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AZ80A镁合金

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镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右）,比强度高,比弹性模量大,散热好,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝,锌,锰,铈,钍以及少量锆或镉等。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。

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产品特点

铸造镁合金AZ80M,具有较高的抗振能力和吸热性能,因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金AZ31B在汽油,煤油和润滑油中很稳定,适于制造发动机齿轮机匣,油泵和油管,又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂,舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机,尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。著名的美国B-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤,挤压件90公斤,铸件超过200公斤。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件,如中国“红旗”地空导弹的仪表舱,尾舱和发动机支架等都使用了镁合金。

目前,AZ31B镁合金在汽车上的应用也很广泛。如离合器壳体,阀盖,变速箱体气缸盖,空调机外壳等。方向盘,转向支架,刹车支架等。为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化,在方向盘和坐椅上使用镁合金。根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100 kg,每百公里油耗可减少0.7 L左右,每节约1 L燃料可减少CO2排放2.5 g,年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大,汽车的轻量化成必然趋势。

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镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。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。但镁合金线膨胀系数很大,达到25～26 μm/m℃,而铝合金则为23 μm/m℃,黄铜约20 μm/m℃,结构钢12 μm/m℃,铸铁约10μm/m℃,岩石（花岗岩,大理石等）仅为5～9 μm/m℃,玻璃5～11 μm/m℃。

镁物理性能的优点

在航天的应用

镁合金是航空器,航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻,比重为1.8,强度也较低,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。

镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀,因此零件使用前,表面需要经过化学处理或涂漆。德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金。镁合金具有较高的抗振能力,在受冲击载荷时能吸收较大的能量,还有良好的吸热性能,因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油,煤油和润滑油中很稳定,适于制造发动机齿轮机匣,油泵和油管,又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂,襟翼,舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机,尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。例如,B-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤,挤压件90公斤,铸件超过200公斤。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件,如中国“红旗”地空导弹的仪表舱,尾舱和发动机支架等都使用了镁合金。中国稀土资源丰富,已于70年代研制出加钇镁合金,提高了室温强度,能在300°C下长期使用,已在航空航天工业中推广应用。

合金名称
特征
应用范围

AZ91D 强度高且耐腐蚀性好 电器产品的壳体等
AM60B 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AM50A 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AS41B 抗蠕变性能好 汽车上的减速箱等

机械加工性能

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。
表：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

耐凹陷性好：镁合金与其他金属相比抗变形力大,由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。

对振动·冲击的吸收性：由于镁合金对振动能量的吸收性能好,使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外,冲击能量吸收性能好,比铝合金具有更好的延伸率的镁合金,受到冲击后,能吸收冲击能量而不会产生断裂。

镁合金与塑料不同,它可以简单地再生使用且不降低其机械性能,而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比,熔点低,比热小,在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。

表：各种材料的物理性质比较

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

铝合金
（压铸成形） 380 2.70 595 100 315 160 3 117 71
钢铁 碳素钢 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

镁合金的种类

在数码单反相机上的应用
镁合金由于密度低,强度较高,具有一定的防腐性能,常用来做单反相机的骨架。一般中高端及专业数码单反相机都采取镁合金做骨架,使其坚固耐用,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,宾得的K-7及K-5等都是镁合金机身。
采用了镁合金机身的数码单反相机不仅是准专业级专业的象征,也具有高昂的价格。

按成型方法分为变形镁合金和铸造镁合金两类。 

1,合金名称
镁合金的合金名称是以主要添加合金元素及其百分比来取名。

2,主要合金的成分（ASTM规格）
合金名称 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

镁合金化学处理

镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系,有机酸系,磷酸盐系,KMnO4系,稀土元素系和锡酸盐系等。
传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密,含结构水的Cr则具有很好的自修复功能,耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性,废水处理成本较高,开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜,耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理,取代传统的含Cr,F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性,并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。 

有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学,电子学等综合性能,在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。
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。 

传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬,氟,磷等元素,不仅污染环境,也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良的耐蚀性来源于阳极氧化后Al,Si等元素在其表面均匀分布,使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 

一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分,一定程度上能改善氧化膜层厚度,致密度,降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长,但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。 

但阳极氧化膜的脆性较大,多孔,在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。

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。镁合金电镀层有Zn,Ni,Cu-Ni-Cr,Zn-Ni等涂层,化学镀层主要是Ni-P,Ni-W-P等镀层。
单一化学镀镍层有时不足以很好地保护镁合金。有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合,约35μm厚的镀层经钝化后可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀。也有人采用化学镀镍作为底层,再用直流电镀镍能得到微晶镍镀层,平均结晶颗粒大小为40nm,因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低,结构更致密。
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。

激光处理

激光处理主要有激光表面热处理和激光表面合金化两种。
激光表面热处理又称为激光退火,实际上是一种表面快速凝固处理方式。而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。激光表面合金化能获得不同硬度的合金层,具有冶金结合的界面。利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和多层合金化层。

采用宽带激光在镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆涂层时,由于涂层中形成的多种金属间化合物的增强作用,使合金涂层具有高的硬度,弹性模量,耐磨性和耐蚀性。而由于稀土元素Nd的存在,在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷,晶粒得到明显细化,能提高熔覆层的致密性和完整性。

激光处理能处理复杂几何形状的表面,但镁合金在激光处理时易发生氧化,蒸发和产生汽化,气孔以及热应力等问题,设计正确的处理工艺至关重要。

其他处理

离子注入是在高真空状态下,在十至数百KV电压的静电场作用下,经加速的高能离子（Al,Cr,Cu等）以高速冲击要处理的表面而注入样品内部的方法。注入的离子被中和并留在样品固溶体的空位或间隙位置,形成非平衡表面层。

有研究认为耐蚀性能的提高是由于自然氧化物的致密化,注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果。所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有关,而基体表面的MgO对改性层的耐蚀性能的提高也有一定的促进作用。

气相沉积即蒸发沉积涂层,有物理气相沉积(PVD）和化学气相沉积(CVD）两种。它是利用能使镁合金中的Fe,Mo,Ni等杂质含量大幅度降低,同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷,避免形成局部腐蚀电池,从而达到改善防腐性能的目的。 

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。

镁合金板材用途

①镁合金板材是航空,航天工业不可缺少的材料。航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著,商用飞机与汽车减重相同质量带来燃油费用节省,前者是后者的近100倍,而战斗机的燃油费节省又是商用飞机的近10倍,更重要的是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。正因为如此,航空工业才会采取各种措施增加镁合金应用。现在飞机所用的铝材料约占飞机总重量的85%,高强度,耐腐蚀的镁合金板比铝板性能更好,在飞机上应用更有优势。
③交通工具上应用,如汽车,火车,船舶等,减轻重量,节省能源,减少污染,国家正大力发展。
④在3C产品上广泛应用。
⑤在电源上应用,镁电源类产品都是高能无污染电源,如制造镁锰干电池,镁空气电池,镁海水电池,鱼雷电源以及动力电池。
⑥高电位镁合金牺牲阳极板用在金属保护上。
⑦民用也很广。如环保建筑装饰板材,体育,,工具,高级眼镜架,手表壳,
高级旅行用品等
焊丝应用
镁合金焊丝用于各种锻压镁合金及铸造镁合金,广泛应用于光学仪器 ,航空航天,汽车配件及民用镁制品和工艺品的焊接,是用于焊修镁合金断裂,裂纹,沙眼气孔的专用镁合金焊丝。
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。 

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