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
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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。
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。
全镁概念摩托车，12个零部件 用镁合金替代（减重6Kg）
镁合金高比强度、良好电磁屏蔽 和散热能力，优越的装饰及易于回收 的特点，是制造电子产品外壳的理想 材料。
※手机、电脑、笔记本电脑等3C产品
全镁合金手机、笔记本电脑等3C产品
※办公用品
※兵器（减重）
飞行器结构件
压力容器
三、镁及镁合金研究发展历程
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。
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。
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。
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。
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。
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※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。
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。
(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。