镁合金及应用简述.doc

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1、目录目录 1 绪论 1 2 镁资源及原镁产生 2 2.1 概述 2 2.2 镁资源 3 2.3 镁的性质 5 2.3.1 元素特征 5 2.3.2 晶体结构 5 2.3.3 品质特性 6 2.4 原镁生产方法7 3 镁合金的成分组织和性能 8 3.1 镁合金的合金化特点 9 3.2 镁合金的分类及热处理 9 3.3 合金元素对组织和性能的影响10 3.4 铸造镁合金组织和性能11 3.4.1Mg-Al 系合金组织 12 3.4.2 Mg-Zn 系合金13 3.5 冶金缺陷对镁合金性能的影响13 4 镁合金强化处理14 4.1 合金化强化14 4.2 热处理强化16 4.3 复合强化16 4.4

2、 细晶强化17 5 镁合金铸造 17 5.1 镁合金熔炼17 5.1.1 镁合金的熔炼17 5.1.2 镁合金熔炼过程中的阻燃保护19 5.2 镁合金成形过程中的阻燃保护22 5.2.1 砂型铸造过程中的阻燃保护22 5.2.2 压铸过程中的阻燃保护22 5.2.3 镁合金的精炼和变质处理23 5.2.4 镁合金的熔炼工艺25 5.3 镁合金铸造成形26 5.3.1 常规压铸27 5.3.2 真空压铸30 5.3.3 充氧压铸31 5.3.4 挤压铸造31 5.4 镁合金铸造设备31 5.4.1 镁合金熔炼设备31 5.4.2 镁合金压铸机32 5.4.3 镁合金压铸辅助设备32 6 镁合金的

3、塑性成形 35 6.1 镁合金轧制技术35 6.1.1 厚板轧制36 6.1.2 薄板轧制37 6.2 镁合金挤压成形38 6.3 镁合金锻造成形40 6.3.1 可锻性40 6.3.2 工艺特性40 6.3.3 坯料41 6.3.4 坯料加热41 6.3.5 成形设备42 6.3.6 锻造模具及润滑42 6.3.7 锻件的切边和整形43 6.3.8 锻件后续处理43 6.3.9 锻件品质控制44 6.4 镁合金等温成形45 6.5 镁合金的超塑性46 6.5.1 超塑镁合金的处理工艺及其超塑性能47 6.6 镁合金板材的成形48 6.6.1 冷成形48 6.6.2 热成形49 6.7 镁合金

4、先进的塑性成形技术51 6.7.1 等通道挤压51 6.7.2 快速凝固/粉末冶金 51 6.7.3 喷射沉积52 6.7.4 喷射+轧制/锻造/挤压 52 7 镁合金的连接 52 7.1 镁合金焊接特点与焊接性53 7.1.1 焊接特点53 7.1.2 镁合金的焊接性54 7.2 镁及镁合金的焊接技术55 7.2.1 焊接设备及材料的选择55 7.2.2 气焊工艺56 7.2.3 氩弧焊工艺56 7.2.4 电阻点焊工艺56 7.2.5 其他焊接方法57 7.2.6 镁合金焊补57 7.2.7 镁合金焊后热处理58 7.2.8 镁合金焊接安全技术58 7.3 镁合金的粘接58 8 镁合金的腐

5、蚀及表面防护处理59 8.1 镁合金的腐蚀类型60 8.1.1 全面腐蚀与电偶腐蚀60 8.1.2 应力腐蚀开裂60 8.1.3 其他腐蚀61 8.2 影响镁和镁合金耐蚀性的因素61 8.2.1 影响镁和镁合金耐蚀性的因素61 8.2.2 提高镁合金耐腐蚀性能的途径62 8.3 镁合金的表面处理63 8.3.1 化学转化膜64 8.3.2 镀镍64 8.3.3 激光处理65 8.4 镁合金表面处理层性能检测方法65 8.4.1 外观检测65 8.4.2 表面层厚度测定方法65 8.4.3 模层硬度的测量66 8.4.4 涂层结合力或结合强度测试法67 8.4.5 腐蚀试验方法67 9 废镁回收

6、及镁合金安全生产67 9.1 压铸废镁合金的分类68 9.2 镁合金废料的前期处理68 9.3 废镁合金的熔炼方法69 9.4 废镁合金在熔炼中的质量控制70 9.4.1 降低合金中铁的含量70 9.4.2 降低合金中非金属杂质的含量71 9.4.3 预防外来杂质72 8.5 镁合金安全生产73 10 镁合金的应用 74 10.1 镁合金在汽车工业上的应用 74 10.1.1 在国外汽车上的应用 75 10.1.2 在国内汽车上的应用 76 10.2 镁合金在摩托车上的应用 76 10.3 镁合金在自行车上的应用 76 10.4 镁合金在航空上的应用 77 10.5 镁合金在 3C 产品上的应

7、用77 10.6 镁合金在武器中的应用 78 10.7 镁及镁合金在其他领域中的应用 78 10.7.1 冶金工业 78 10.7.2 化学工业 78 10.7.3 电化学工业 79 10.7.4 镁牺牲阳极及其他产品 79 11 总结 79 参考文献 80 致 谢 81 1 1 绪论绪论 镁及镁合金具有密度小、比强度高、加工焊接和阻尼性能良好及尺寸稳定、价格 低廉、可以回收利用等优点，越来越受到人们的重视，镁合金已成功应用于航空、汽 车制造和电子等领域。中国是镁资源大国，储量居世界第一，目前原镁的生产量占全 世界的 2/3,是原镁最大的生产国和出口国，但并非为镁合金产品加工和应用的强国。国

8、家科技部、发展改革委员会等部门和相关地方政府投入大量资金用于镁合金基础研究、 应用开发及产业化发展。国家高新技术 S63“高强度变形镁合金研制及其应用研究”， “先 进轻武器材料技术”，国家“十五”攻关“交通工具用镁合金零部件生产及应用共性关键技 术研究开发及产业化”等项日，都可以看出国家对镁及镁合金加工和应用的重视。而且 各自的侧重面有所差异。随着镁合金研究开发的不断深人.越来越多的人加人镁合金基 础研究和产业化队伍中，为了了解镁合金的基础知识和研究现状，我将收集的资料进 行了归纳整理。 下面我简单介绍几个我国几个专业的镁业公司： 1 重庆镁业科技股份有限公司 重庆镁业科技股份有限公司路是由

9、隆鑫集团，西南铝业集团)等五家公司共同发 起组建的其有完整产、学、研、销产业链的高新技术企业。公司拥有实力雄厚的镁及 镁合金研究开发应用中心，致力于镁及镁合金在航空航天、交通运输、手持工具、运 动器材等中的应用技术研究和生产，目前的产品有镁合金汽车方向盘骨架、汽缸盖罩、 镁合金射钉枪壳体，园林工具上的齿轮室盖、箱体等零部件。镁合金摩托车零部件及 各类镁台金型材等。 重庆镁业先后承担国家“十五”国家“863 计划”镁合金项目和重庆市科技攻关重点项 目。公司将秉承“科技报国，求实创新，精诚友善、高效尽责”的企业精神，凭借雄厚 的科技实力和人才优势，朝着资本多元化，经营国际化，管理科学化的目标的前进

10、。 2 太原市精诚镁合金科技有限公司 依照太原市政府近几年的产业政策，并结合自身优势，于 2007 年 2 月成立了太原 市精诚镁合金科技有限公司。现公司已经具备生产各种镁合金 2 万吨，其中镁合金铸 件 5000 吨，并且可根据客户与市场的不同要求进行生产和加工，公司的宗旨就是为客 2 户生产和提供最好最优的镁合金和镁合金产品。精诚镁合金能够根据汽车，电子，以 及航空工业的需求，生产出高质量的镁合金铸造产品。通过高级的精炼技术和严格的 质量控制体系，我们可以提供高纯度耐腐蚀的各种 AZ 与 AM 系列铸造镁合金。 公司对生产进行标准化控制和规范化管理，在引进专业人才的同时，不断提高员 工的素

11、质，不断增加对新产品研究开发的投入，以确保公司的产品在市场经济大潮中 永立不败之地！精诚镁合金自 2008 年试营业以来，第一期镁合金生产车间的精炼以及 浇铸能力达到每年 15,000 吨。 3 焦作市高招镁合金有限公司 焦作市高招镁合金有限公司是一家大型高新技术企业，专业从事镁合金、铝合金、 锌合金等一些有色轻金属合金的精炼、铸造、和新型材料加工技术开发，及相关新产 品研发，生产和销售为一体的综合性公司。 公司主要有镁合金锭、镁合金棒材、镁合金板、大型镁合金铸件、铝合金铸件、 镁合金牺牲阳极系列、铝合金、锌合金牺牲阳极系列、镁带、锌带、高硅铸铁阳极、 以及阳极保护配套材料等几十种产品近上百种

12、规格。近年来在满足国内市场的前提下 还远销美国、日本、韩国等十多个国家。被广泛应用于汽车配件、纺织机械配件、笔 记本电脑、埋地管线、港工设施、储罐码头钢柱等国内外多个行业的重点项目工程。 目前,全国六大镁合金基地已经有了一定的.形成了重庆镁合金汽车摩托车制造, 青岛信息和通信产品开发,上海汽车工业应用,深圳镁合金压铸设备,辽宁 氧化镁及镁矿开发,宁夏盐湖煤资源开发布局。 2 镁资源及原镁产生镁资源及原镁产生 2.1 概述 自 19 世纪末，由于人类文明的快速进步，金属材料的消耗与日俱增，某些金属矿 产资源逐渐趋于枯竭。据某些文献报道，有些金属(如铜、铅、锌)矿藏的开采只能维持 几十年，有些金属

13、(如铝、铁)也只能维持 100300 年。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，可谓取之不尽，用之 不竭。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 3 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 部门已经投人大量的资金进行相关问题的研究与开发。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

14、、铝后时代的第一接 力棒。 2.2 镁资源 中国工程院院士左铁镛日前在博鳌参加中国工程院的学术会议时说，近十年来， 我国原镁的产量及出口量得到快速发展，在镁的初级产品应用上已经有所突破，但高 附加值的镁合金产品的开发和应用却相对不足. 我国镁业急需朝规模化、专业化、集团 化方向发展，充分挖掘我国镁资源潜力。 我国是镁资源大国，菱镁矿、白云石矿和盐湖镁资源等优质炼镁原料在我国的储 量十分丰富，为我国的原镁工业及下游产业的蓬勃发展和不断进步提供了物质保证。 上世纪 90 年代以来，我国镁工业的发展突飞猛进。2003 年，原镁产量达到 35.4 万吨， 占全球产量的 2/3，成为我国继铝、铜、铅、锌

15、之后的第五大有色金属，我国已成为世 界上第一大镁生产国。左铁镛院士说，在镁的初级产品应用上，我国近几年有所突破。 20 年消费 5.12 万吨，比上年增长近 1/3，主要用途有:镁可作为铝合金的添加元素，镁 粉用于钢铁脱硫，镁合金用于压铸件等。 我国镁合金的优势也已经被国内许多企业所认识，在汽车、摩托车和 3C 产业中镁 合金产品或零部件开始获得应用。如，为上海大众生产的汽车配套的变速箱上下壳体， 年消耗镁合金 2500 吨，青岛金谷镁业生产的手机、PDA 外壳、CD 机、MP3、便携 VD、对讲机外壳等 8 类 3C 产品的年产量达 200 万件等。除此之外，分布在广东、 江苏等地的为 3C

16、 产品配套的镁合金压铸厂，受香港、台湾两地从资金投入、技术支撑、 市场开拓以及管理的介入等全方位的激发和拉动，发展很快。 在出口方面，我国镁产品的出口结构近年来已由单一的原镁锭向多种产品，特别 是向镁合金产品方面转化。 在镁和镁合金的研究方面，我国也已初步形成了从基础研究到应用研究一直到产 4 品开发的完整科研开发体系。科技部、国家自然科学基金等部门相继出台了“镁合金开 发应用及产业化“的前期战略研究，全国共有 4 个研究所、7 所高校、20 多家企业直接 参与了“镁合金开发应用及产业化“项目的实施。到 2002 年底，该项目已申请有关专 利3 项，其中发明专利 15 项。国家高技术发展计划（

17、863 计划）也支持开发高性能 镁合金材料及应用技术，其目标是开发未来 510 年内获得应用的关键技术。我国正从 镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。但是镁作为一种轻质工程材料，其潜力尚未充 分挖掘出来，开发利用还远不如钢铁、铜、铝等成熟，普遍存在工艺简单，技术装备 落后，环境恶劣，资源、能源浪费比较严重，产品质量不够稳定等问题。这必将给镁 业良性发展带来严重后果。 在实施我国镁产业的发展战略上，左铁镛提出以下建议: 国家制定有关措施限制原镁企业的盲目发展。对已经建成的 1 万吨以下的生 产企业，根据具体情况分别予以关停并转。 发展新型镁工业，走循环经济之路。如，皮江法炼镁厂可与镁非金属功能材

18、料的生产组成联合企业，利用皮江法炼镁过程中的废弃物生产镁非金属功能材料，不 仅解决皮江法炼镁的环保问题，还能降低金属镁与非金属镁的生产成本。 加强镁的应用基础理论研究，加大镁深加工产品的研发与推广力度。加快镁 产品结构调整，改变目前我国镁产品结构单一、附加值低的现状，生产高品质、高附 加值、高科技含量的深加工产品，大力培育和创造自己的品牌、名牌产品，在更大范 围、更大领域、更高层次参与国际竞争。利用国内外新工艺、新技术、新装备及新的 检测手段，使镁合金深加工企业上水平、上规模。 成立国家级的镁业开发应用研究中心。参照国外成功的经验，建议在北京成 立国家级镁开发研究中心，以集中全国镁业优秀人才，

19、联合攻关，解决目前影响我国 镁业发展的一些重大科技难题，尽快提高我国镁产业化水平。 扩大国内镁的应用。政府有关部门制定相关政策，拉动国内镁的应用。对交 通领域提出减重、尾气排放要求，使国内汽车制造商不得不采用镁合金替代钢、锌合 金、铝合金等铸件以减轻汽车的自重。 左铁镛院士建议，我国镁业的发展，应结合资源、能源和投资环境的优势，向规 模化、专业化、集团化方向发展，提高产业的集中度，形成以镁为中心的产业群，把 5 企业做大做强，做专做特，充分挖掘我国镁资源潜力，促进我国镁工业全面、协调、 可持续发展。 2.3 镁的性质 人们对于镁这种金属的普遍认识是它密度小由物理、化学性质所决定的。下面就 元素

20、特征、性能和力学性能等方面介绍纯镁的性质。易于燃烧，这种特性是晶体结构、 品质特性、热性能和力学性能等方面介绍纯镁的性质 2.3.1 元素特征 纯镁的元素特征如下。 元素符号:Mg 原子序数:12 自由原子中各轨道电子状态:1s2-2s22p63s2 同位素原子:78. 99%Mg24,10.00%Mg25,11.07%Mg26 相对原子质量:24.3050(自然镁的标准相对原子质量符合 IU-PAC1995) 原子体积:14.0 cm3/mol 2.3.2 晶体结构 在大气压.下纯镁的晶体结构是密排六方形。镁原子在晶胞中的位置及各主要晶面 和晶向。根据学者 staler 和 Drickame

21、r 获得的 X 射线衍射数据和电阻数据，Perea- Albuerne 等人认为，当压力超过 5000MPa 时可能存在双密排六方相“MgII”。但至今没 有进一步证明“MgII”相的存在。 国外好几位研究者测定了纯镁在 25下的晶格常数(见表 1-1)，测量结果与理论 预测值 a=0.32092nm 和 c=0.52105 相吻合，误差仅为土 0.01%。如果交错密排原子层系 由理想的硬球原子组成，则理想密排六方结构的 a/c 比为 1.633。这与室温下所测 a/c 比为 1.6236 相比说明金属镁具有接近完美的密排结构。 纯镁的晶格常数与温度的关系见表 1-2，在 050的温度区间内。

22、 表 1-1 纯镁的晶格常数 晶格常数/nm晶格常数/nm ac 说明 ac 说明 6 0.320950.51205在 25oC 下0.320940.52111 在 25oC 下 0.320930.52103 在 25oC 下 0.320880.52009 在 25oC 下 0.320900.53105 在 25oC 下 0.320950.52107 在 25oC 下 表 1-2 纯镁的晶格常数与温度的关系 晶格常数/nm晶格常数/nm温度/0C ac 温度/0C ac 100.320810.520911800.322140.52310 250.320880.520992000.322170.

23、52327 300.321000.52120310.50.323130.52529 460.321060.521824550.324850.52769 980.321520.52191506.80.325510.52879 1000.322110.523085970.326650.53067 (1)滑移:室温下，主滑移发生在基面(0001)上的密排晶向上;第二滑移发生在(1010) 垂直面的(1120)晶向上。在中温下，滑移还发生在(1011)斜面的(1120)晶向上。 （2)孪晶:室温下，第一孪晶系产生在(1012)晶面;第二孪晶系产生在(3034)晶面。在 中温条件下，孪晶也产生在(101

24、2)晶面。 (3)金属镁的断裂:金属镁在室温区内发生断裂主要是由晶间裂纹的汇聚导致的。这 些裂纹产生在3034 孪晶面和一些高指数晶面(如(1014)或（1015）和（1124）上。在 中温条件下，晶界裂纹和空洞的形成成为导致金属镁断裂的主要因素。 2.3.3 品质特性 （1）密度 20时金属镁的密度是 1.78g/cm3。在熔化温度下(650)固态金属镁的 密度约为 1. 65g/cm3 ,液态金属镁密度为 1.58g/cm3。 (2)凝固体积变化 金属镁凝固体积收缩为 4.2%，对应于凝固线收缩 1，5%。 (3)冷却体积变化 当金属镁从 650冷却到 20的过程中产 5%体积收缩，对 7

25、 应的冷却线收缩为 17% 2.4 原镁生产方法 镁冶金同其他金属冶炼相比是一个比较新的工业门类。它的发展过程大体经历了 金属还原镁的化合物、熔盐电解和热还原三个阶段。 镁的化合物是 17 世纪末发现的。1695 年美国的物理学家葛留在埃蒲荪的矿泉中发 现了硫酸镁，后来又发现了碳酸镁。1755 年英国人布拉克正式确定了镁元素的存在， 1808 年英国化学家戴维电解汞和 MgO 混合物，通过加热驱走了汞，分离出单体镁。 1828 年法国科学家布塞等人开始尝试用钾蒸气还原氧化镁和还原氯化镁制取金属镁的 方法，后又用还原熔融氧化镁。由于用钠和钾还原镁的化合物的方法很不经济，后来 很快就被电解法所代替

26、。1830 年法拉第第一次用电化学的方法电解熔融氯化镁获得了 金属镁。1852 年本生在实验室里对电解法进行了较为详细的研究，并由试验研究走向 工业生产，1885 年建立了工业电解槽。后来戴维等许多科学家对电解质、阳级和阴级 材料、添加剂以及水分、硫酸盐等杂质对电解过程的影响作了详细的研究。1897 年美 国的贝尔达乌取得了电解熔融氯化镁与氯化钠的混合物制取金属镁的专利权，格梅林 根于 1899 年取了用电解天然光卤石制取金属镁的专利权。电解熔融氯化物制取金属镁 的方法在 19 世纪末已初具规模，金属镁成了工业金属。后来，电解熔融氯化物制取金 属镁的方法在工艺设备方面又进行了一系列的改进。直到

27、目前为止，电解法仍然是生 产金属镁的主要工艺方法之一。 自 20 世纪 30 年代开始，金属热还原法开始建立并极受重视，尤其是硅热法炼镁。 由于具有工艺较简单、无污染、建厂快、投资省等优点，已成为生产金属镁的一种主 要方法。金属镁的生产结构，反映了电解法和热法制镁的竟争能力。金属镁的生产发 展仅有 70 余年的历史，由于一度作为战略物资用于军事工业，所以其产量波动很大。 第一次世界大战前仅有少数几个国家生产金属镁，战争期间产量增长，战后又下降。 第二次世界大战期间，镁产量曾猛增至 24. 85 万吨，战后下降。自 20 世纪 50 年代以 来，镁的应用范围不断扩大，产量也稳步上升。 我国镁工业

28、起步较晚。1957 年抚顺铝厂镁分厂投产，采用菱镁矿氯化制取的 MgCl2为原料，电解生产金属镁。以后又进行了热法炼镁试验研究。近年来，硅热法炼 8 镁有了较快的发展，电解法工艺技术开发也在加快进行。 镁冶金的现代方法主要分为两种:一是电解法;二是硅热法。 电解法炼镁可分为电解熔融氯化镁和电解溶于熔盐中的氧化镁。电解法又依氯化 镁的制得方法不同分为四种:道乌法、阿码克斯法、诺斯克法和氧化镁氯化法。道乌法 以海水为原料，阿码克斯法以盐湖中的卤水为原料，诺斯克法以海水或 MgCI2含量高 的卤水为原料，氧化镁氯化法以菱镁矿为原料。 硅热还原法又分为皮江法、波尔扎诺法和玛格尼特法三种。 皮江法的原料

29、为白云石，还原剂为硅铁，矿化剂为萤石。将原料粉碎至 200 目左 右，制成球团，装入还原罐，在 1200的高温和小于 13.3Pa 的真空下热还原制得结晶 镁，经精炼后铸成镁锭，也称外热法。我国目前大都采用此法。 波尔扎诺法原理及原料和皮江法相同，只是改外加热为内加热，因此也称为内热 法或改良皮江法。其因在意大利波尔扎诺地方首先建厂而得名。与皮江法的不同之处 在于:原料制成砖状，不是小球状。还原炉尺寸约为 2m5m 钢外壳，内砌耐火材料。 内部有若干串联的电阻环，砖形料放在电阻环上直接加热，镁结晶器在还原炉上部。 精炼工艺与皮江法相同。 玛格尼特法起源于法国，中国、日本曾使用过该法。原料为白云

30、石，还原剂为硅 铁，造渣剂为铝土矿。在真空电炉中进行还原反应。反应温度为 l600左右，真空度 为 20-100mmHg。所有炉料均呈液态，产品为液态镁，炉渣也为液态。单相交流电导 人炉渣层中，用以加热并熔化炉渣，炉渣是电阻体。炉底有一出口，可排渣和残余的 硅铁。上部冷凝器中收集液态镁，冷凝器定期更换。该法也称半连续法。其反应式为： 2 ( Ca0MgO)(固)十 2Si(Fe)(固)十 nAl2O3 (固)= 2Mg(气)+ 2CaOSiO2nAl2O3(液)+ Si-Fe(液) 不同炼镁方法各有利弊，不同生产方法的镁产品质量、基建投资、生产规模等存 在差异。 3 镁合金的成分组织和性能镁合

31、金的成分组织和性能 工业用镁的纯度可达到 99.9%，但是纯镁不能用作结构材料。在纯镁中加人铝、 9 锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛 应用。在 2U 世纪 20 年代至 30 年代晚期，镁合金的开发和应用达到第一个高峰;在 20 世纪 50 年代，达到第二个高峰;从 20 世纪 90 年代至今是第三个高峰。 3.1 镁合金的合金化特点 (1) 晶体结构因素 根据体漠-饶塞里定则金属结构相同，原子尺寸、电化学特征 相近，才能形成无限固溶体。镁具有密排六方晶体结构(hcp)，其他常用的密排六方金 属(如锌和铍)，不能满足上述条件，不能与镁形成无限固溶体。

32、只有镉可满足上述条件， 在高温（2530C）下，能与镁形成无限固溶体。 (2) 原子尺寸因素 溶质和溶剂原子大小的相对差在 15%以内才可能形成无限固溶 体。对镁来说，可能形成无限固溶体的金属元素中约有 1/2，约 1/10 的金属元素相对 差值在 15%左右，其他则在 15%以外。 (3) 电负性因素 溶质元素与溶剂元素之间的电负性相差越大，生成的化合物越 稳定。Darken -furry 理论认为，电负性差值大于 0.4 的元素不易形成固溶体。镁具有较 强的正电性，当它与负电性元素形成合金时，几乎一定形成化合物。这些化合物往往 具有拉弗斯型结构，同时其成分具有正常的化学价规律。拉弗斯相是一

33、种金属间化合 物，它借大小原子排列的配合而实现密堆结构，其分子式为 AB2，A原子半径大于 B 原子半径。尽管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是电子浓度在确定其结构类 型和稳定性方面起着重要作用。典型的拉弗斯相包括三种:MgCu2(立方)、MgZn2(六方)、 MgNi2(六方)。MgCu2型有 LaMg2;MgZn2型有 BaMg2 , CaMg2。化合物的稳定性可用熔 点来表示，可见，Mg17Al12熔点最低，Mg2Si 熔点最高。所以，Mg-Al 合金耐高温性能 较差，而 Mg-Si 耐高温性能较好。 (4) 原子价因素业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。与低 价元

34、素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。所以，尽管 Mg-Ag 和 Mg-In 之间原子 价差是相同的，但一价银在二价镁中的溶解度比三价锢在镁中的溶解度要小得多。 3.2 镁合金的分类及热处理 镁合金的分类有三种方式:化学成分、成形工艺和是否含锆。根据化学成分，以五 个主要合金元素 Mn、A1、 Zn、Zr 和稀土为基础，组成基本合金系:Mg-Mn, Mg-A1- 10 Mn,M g-Al-Zn-Mn,Mg-Zr,Mg-Zn-Zr,Mg-RE-Zr ,Mg-Ag-RE-Zr,Mg-Y-RE-Zr。 Th 也是镁 合金的一种合金元素，组成合金系:Mg-Th-Zr,Mg-Th-Zn-Zr,Mg-Ag

35、-Th-RE-Zr。因 Th 具 有放射性，基本不再使用。按有无 Al，分为含 Al 镁合金和不含 A1 镁合金;按有无 Zr，可分含 Zr 合金和不含 Zr 合金。根据加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和 变形镁合金两大类。两者没有严格的区分，铸造镁合金如 AZ91, AM20, AM50, AM60, AE42 等也可作为锻造镁合金 。 目前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主要有以下 4 个系列:AZ 系列 Mg-Al-Zn ; AM 系列 Mg-Al-Mn; AS 系列 Mg-Al-Si 和 AE 系列 Mg-A1-RE。我国 铸造镁合金主要有如下二个系列:Mg-Zn-Zr

36、,Mg-Zn-Zr-RE 和 Mg-Al-Zn 系列。变形镁合 金有 Mg-Mn,Mg-Al-Zn 和 Mg-Zn-Zr。 3.3 合金元素对组织和性能的影响 合金元素对镁合金组织和性能有着重要影响。上面已经提到，加人不同合金元素， 可以改变镁合金共晶化合物或第二相的组成、结构以及形态和分布，可得到性能完全 不同的镁合金。镁合金的主要合金元素有 Al,Zn 和 Mn 等，有害元素有 Fe, Ni 和 Cu 等。 (1)铝 在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为 12.7%，而且随温度的降 低显著减少，在室温时的固溶度为 2.0%左右。铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件 强度。但是，Mg17

37、Al12在晶界上析出会降低抗蠕变性能。特别是在 AZ91 合金中这一析 出量会达到很高。在铸造镁合金中铝含量可达到 7%9%，而在变形铝合金中铝含量 一般控制在 3%5%。铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝含量的 增加而增加。 (2)锌 在镁合金中的固溶度约为 6.2% ,其固溶度随温度的降低而显著减少。锌可 以提高铸件的抗蠕变性能。锌含量大于 2.5%时对防腐性能有负面影响。原则上锌含量 一般控制在 2%以下。锌能提高应力腐蚀的敏感性，明显地提高了镁合金的疲劳极限。 (3)锰 在镁中的极限溶解度为 3.4%。在镁中加人锰对合金的力学性能影响不大， 但降低塑性，在镁合金中加人 1

38、%2.5%锰的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向， 从而提高耐腐蚀性能和改善合金的焊接性能。锰略微提高合金的熔点，在含铝的镁合 11 金中可形成 MgFeMn 化合物，可提高镁合金的耐热性。由于冶炼过程中带入较多的元 素 Fe ,通常有意加人一定的合金元素 Mn 来去除 Fe。所以，Mn 在镁合金中存在有两类 作用:一是作为合金元素，可以提高镁合金的韧性，如 AM60,此类合金中 Mn 含量较高; 二是形成中间相 AlMn 和 AlMnFe，此类合金中 Mn 含量较低。迄今为止，镁合金中含 AIMn 相的结构还不很清楚。Mn 与 A1 结合可形成中间相:AlMn, Al3Mn,Al5Mn,Al6Mn 或 Al8Mn5。Wei 研究了压铸 Mg-Al 基镁合金，认为含 Mn 相根据形态分两类:一种为 花瓣形，另一种为等轴或短棒状。AlMn 相在挤压镁合金 AM60 组织中的结构为具有规 则外形的等轴状。 (4)硅 可改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。因为在晶界处可形成细小弥散 的析出相 Mg2Si，它具有 CaF2型面心立方晶体结构，有较高的熔点和硬度。但在铝含 量