镁合金讲座

1、镁

用途

镁是在自然界中分布最广的十个元素之一(镁是在地球的地壳中第八丰富的元素，约占2%的质量，

还原剂，制造闪光粉，轻质合金原料。

化学性质

镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和N2和O2反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。

20世纪90年代以来，市场经济拉动了中国镁工业的发展。在90年代的10年间，中国原镁产量增长了37倍。

2、镁合金概念

合金，是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。产品优点

优点：①密度小，比铝轻1/3，其比强度（抗拉强度与密度之比值）较铝合金高；②疲劳极限高；③能比铝合金承受较大的冲击载荷；④导热性好；⑤铸造性能好；⑥尺寸稳定性好；

⑦易回收；⑧有良好的切削加工性；⑧有较好的减振性能；⑩在诸多方面比工程塑料优越，可替代工程塑料；@在煤油、汽油、矿物油和碱类中的耐蚀性较高等。

主要合金元素有铝、锌、锰、以及锆等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

材料名密度(g/cm3) 熔点（℃）导热系数（W/Mk) 抗拉强度（MPa) 屈服点（MPa) 延伸率（%) 比强度杨氏模量（GPa)

镁合金（触变成形）

AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45

AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45

国内外将镁合金应用于汽车行业，以减重、节能、降低污染，改善环境。发达国家汽车百公里耗油最终将实现3L目标，欧洲汽车用镁占镁总消耗量的14%，预计今后将以15-20%的速度递增，2005年将达到20万吨。我国东风、长安等汽车已开始用镁合金，不久、重庆，成都等地将成为我国汽车用镁合金研究与开发应用生产基地。

与塑料相比，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、不易老化，又有良好的导热性、电磁屏蔽能力强、非常好的压铸工艺性能，尤其易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。

镁合金应用：

目前，镁合金的应用零部件可归纳为2类。

(1）壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。

(2）支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。

（3）压铸

1、镁合金型材、管材用作自行车架、轮椅、康复和医疗器械等。

2、现代战争需要军队具有远程快速部署运动的能力，要求武器装备轻量化，在手持式武器、装甲战车、运输车、航空制导武器上将大量采用轻金属材料。轻量化是提高武器装备作战性能的重要方向。镁所具有的轻质特性决定了镁合金是生产航天器、军用飞机、导弹、高机动性能战车、船舶的必不可少的结构材料，因此，大力开发镁合金应用范围是国防现代化的需要。

3、镁合金铸件

镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。

在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。

镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300～500倍。

机械加工性能

镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。

镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。

各种金属的切削阻力（以镁合金的切削阻力为1)

金属名切削阻力

镁合金1.0

铝合金1.8

黄铜2.3

铸铁3.5

材料名密度(g/cm3) 熔点（℃）导热系数（W/Mk) 抗拉强度（MPa) 屈服点（MPa) 延伸率（%) 比强度杨氏模量（GPa)

镁合金（触变成形）

AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45

AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45

表面处理：

化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。

阳极氧化

阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。

金属涂层

镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下：

（1）镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力；

（2）镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散；

（3）第二相（如稀土相、γ相等）具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀；

（4）镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免；

（5）镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为镀层孔隙的来源。

因此，一般采用化学转化膜法先浸锌或锰等，再镀铜，然后再进行其它电镀或化学镀处理，以增加镀层的结合力。电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的表面处理方法。缺点是前处理中的Cr、F及镀液对环境污染严重；镀层中多数含有重金属元素，增加了回收的难度与成本。由于镁基体的特性，对结合力还需要改善。

与镁合金的其他表面处理技术相比，有机涂层保护技术具有品种和颜色多样、适应性广、成本低、工艺简单的优点。目前广泛使用的主要是溶剂型的有机涂料。粉末型的有机涂层因无溶剂，和具备污染少、厚度均匀以及较佳耐蚀性能等特点，近几年来在汽车、电脑壳体等镁合金部件上的应用较受欢迎。

镁合金压铸件由于锁模力不足、合模不良、模具强度不足、熔汤温度太高等问题会出现表面有毛刺的现象，这种现象叫做产品披锋，往往是企业必须要面对的后处理加工工序.目前主要是根据产品性质运用手工打磨，氢氧爆炸以及昭凌冷冻抛丸机去解决

火灾预防

镁合金切削工艺的火灾危险性

1.1 镁屑性质活泼，高温下极易燃烧。镁合金切削过程中，镁屑切口处大部分是未氧化的镁和镁合金。由于金属镁属一级遇湿易燃品，着火点及最小引燃能量低，加之切屑薄而小，比表面积大，因此高温环境下在空气中极易燃烧。

1.2 高速切削时会产生高温，引燃镁屑。机械加工时，为充分发挥刀具的切削性能，提高生产效率和工件质量，一般要求较高的切削速度。而高速度的切削往往会使金属切屑的温度高达700°C~ 1 000°C，当缺乏冷却液的有效供应时，高温将足以引燃镁屑起火。

1.3 镁屑燃烧温度高，火灾蔓延速度快，扑救难度大。镁一旦发生火灾，其燃烧温度可达3 000°C。当镁屑呈粉状时与空气混合遇火能发生爆炸。

镁合金切削加工工艺火灾预防

3.1 控制好切削速度。

3.2 正确选择切削液。

3.3 强化易燃、可燃物品的监管。如普通机床液压油约有20 kg~70 kg。所以日常工作中应加强设备的检修与维护，保持机床完好，严防漏油。对清洁机床后遗留的油抹布、油棉纱等，应及时清理，并与镁屑相隔离。

4.1 严禁使用水、泡沫、四氯化碳、二氧化碳灭火剂扑救。

4.2 对已燃金属镁屑应选用D级灭火器。如7150、D类干粉、干砂等，考虑到目前国内市场上7150、D类干粉灭火器并不常见，而干砂对机床（特别是精密机床）损坏大，根据实际可就地取材选用75 %~80 %的覆盖熔剂粉加20 %~25 %硫磺粉经混合制成的撒粉熔剂灌装在手提干粉灭火器中进行灭火，效果明显。

4.3 扑救镁屑火灾时，应使灭火器喷嘴与起火镁屑间保持一定距离，以尽量减少灭火器喷射过程中对镁屑的冲击作用，防止镁屑扩散形成爆炸性混合物。