镁合金的制备与加工

美国陶氏：DOW17，Cr22，HAE 德国：MAGOXID-COAT 新西兰：Anomag 日本：UBE
保证氧化膜的生成速度高于溶解速度。 所制得的氧化膜应具有良好的力学性能和理
化性能，如强度、弹性、耐磨性、抗蚀性和 吸附性等。 成分简单，来源丰富，经久耐用，耗电少， 安全无毒和使用方便。
来源：
1.原镁带来的； 2.镁被氧化产生的； 3.镁合金除铁及变质过程中产生的； 4.溶剂精炼过程中产生的； 5.铸造工艺过程中产生的；
（二）镁熔体净化处理方法及与原理：
（1）溶剂吸附法
利用熔剂与熔液的充分接触来润湿夹杂物，使夹杂物团聚并与熔剂结合形成 大颗粒，沉淀在坩埚底部从而达到与金属液分离的目的。 目前国内最常用的RJ-2，其成分为：MgCl238%±3%，KCl37%±3%， CaCl28%±3%，NaCl8%±3%，BaCl29%±3%，CaF22%。其中MgCl2 是 起主要作用的成分，熔融MgCl2 能很好地润湿镁液中的非金属夹杂物，部 分氧化物（MgO 和CaO） 能和MgCl2 形成稳定或不稳定的配合物： MgO（CaO）+ MgCl2→MgCl2· MgO（CaO） 5MgO+ MgCl2→MgCl2· 5MgO （2）浮游法 浮游法是向镁液中通入气体，通常用N2、He、Ar、氯化物或盐类所产生的 气体，形成大量气泡，由于气泡中氢的分压小，因此借助于镁液和气泡中的 氢分压之差氢便扩散进入气泡，气泡浮出液面后氢被排除，从而达到除气的 目的。 （3）过滤法 过滤法是依靠过滤介质的机械阻碍作用捕获夹杂物，同时截除吸附在夹杂物 上的氢而达到精炼目的。
1－铸铁支撑环；2－低碳钢坩锅 3－排气管； 4－黏土耐火砖； 5－出渣门；6－浇铸的耐火材料；7－燃烧通道
常见熔炼炉：
按用途 反射炉 静置炉 常见的熔炼炉 无铁芯工频 感应电炉 按加热方式 坩埚炉 煤气坩埚炉 电阻坩埚炉 熔炼炉
电阻坩埚炉
镁合金熔炼保护工艺：
镁合金的化学性质比较活泼，开始熔化时，容易氧化和燃烧，需要采取保护措施 防止熔融金属表面氧化。
（一）溶剂保护法
利用低熔点的化合物在较低的温度下熔化成液态,在镁合金液面铺开,因阻止镁液与 空气接触从而起到保护作用。 现在普遍使用的熔剂由无水光卤石(MgCl2 - KC)为主,添加一些氟化物生产中SF6常和其他气体混合在一起通入到熔炼炉，常用的混合方式有空气 / SF6、SF6/N2、空气/CO2/SF6。 含SF6的混合气体与镁可以収生一系列的复杂反应。 2Mg（L）＋O2＝2 MgO（S） 2Mg（L）＋O2+SF6＝2 MgF2（S）+ SO2＋ F2 2MgO（S）＋SF6＝2 Mg F2（S）+ SO2＋ F2 MgF2的致密度高，它与MgO一起可形成连续致密的氧化膜，对熔体起到良好的保 护作用。
在纯镁中加入某些有用的 合金元素和获得不同的镁合 金，他们不仅具有镁的各种 特性，而且能大大改善镁的 物理、化学和力学性能，扩
大其应用领域。
分类：
铸造镁合金
Mg-Al-Zn
普通铸造镁合 金 Mg-Zn-Zr Mg-Zn-Al,Mg-Zn-Al-Ca Mg-RE→Mg-RE-Mn Mg-Al-Zn Mg-Al-Mn Mg-Al-Si 压力铸造镁合 金 Mg-Al-RE Mg-Al-Ca

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压铸机： 900 ton 压力：150-120 bar 成型零件要求： 5-6 kg 典型壁厚： 1 mm
冷室压铸 储存金属液体的空腔 位于熔炉的外部。熔融金 属从附近的熔化炉中泵入 水平放置的空腔。然后金 属液体在高压活塞作用下 注入模腔中。 该法适用于厚壁大型 铸件。这就要有更高的压 力以弥补铸件的较大的收 缩。
阳极氧化
微弧氧化 化学转化膜
有机涂层和有机镀膜
金属涂层 激光表面处理 气相沉淀 其他表面处理方法
阳极氧化技术是在外加电压的作用下，将 镁合金试件作为阳极，用不锈钢、石墨或金 属电解槽壁作为阴极，在一定温度的电解液 中，通过试件与处理液之间的电化学反应， 在试件表面形成保护性膜层的表面处理技术。
镁合金的晶粒细化及变质处理:
晶粒细化是提高镁合金铸件性能的重要途径。 镁合金在熔炼过程中细化晶粒的方法有两类，即变质处理和强外场作用。
变质处理
1）含碳变质剂 工业上常用的含碳变质剂有菱镁矿（MgCO3）、大理石（CaCO3）、白垩、石 煤、焦炭、CO2、炭黑、天然气等。其中MgCO3、CaCO3最为常见。以MgCO3 为例，MgCO3加入到Mg-Al合金熔体中后，収生下列反应 MgCO3＝MgO＋CO2↑ CO2＋2Mg＝2MgO＋C 3C＋4Al＝Al4C3 镁合金熔体中会产生大量细小而难熔的Al4C3质点，呈悬浮状态并在凝固过程中 充当形核基底。 2）C2Cl6 C2Cl6是镁合金熔炼中最常用的变质剂之一，可以同时达到除气和细化晶粒的双 重效果。 3）其它变质剂 锆对Mg-Zn系、Mg-RE系和Mg-Ca系等合金具有明显的晶粒细化作用，是目前镁 合金熔炼中较常用的晶粒细化剂，但其晶粒细化机理尚不十分清楚。
空气中易氧化，易燃烧， 镁合金必须在专门的溶剂 覆盖或保护器下熔炼 抗盐水腐蚀能力差， 必须进行防腐处理 同钢铁材料接触时 易产生电化学腐蚀 缺点 杨氏模量、疲劳强度 等零件设计方面的材 料性能比铝低 综合成本比铝合金高， 加工价格远高于铝合金 铸造性能差。凝固易产 生显微气孔
优点
熔炼装置： 镁合金熔炼的主要设 备包括预热炉、熔炼 炉和保护气体混合装 置等（见图）。
压力铸造
-热室压铸 -冷室压铸 半固态成形技术 -触变铸造 -流变铸造 挤压铸造 -直接挤压铸造 -间接挤压铸造
热室压铸
热室压铸机带有一个与 充型浇道相通的空腔， 这个空腔位于化铝炉内 并始终充满熔融金属。 在活塞作用下，熔融 金属注入模具中。该法适 用于薄壁零件。生产效率 高(> 100 件/hr)，这是 因为镁优异的铸造性能和 快的凝固速度。
（三）合金化法
铍：毒性大，且过量导致晶粒粗化和增加热烈倾向。 钙：过量将严重恶化镁合金的力学性能。 钙和锆 稀土铈可有效提高镁合金的起燃温度
镁熔体的净化处理：
（一）镁熔体中的气体和夹杂物 （1）气的来源和形态
溶入镁熔液中的气体主要是氢气，来自受潮的溶剂、炉料以及金属炉料腐 蚀后带入的水汽，此外，在熔炼过程中，由于温度较高，金属液也会吸气。 （2）夹杂物的来源及形态 非金属杂物：镁的氮氧化物为主，如MgO、Mg3N2 等； 金属杂物：以Fe、Ni、Cu 等为主；
镁合金
Mg-Al-Sr
Mg-RE-Zn 锻造
Mg-Al-Zn
Mg-Zn-Zr
变形镁合金
挤压
Mg-Zn-Mn Mg-Mn
轧制
Mg-Li→Mg-Li-Al
比强度，比刚度高，是 世界上最轻的结构材料 弹性模量较低， 受力分布均匀 有高的震动阻尼容量 高温及常温下均具 有一定的塑性 具有优良的切削加 工性能 碱性环境下工作稳定，有 抗盐雾腐蚀性能 铸造工业方面具有较 大的适应性
压力： 4,500 ton 成型压力：300-900 bar 成型零件小于： 60 kg. 壁厚：1.5-2.5 mm.
大部分镁合金产品仍采用压铸技术生产 ,但压铸件很难避 免内部显微气孔等缺陷而且 力学性能较差。由于变形加工 消除 了铸锭组织 中的一些缺陷使显微组织収生了显著的 细化 因此 变形镁合金可获得比铸造镁合金更高的强度、 延伸率等力学性能。
挤压 轧制 锻造 冲压成形 超塑成形
镁在金属中是电化学顺序最后一个， 是所有工业合金 中化学活性最高的金属元素， 其标准电极电位为－ 2．363V，是电负性很强的金属。在自然界中其表面可 以形成一层氧化膜（MgO），但氧化膜疏松多孔， MgO 的PBR值［VMgO/VMg］为0．79（＜1），对基 体保护能力差，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中 均会遭受严重的化学腐蚀。因此，要扩大镁合金使用范 围，充分収挥其优越性能，更好的服务人类，就必须解 决其不耐腐蚀的问题。一方面进行表面处理，另一方面 就是从镁合金材质本身着手，开収新耐蚀镁合金。