深入发展的镁合金及其成形技术

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 11:31:03点击率：

        近几年，镁合金的研究主要集中在新合金的开发和新的成形技术上，其目的是扩大镁合金的适用范围。
    镁合金耐热性差是限制其应用的主要问题之一，提高耐热性可以扩大应用范围。为此，世界各国开展了大量的研究工作。目前，提高镁合金耐热性基本的做法是向合金中添加稀土元素。沈阳工业大学的刘正先生，开展了向压铸AM50合金中添加钕元素来改善合金耐热性的研究工作，其中钕的加入量为0.471%（质量分数，下同）。研究结果表明，钕加入后，合金从室温到200°C时的力学性能均得到了改善，极限抗拉强度、屈服强度和延伸率均得到了提高，断口也呈混合断裂的特征；力学性能改善出现在100°C；经对合金微观组织分析发现，钕元素加入后，合金中形成了金属间化合物Mg9Nd，并弥散分布于合金基体上，对晶界的滑移起到了抑制作用，从而产生了强化效果，使合金的高温强度得到提高。
    许多镁合金压铸件使用时将承受一定的摩擦和磨损，而其磨损行为的研究工作至今却开展得相对较少。吉林大学的杨晓红女士开展了稀土镁合金磨损行为的研究工作，重点研究了AZ91D合金中加入不同量稀土元素后，对合金的摩擦系数、磨损失重及摩擦表面形貌的影响，从而确定了稀土镁合金的磨损失效形式。研究结果显示，在干摩擦的条件下，随着稀土元素加入量从0.2%增加到1.0%，合金的摩擦系数和磨损失重均依次减小，有效地延缓了从轻磨损到严重磨损的过渡。稀土元素提高镁合金磨损性能的原因主要是：稀土加入后，合金得到了强化，提高了综合性能，并提高了磨损表面氧化膜的稳定性，从而使合金的耐磨性能得到提高。
    此外，沈阳工业大学的李峰先生，对挤压AZ61镁合金板热处理工艺和力学性能进行了研究。这项研究的目的是提高这种用于制造散热片的镁合金力学性能。具体做法是在200°C下对合金进行不同时间的失效处理。研究结果表明，合金的抗拉强度、屈服强度总体上是随失效时间的延长而提高，延伸率则下降；与铸态相比，屈服强度提高幅度较大，纵向提高幅度优于横向。组织分析表明，合金的晶粒并未出现拉长现象，说明在挤压过程中已发生了再结晶，产生各向异性的原因可能是挤压过程中形成的变形织构所至。这项研究为利用热处理改善变形镁合金力学性能提供了一定的借鉴。
    挤压和半固态加工技术是提高镁合金制件性能的有效途径，这类技术的应用是当前的研究热点。在本次国际压铸会议宣读的有关镁合金压铸方面的学术论文中，采用挤压或半固态成形技术的占有相当大的比例，体现了研究者的重视程度。
    沈阳工业大学的袁晓光先生，针对半固态和挤压用镁合金锭的制备问题开展了研究工作，系统地研究了电磁搅拌对合金组织的影响。结果表明，施加不同的励磁电压对合金熔体进行搅拌，获得的合金的组织明显不同。随着励磁电压的提高，合金中的初生a-Mg相越趋于球化，且尺寸越细小；但是，当励磁电压达到一定值后，这种趋势也减弱。同时，搅拌也使合金中的b-Mg17Al12相和共晶组织分布更均匀。研究还发现，搅拌可以降低Zn元素在b-Mg17Al12相的偏聚程度，使其较均匀分布于合金的基体中，这种效果对提高Zn元素的强化效果和改善合金的耐腐蚀性均十分有利。另外，经电磁搅拌后的合金挤压成形后，组织细化效果更明显，强度和延伸率均得到大幅度提高。
    北京有色研究总院的张奎先生也对AZ91D镁合金半固态加工工艺及应用进行了研究，研究内容为：挤压坯料二次加热中的组织演变和半固态挤压成形工艺的优化。其研究结果表明，半固态挤压过程中，合金组织不发生再结晶现象，挤压后组织二次加热到420°C时发生完全再结晶，形成细小的等轴晶；半固态挤压成形可避免铸件中产生皮下气孔、疏松等缺陷，还允许进行热处理。
    华中科技大学的罗吉荣先生对镁合金半固态流变压铸成形机进行了研究，研制出了半固态流变压铸成形机，并对该机的流变成形性进行了较系统的研究。实验结果表明：该成形机具有熔化、保温输送、半固态浆料制备与冷室压铸机于一体的优点，工艺性稳定、成本低、操作简单、运转平稳温度控制精确，对镁合金的剪切速率可高达2000~20000S-1，固相率可在5%~50%范围内调整等特点。华中科技大学的吴树森先生利用该半固态流变压铸成形机对Z91D合金进行了系统的成形性实验，实验结果表明，镁液浇注温度、筒体温度、螺杆转速等影响成形后的合金组织，适宜的成形工艺参数为：镁液温度610~620°C，筒体温度575~590°C，螺杆转速为180~300r/min；半固态成形后的AZ91D合金，抗拉强度为185MPa，延伸率为4.6%，较压铸合金有了显著的提高。
    此外，日本制钢所的李博文先生，对触变成形加工原理、生产率以及制件的性能等进行了分析，论述了镁合金触变成形技术的优势，并系统地介绍了日本制钢所触变成形新技术及其应用。日本制钢所触变成形机新技术的特点主要体现在：可以使飞边等废料不需重熔即可使用；将热熔道系统用于触变成形机上，可以做到无熔渣和废水，减少废料和用料成本；利用粉体脱模剂，改善操作环境，提高模具寿命；利用触变成形与锻造相结合的方法，制造厚壁铸件，可简化锻造工艺，从而制造出形状复杂的零件，这种方法称之为铸造锻造法。
    镁合金表面防腐处理是开发镁合金零件的重要相关技术之一，决定着镁压铸件的实际应用，也是世界各国十分关注的研究内容。日本美丽龙化学工业股份有限公司的若原辛藏先生介绍了镁合金的非铬酸盐处理体系。该项处理技术是1997年申请的专利，已被7家日本公司、7家中国台湾公司和1家中国大陆公司使用，收到了良好的效果。本次国际压铸会议若原辛藏先生介绍了该项技术的开发经过，并以笔记本电脑框体为例介绍了处理流程、管理方法和废水处理等。
    日本Otsuka化学株式会社在会上也介绍了该公司用于镁合金表面处理的清洗防锈剂—洗亚丹（SHADAN）。该化学处理药剂主要特点是不含铬、氟等重金属元素，对环境不构成污染，操作安全；采用的有机防锈剂，易在高温下分解，不污染回炉时的合金，且处理工序简单；处理后镁合金表面薄膜为蛰合物，具有优良的喷涂附着性和持久的耐腐蚀性；表面膜是纳米数量级的薄膜，电阻低，EMI性能好。这项镁合金表面处理技术也得到了应用。目前，在日本建立了3条生产线，中国4条、韩国1条，还有3条生产线正在建设中。上述表面处理技术，包括其他正在应用的镁合金表面处理技术对镁合金铸件的实际应用起到了至关重要的作用。

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