 、 新 新型镁合金制备和加 工技 术也 层 出不穷 ， 运用 也趋 于深 入 。 国是 镁 资 其 我 源 储量 、 产 、 口的 大 国 ， 对 镁 及 镁 合 金 研 究 和 生 出 但 应用 还不 够 上乘 ， 非镁 合金 强 国 。 随着 我 国经 济实 力
和综 合 国力 的不 断 增强 ，必将 加 大在 镁 及镁 合 金方 面研 究 和应 用 的投 入 ，这使 得 我们 对 镁 合金 的前 景 更加 期待 。
１ 镁及 镁合 金 的特性 【１ ２ －
Байду номын сангаас
基滑移和协调变形的孪晶。 在第二阶段 ， 随着温度的 升 高 ， 子震 动 幅度 增 加 ， 原 使得 最 密排 面和 次密 排 面
在第一个阶段 ， 的主要滑移系为｛ Ｏ｝１ｉ ） 镁 Ｏ ｌ（１ｏ 和锥 Ｏ 面孪ｄ ｛ ｉ｝１２ ） 而柱 面滑移系 （１１｝１２ ） ￣１ ２ ＜１ｏ ， ｏ ｆ ０（ ０ 、 ０ ｌ ｛１０（１０ ） 以启 动 ， １２｝１２ ）难 因为 基 面 滑 移 的 临界 切 应
力 要 比棱 柱 滑移 面滑移 时 的 临界 切 应 力低 一个 数 量 级， 因此 可 以认 为只 有基 面 滑移 产生 。据 Ｖ ｎ Ｍｉ ｓ ｏ— ｓ ｅ 准 则 ，通 常认 为有 ５个 独立 的滑移 系 才 能满 足多 晶 材 料 协调 各 晶粒 之 间 的任 意变 形 ， 因此 ， 室 温下 镁 在 晶体 的 三个几 何 滑 移 系 、 个 独立 滑 移 系 ， 两 造成 镁 合
镁及镁合金研究动态与发展展望
黄海 军 ， 秋 华 ，王瑞权 ，申 乐 ， 明伟 ，赵海 静 ’ 韩 刘
镁合金的发展
镁合金1.镁合金的发展镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。
目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。
镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件[14]。
限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合金在高温（150～350℃）场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求[14~19]。
镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。
镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。
常用铸造镁合金的牌号及性能见表４[2,14]。
表5为常见变形镁合金的化学成分及基本特性[2,20]。
我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。
在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工业，目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和应用更显薄弱。
因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁衍业的国际竞争力，是摆在我们面前的迫切任务[24]。
2.镁合金的新进展（1）耐热镁合金。
耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。
镁合金材料课件
控制杂质含量，可通过压铸工艺生产出力学、耐腐
蚀等综合性能优良的镁合金铸件，如最常见、使用 量最大的AZ91合金。
变形镁合金
与铸造镁合金相比，变形镁合金材料比铸造 镁合金材料具有更高的强度，更好的延展性，更 多样化的力学性能，从而满足更多样的结构件的 需求。研究与开发新型变形镁合金，开发变形镁 合金生产新工艺，是国际镁协会（IMA）在2000年 提出的发展镁合金材料的最重要、最具挑战性且 是最长远的目标和计划。
二、镁合金的分类和性能
按化学成分
Mg-Mn，Mg-AL-Mn(AM)，Mg-AlZn-Mn(Az)，Mg-Zn-Zr(Z
强烈的细化晶粒作用
按加工工艺
铸造镁合金和变形镁合金
铸造镁合金
大量镁合金产品采用铸造工艺进行生产。尤其 是采用压铸工艺（Die Casting）生产。压铸工艺生 产镁合金具有生产效率高、精度高、凝固组织优良 和可生产薄壁及复杂形状铸件。 最常见的压铸镁合金是Mg-Al系合金，用铝合金
国外专家认为镁合金研究与开发基本可分为4个 阶段：铸造镁合金、压铸镁合金、变形镁合金、快速 凝固镁合金。
国际镁协会（IMA）在2000年提出的发展镁合金
材料的战略。
目前，主要是采用传统铸造工艺生产镁合金；
近期的研究工作主要集中在镁合金压铸和半固态
触变压铸技术上；
变形镁合金的发展是长远的目标和计划。
镁合金具有轻量化、高比强度、电 磁屏蔽、高阻尼性的特点,可满足航 空航天领域对轻质、吸噪、减振、 防辐射的要求，也是减轻武器装备 质量，实现轻量化，提高各项战术 性能的理想结构材料。
减重-推力-射程
镁合金材料在3C产业上的应用
computer
材料进展-镁合金
去应力退火
：既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、 校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或 铸锭中的残余应力。 变形镁合金常用的去应力退火工艺
合金牌号 MB1 MB2 MB3 MB15 板材 温度/K 478 423 523~553 时间/h 1 1 0.5 － 冷挤压件和锻件 温度/K 533 533 — 533 时间/h 0.25 0.25 _ 0.25
镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。
可热处理强化的铸造镁合金有六大系列，即：Mg-Al-Mn 系， Mg-Al-Zn系， Mg-Zn -Zr系， Mg-RE-Zn -Zr系， Mg-Ag-RE -Zr系和Mg-Zn -Cu系。 可热处理强化的变形镁合金有三大系列： Mg-Al-Mn系， Mg-Al-Zn系和Mg-Zn-Cu系。
人工时效 ：部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固
溶处理而直接进行人工时效。如MB15合金，人工时效制 度为（433±5）K/10h, 空冷，强度得到大幅度提高。
固溶和时效 固溶处理＋人工时效：固溶处理后人工时效（T6）可以提
高镁合金的屈服强度，但会降低部分塑性，这种工艺主要应 用于Mg-Al-Zn和Mg-RE-Zr合金。此外，含锌量高的 Mg-Zn Zr合金也可以选用T6处理以充分发挥时效强化效果。 进行T6处理时，固溶处理获得的过饱和固溶体在人工时效过 程中发生分解并析出第二相。时效析出过程和析出相的特点 受合金系、时效温度以及添加元素的综合影响，情况十分复 杂。 如： ZM5 合 金 （ Mg-Al-Zn系 ） ，固溶处 理温度为 ： 683～ 688K，保温时间8～20h，保温时间的长短根据晶粒尺寸和工 件尺寸大小确定；高铝低锌镁合金晶粒长大倾向严重，其时 效温度为458～473K，低温时效时基体晶粒会析出细小的沉淀 相，提高合金的屈服强度而降低其塑性。
镁及镁合金的读书报告
第一章镁及镁合金的性能特征与应用1.1 镁及镁合金的概况镁是地球上储量最丰富的元素之一，陆地上有白云石，湖泊有盐湖，海洋里也存在大量的镁。
我国目前在镁工业方面有三项“世界冠军”，第一是镁资源大国，储量居世界首位；第二是原镁生产大国，产量占全球2/3；第三是出口大国，近年的出口量约占产量的80%~85%。
但我国并非镁工业强国，镁工业还处于起步阶段，原镁生产规模小而散，技术比较落后，品质不够稳定，另外出口产品绝大多数是廉价的初级原料。
国家政府部门已经投入大量的资金进行相关问题的研究与开发[1]。
随着国际国内镁产品市场开发应用空间的增大，镁资源将发挥更重要的作用，镁可能会成为铜、铝后时代的第一接力棒[2,3]。
近年来，镁合金及其成型技术的研究应用已取得重要进展，镁合金的材料质量不断提高而生产成本得以下降。
我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位，目前已探明的菱镁矿石保有储量30.09亿吨，约占世界探明储量的1/4[1]。
但是在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大。
一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工业。
目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和应用更显薄弱，镁工业还处于起步阶段，原镁生产规模小而散，技术比较落后，品质不够稳定。
因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁行业的国际竞争力，是摆在我们面前的迫切任务。
1.2 镁合金的性能特点与应用镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限[5]。
目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。
镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。
镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。
镁合金的发展
镁及镁合金发展回顾1808年在实验室制得纯镁，1886年镁合金在德国开始工业化生产，1930年德国首次在汽车上运用镁合金73.8Kg，1935年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产"甲克虫"汽车发动机传动系统零部件，1946年达到单车镁合金用量18Kg，1938年英国伯明翰首次将镁合金运用到摩托车变速箱壳。
20世纪40年代皮江炼镁法发明，由于工艺简单，生产成本大幅降低，使全世界的原镁产量大幅增加，但能源消耗大，污染环境严重。
此前所用的电解法炼镁，虽然洁净，但生产成本较高。
金属镁生产情况20世纪90年代初开始，世界对镁的需求量大幅度增加，原镁的产量和消费量随之迅速增长，进入21世纪全球原镁生产能力已超过60万吨，国际上镁产业的布局情况是，原镁生产以中国、加拿大、澳大利亚、独联体国家为主，其中以中国和加拿大的原镁生产能力增长幅度较大。
据统计，2002年世界原镁产量为：中国27万吨，加拿大11.7万吨，美国4.5万吨，挪威4.2万吨，俄罗斯4万吨，以色列2.75万吨，法国1.7万吨，乌克兰1.5万吨，巴西1.2万吨，哈萨克斯坦1万吨，塞尔维亚0.5万吨，印度900吨。
当前，西方发达国家已基本不进行对环境影响较大的原镁生产，而进行具有优良特性的镁合金的研究与开发。
我国原镁产量约占全球总产量的70%，是世界上第一大原镁生产国和出口国。
2003年我国原镁产量、出口量分别为35.4和29.8万吨,分别较上年的26.8、20.9万吨增长32.1%和42.6%。
下表列出2000-2003年原镁产量的基本情况。
表1 2000－2003年我国及全球原镁产量金属镁主要用于：作铝基合金的重要添加元素，这部分用量约占镁的总消耗量的43%左右；用于镁合金制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右；镁用于炼钢脱硫约占13%；此外镁还用于阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。
世界镁的消费区域主要集中在北美和欧洲地区，其消费量约占全球总消费量的3/4。
镁合金材料的应用及发展前景
镁合金材料的应用及发展前景作者：刘丹来源：《科技资讯》 2012年第29期刘丹(吉林农业工程职业技术学院吉林四平 136001)摘要:本文详细介绍了镁合金的特点,总结了它在汽车工业、电子产品、航空、航天及武器制造等工业中的应用现状,展望了镁合金应用的发展前景。
关键词:镁合金应用发展前景中图分类号:TG14 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(b)-0074-01镁是一种银白色的金属,是地壳中储量最丰富的轻金属元素之一,其密度为1.74 g/cm3,是铝的2/3,是钢的1/4,是一种最轻的结构金属材料[1]。
镁能与铝、锌等组成很有工业价值的实用合金,具有很高的比强度与比刚度、有相当高的导热性与导电性、无磁性、并有优异的尺寸稳定性与良好的能量吸收特性[2～4],是制造抗振零件的良好材料。
由于这些特性,使得镁合金作为一种结构材料,在航天航空、交通运输工业、3C产业、国防军工、光学仪器、以及家用电器等领域[5～7]中有十分广泛的用途。
1 在汽车工业中的应用镁合金的比强度高于铝合金和钢,比刚度接近铝合金和钢,能够承受一定的负荷;它具有良好的铸造性和尺寸稳定性、质量轻、易加工成形和易于回收的性质决定了镁合金能广泛的应用在汽车中[8]。
早在20世纪30年代,镁合金就已经正式应用于汽车工业。
1970年的石油危机又使镁合金在汽车工业中日益受到重视。
90年代以来,随着工业突飞猛进的发展,这就要求汽车工业要向尽量减重、节能及环保的方向发展,据测算,汽车自重每减轻10%,燃油效率就可提高5.5%,如果每辆车能使用70 kg镁,CO2的年排放量就能减少30%以上。
在某些汽车零件中换用镁合金就能减轻整车重量,也就间接减少了燃油消耗量。
但从成本上看它仍然偏高于铝合金。
尽管如此,镁合金的应用前景仍然看好:汽车工业对镁合金铸件的消费量占镁的消费总量的80%。
福特汽车公司已开始用镁合金来制造悬架零件、制动盘和制动钳等;而日本1990年每辆汽车用镁量仅5 kg,预计2000年底将增至210 kg,占汽车重量的25%[9]。
《镁及镁合金》课件
金属型铸造
利用金属模具进行铸造， 适用于大批量生产。
压力铸造
利用高压将液态或半液态 金属注入模具，适用于精 密铸造。
镁及镁合金的加工工艺
轧制
锻造
通过轧机将镁及镁合金加工成板材、 棒材等。
通过锻造机将镁及镁合金加工成各种 形状的零件。
挤压
通过挤压机将镁及镁合金加工成管材 、棒材等。
2023
PART 03
汽车工业领域
镁合金在汽车工业中广泛应用，如发动机零件、车轮和座椅框架等。
电子产品领域
由于镁合金具有良好的电磁屏蔽性能和轻量化效果，在电子产品领域 中广泛应用于外壳、支架和散热器等部件。
其他领域
镁合金还应用于医疗器械、体育用品、军事装备等领域。
2023
PART 02
镁及镁合金的生产工艺
REPORTING
镁及镁合金的性能特点
REPORTING
镁及镁合金的物理性能
密度低
镁的密度大约为1.738g/cm³，是 铝的2/3，钢的1/4，具有良好的 轻量化效果。
热导率高
镁的热导率较高，为201W/m·K ，具有良好的热传导性。
热膨胀系数小
镁的热膨胀系数为25.8×10^6/℃左右，与铝的热膨胀系数相 近，因此镁合金与铝、钢等材料 连接时热匹配性好。
高性能合金
研究开发具有优异力学性能、耐腐蚀性能和高温性能的新型镁合金 ，满足航空航天、汽车等领域的高端需求。
功能型合金
探索具有特殊功能的新型镁合金，如磁性、光学性能等，拓展其在 电子、通信等领域的应用。
生物相容性镁合金
发展具有良好生物相容性的镁合金，用于医疗器械和生物植入材料等 领域。
扩大镁及镁合金的应用领域
镁及镁合金发展简介
1 镁及镁合金发展简介镁是地球上排位第八的富有元素，其含量约占地壳重量的2%；镁同时也是海水中的第三富有元素, 约占海水重量的0.13%)资源资源类型与分布镁是地壳中含量较多的元素之一，按重量排序在铝、铁之后为第8位。
地壳的重量为59.76 1022，镁的重量约占地壳重量的2.1%.，可见其资源数量之多。
镁资源在地壳中分布的也比较广，地壳含有1500多种矿物，其中含有镁化合物的即占200多种。
但是，目前世界上炼镁的原料主要为菱镁矿、白云石、光卤石、蛇纹石、海水和盐湖水。
光卤石光卤石是氯化镁和氯化钾的含水复盐，化学式为：MgCl2KClH2O。
光卤石矿的分布比较集中，世界上只有德国、西班牙、俄罗斯、美国和非洲一些国家有光卤石矿。
国外主要用光卤石矿提取氯化钾（农田施用的钾肥），用于炼镁的只占很少一部分。
矿井中开采出来的光卤石由于含氯化钠和其他杂质较高，需分离出多余的其他杂质后，才能作为炼镁原料。
这里指的是地下埋藏的天然光卤石矿。
海水和盐湖水经过日晒或加热蒸发，也能制得人造光卤石。
中国没有光卤石矿，每年向哈萨克斯坦镁厂出口的光卤石即是利用盐湖水制得的人造光卤石。
海水和盐湖水海水和盐湖水中均含有炼镁的原料氯化镁。
海水中含量最多的是氯化钠，其次是氯化镁。
1m3海水含镁1.3kg，全球海水总量为2.7⨯1015，可见海水是巨大的镁资源。
盐湖水中的氯化镁浓度比海水高，故盐湖水也是生产镁的重要资源。
世界上著名的大盐湖有位于美国犹他州的大盐湖，以色列和约旦间的死海以及中国青海省的察尔汗盐湖。
美国在大盐湖边建有一个镁厂，以色列也在死海边建了一座镁厂。
中国青海察尔汗盐湖面积为5.86⨯109，已探明镁盐储量40亿吨。
现在这里是中国钾肥的主要产地，生产钾肥的副产品光卤石曾供民和镁厂做炼镁原料。
我国镁合金应用领域开发前景分析镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
当前资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。
镁及镁合金材料的发展PPT课件
国际镁协会（IMA）在 2000年提出的发展镁合金 材料的战略示意图。
目前，主要是采用传 统铸造工艺生产镁合金；
近期的研究工作主要 集中在镁合金压铸和 Thixomolding技术上； 变形镁合金的发展是 长远的目标和计划。
图1-7 镁工业发展战略示意图
1、铸造镁合金
大量镁合金产品采用铸造工艺进行生产。尤其 是采用压铸工艺（Die Casting）生产。压铸工艺 生产镁合金具有生产效率高、精度高、凝固组织优 良和可生产薄壁及复杂形状铸件。
镁及镁合金材料的发展
.
二十一世纪对材料提出的新的要求
轻质、高强度、绿色
※资源：可持续发展； ※环境：可回收，减少污染,绿色材料； ※交通运输行业：减重、节能、降低排放； ※航空航天：轻量化； ※其它（通信、计算机、消费类电子）产品： 轻量化、小型化、高集成化。
一、镁及镁合金的特性
※比重轻 镁(1.74) 铝(2.70) 铁(7.87)； ※比强度和比刚度 比铝、钢高； ※良好的阻尼减震性能； ※优良的导电、导热性能； ※良好的电磁屏蔽性能； ※良好的机加工性能； ※废料易回收重复使用； 被誉为二十一世纪绿色工程材料
2、变形镁合金
与铸造镁合金相比， 变形镁合金材料比铸造 镁合金材料具有更高的 强度，更好的延展性， 更多样化的力学性能， 从而满足更多样的结构 件的需求。研究与开发 新型变形镁合金，开发 变形镁合金生产新工艺， 是国际镁协会（IMA）在 2000年提出的发展镁合 金材料的最重要、最具 挑战性且是最长远的目 标和计划。
最常见的压铸镁合金是Mg-Al系合金，用铝合 金化可提高合金的强度并具有更好的铸造性能。
通过控制杂质含量，可通过压铸工艺生产出力 学、耐腐蚀等综合性能优良的镁合金铸件，如最常 见、使用量最大的AZ91合金。
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2、化学均匀性增加，大大改善耐损坏性； 3、晶粒细化对Hall-Patch强化的影响； 4、形成多相弥散体系。
与常规工业镁合金及现有铝合金比较，快 速凝固镁合金材料具有以下特点：
(1)室温比极限抗拉强度超过常规铸锭冶金工艺（ I/M） 镁合金的及最强铝合金的40%~60%； (2)压缩强度/拉伸强度的比值（CYS/TYS）由0.7增加到 1.1以上，改变了普通变形镁合金σ压<σ拉的特性； (3)挤压态制品的伸长率在 5%~15%的范围内，形变热 处理后可达22%，相应强度值仍高于I/M镁合金的强度； (4)快速凝固镁合金的大气腐蚀行为与新型高纯常规镁 合金AZ91E及WE43和铝合金2024-T6相当，比其它镁 合金腐蚀速率小将近2个数量级；
许多镁合金系（Mg-Li、Mg-Zn-Zr、Mg-Mn等）以 及快速凝固镁合金都具备明显的超塑性能。晶界滑动 是镁合金超塑性的主要机制。当晶粒下降到 1 ~5μm时， 甚至在室温条件下也产生超塑性。
典型的镁合金超塑性实验
※镁及镁合金的耐腐蚀技术
提高镁合金耐蚀性能的 工作：
◆ 提高镁及镁合金的纯度； ◆ 添加新合金化元素开发
世界镁合金消耗量正以每年20%速度飞速增长
从1998年到2000年在汽车上的镁合金用量： ※北美由5.93万吨增至7.85万吨； ※欧洲由1.68万吨增至2.68万吨； ※日本由0.63万吨增至0.73万吨。 西方目标：在每辆轿车上用镁合金30~40Kg。 西方汽车商已把单量轿车用镁合金零件的多少作为 衡量汽车科技含量的重要指标。
2、先进镁合金材料发展方向
※镁合金的晶粒细化
多晶体镁结构特征中晶粒细化对其屈服强度与延 展性改善的巨大作用与潜力。根据Hall-Petch公式：
0 Kyd
1 2
镁的Hall-Petch系数Ky=280MPa· m-1/2，为铝的相 应系数Ky=68MPa· m-1/2的4.1倍。这说明晶粒细化对镁 的强化作用远远大于铝的。 晶粒细化对镁力学性能的提高，其潜力远远大于 铝合金。是开发镁合金最重要的因素之一。
※断裂韧性的缺点及稳定达到的钝化程 度迄今妨碍航空工业的应用。
(3) 添加合金元素阻燃法。在镁合金中只需加入少量 的Be、Ca，可制备出燃点很高的阻燃镁合金。Be与O2 生成BeO膜致密，也有明显的阻燃作用，但Be、Ca的加 入量需要严格控制，否则会强烈恶化组织，造成晶粒 长大和热裂倾向加大。
高温应用的铸造镁合金
普通Mg-Al、Mg-Zn系铸造镁合金使用温度限于150~200°C。 应用于更高温度下的耐热镁合金主要是Mg-RE、Mg-Th系合金。 钍是提高镁合金高温性能最有效的合金元素，但钍的低放 射性限制了Mg-Th合金的应用。 Haughton和Prytherch等最早报道了提高高温抗拉强度的 Mg-Ce合金。
镁及镁合金材料的发展 黎文献
二十一世纪对材料提出的新的要求
轻质、高强度、绿色
※资源：可持续发展； ※环境：可回收，减少污染,绿色材料； ※交通运输行业：减重、节能、降低排放； ※航空航天：轻量化； ※其它（通信、计算机、消费类电子）产品： 轻量化、小型化、高集成化。
一、镁及镁合金的特性
※比重轻 镁(1.74) 铝(2.70) 铁(7.87)； ※比强度和比刚度 比铝、钢高； ※良好的阻尼减震性能； ※优良的导电、导热性能； ※良好的电磁屏蔽性能； ※良好的机加工性能； ※废料易回收重复使用； 被誉为二十一世纪绿色工程材料
GA工艺：
Mg-16%Li（40at%）合金。 用气体雾化开发体心立方的β–Mg-Li合 金具有潜力。
气体雾化时加入氢，开发出Mg-16Li0.12H合金。
LDC工艺：
Mg-Zn-Zr合金在413°C固溶5h，205°C 时效，未再结晶及粗化，存在Al3Zr之故。
※非晶镁合金
※镁基复合材料
RS变形镁合金开发原理：
ห้องสมุดไป่ตู้
主要的变形镁合金材料
◆ 常用变形镁合金Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr、 Mg-Mn系； AZ31、AZ61、AZ80、ZK60、M1A； ◆ 超轻Mg-Li系变形镁合金； 3 LA141、Mg-40%Li (ρ <1.0 g/cm )
1、发达国家十分重视镁合金研究与开发。
美国的镁合金材料体系研制较为完备，合金系列 有Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE（稀土）、Mg-Li、Mg-Th 等，包括铸造（压铸）件以及板、棒、型材和锻件， 并且开发出了快速凝固高性能变形镁合金、非晶态镁 合金及镁基复合材料等。
镁材与几种常用工程材料力学性能比较
几种典型结构材料的比强度和比刚度对比
二、镁及镁合金产品的应用
※汽车、摩托车、飞机零件
（减震、节能、提高驾乘舒适度）
轿车用镁合金轮毂
直升机变速箱壳体
轿车用镁合金齿轮箱
※镁合金曲轴 发动机左、右箱 体盖； ※镁合金曲轴 发动机后盖； ※镁合金前、 后轮毂； ※镁合金后扶 手； ※镁合金锁扣。
最常见的压铸镁合金是Mg-Al系合金，用铝合 金化可提高合金的强度并具有更好的铸造性能。
通过控制杂质含量，可通过压铸工艺生产出力 学、耐腐蚀等综合性能优良的镁合金铸件，如最常 见、使用量最大的AZ91合金。
金属镁化学性质活泼，温度在 723K以上时氧化开始加剧。熔融状态 下，镁液极易和空气中的氧、氮、水 气发生化学反应，在接近1073K温度 时会很快氧化燃烧 。因此，镁合金 熔炼铸造过程中需要进行保护。
1755年，英国D.BLACK正式确定镁的存在； 1808年，英国H.DAVY制得镁汞齐； 1828年，法国A.BUSSY用钾还原制得纯镁； 1930年，德国ALDER工厂将镁合金用于汽车零件； 1936年，苏联将镁合金用于飞机零件； 第一次世界大战期间，镁合金大量用于军事上； 第二次世界大战期间，镁合金用量激增。战后镁合 金主要用于汽车上； 20世纪70年代镁合金应用出现回落； 20世纪80年代由于能源危机，镁合金的应用开始回 升，并有了长足的进步。
(5)与其它轻合金比较，快速凝固镁合金在373K以上的 温度下具有优良的塑性变形行为和超塑性，且由于明 显晶粒细化效果，使其疲劳抗力为I/M镁合金的两倍； (6)快速凝固镁合金与SiC等增强相的相容性已得到证 实，因此快速凝固镁合金是复合材料的优秀载体。
快速凝固镁合金与其它轻质变形合金性能对比
※镁合金的超塑性
四、镁及镁合金研究现状及发展趋势
―在材料领域中还没有任何材料像镁 那样，潜力与现实有如此大的颠倒。”
目前，三种主要的镁合金系是Mg-Al合金、 Mg-Zn合金及Mg-RE合金，镁不具备象铝那样 丰富的合金系列，需要开发大量新的镁合金 系列。
镁合金材料根据生产方式的不同主要分为 铸造镁合金与变形镁合金两大类。 国外专家认为镁合金研究与开发基本可分 为4个阶段：铸造镁合金、压铸镁合金、变形 镁合金、快速凝固镁合金。
国际镁协会（IMA）在 2000年提出的发展镁合金 材料的战略示意图。
目前，主要是采用传 统铸造工艺生产镁合金；
近期的研究工作主要 集中在镁合金压铸和 Thixomolding技术上； 变形镁合金的发展是 长远的目标和计划。
图1-7 镁工业发展战略示意图
1、铸造镁合金
大量镁合金产品采用铸造工艺进行生产。尤其 是采用压铸工艺（Die Casting）生产。压铸工艺 生产镁合金具有生产效率高、精度高、凝固组织优 良和可生产薄壁及复杂形状铸件。
2、变形镁合金
与铸造镁合金相比， 变形镁合金材料比铸造 镁合金材料具有更高的 强度，更好的延展性， 更多样化的力学性能， 从而满足更多样的结构 件的需求。研究与开发 新型变形镁合金，开发 变形镁合金生产新工艺， 是国际镁协会（IMA）在 2000年提出的发展镁合 金材料的最重要、最具 挑战性且是最长远的目 标和计划。
镁合金阻燃抗氧化方法
(1) 熔剂保护阻燃法。在镁合金整个熔炼过程中，在 熔剂保护下隔绝大气进行。镁合金采用熔剂保护防燃 使用最早也最广泛，具有工业应用价值。 (2) 气体保护阻燃法。常用气体为SF6、CO2和SO2。其 中SF6为无色无味无毒气体，是最常用的镁合金保护气 氛。 但SF6、CO2等气体具有强烈的“温室效应”，由 于它们对环境的污染需要找到一种合适的替代气体。
开发出超高强变形镁合金材料和可冷压加工的镁合 金板材。 德国于1997年由政府教育部组织，全国60余家 企业，6所大学耗资2500万马克制订了“高新制造技 术发展计划”，以解决镁合金生产中各种技术难题。 英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金用于Magnox核 反应堆燃料罐。 以色列最近也研制出用于航天飞行器上兼具优 良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金。 法国和俄罗斯都生产出鱼雷动力电池用变形镁 合金阳极薄板材料。
变形镁合金与铸造、 压 铸镁合金性能比较
镁及镁合金塑性变形结构特性
金属镁的晶体结构
225°C以下仅限于{0001}<1120>滑移及锥面 {1012}<1011>孪生。在较高温度下可出现 {1011}<1120>滑移。 加入Li、In、Ag等使c/a<1.618可激活棱柱面 {1010}<1120>滑移。
Leontis的工作证明Mg-RE合金的高温性能按La、Ce、MM （富Ce混合稀土）、Nd的序列提高。 Sauerward发现了Mg-RE合金中锆（Zr）的晶粒细化作用。 Payne等发现银的加入明显改善Mg-RE合金的时效硬化效应。
添加钪、钇对镁合金的有益影响是又一个非常重要的发现， Drits等开发了一系列耐热高强WE型镁合金。该类合金良好的力 学性能使其广泛应用于赛车及飞行器变速箱壳体上。
※快速凝固镁合金
PFC工艺
Allied Signal公司的平面流铸造工艺PFC制备快速凝固镁合金
采用PFC工艺生产的变形镁合金型材成为迄今报道过 的性能最好的镁合金。