鎂合金

鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是：密度小（1.8g/cm3鎂合金左右），比強度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。主要用于航空、航天、運輸、化工、火箭等工業部門。在實用金屬中是最輕的金屬，鎂的比重大約是鋁的2/3，是鐵的1/4。它是實用金屬中的最輕的金屬，高強度、高剛性。

鎂合金

密度低、比性能好、減震性能好、導電導熱性能良好、工藝性能良好、耐蝕性能差、易于氧化燃饒、耐熱性差。

鎂合金

其加工過程及腐蝕和力學性能有許多特點：散熱快、質量輕、剛性好、具有一定的耐蝕性和尺寸穩定性、抗沖擊、耐磨、衰減性能好及易于回收；另外還有高的導熱和導電性能、無磁性、屏蔽性好和無毒的特點。

應用范圍：鎂合金廣泛用于攜帶式的器械和汽車行業中，達到輕量化的目的。

鎂合金的比重雖然比塑料重，但是，單位重量的強度和彈性率比塑料高，所以，在同樣的強度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。

鎂合金相對比強度（強度與質量之比）最高。比剛度（剛度與質量之比）接近鋁合金和鋼，遠高于工程塑料。

在彈性范圍內，鎂合金受到沖擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。

鎂合金熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當，一般可達250MPA，最高可達600多Mpa。屈服強度，延伸率與鋁合金也相差不大。

鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能，可做到xxx回收再利用。

鎂合金件穩定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進行高精度機械加工。

鎂合金具有良好的壓鑄成型性能，壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應制造汽車各類壓鑄件。

但鎂合金線膨脹系數很大，達到25～26μm/m℃，而鋁合金則為23μm/m℃，黃銅約20μm/m℃，結構鋼12μm/m℃，鑄鐵約10μm/m℃，巖石（花崗巖、大理石等）僅為5～9μm/m℃，玻璃5～11μm/m℃。

鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金。其特點是：密度小，比強度高，彈性模量大，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。目前使用最廣的是鎂鋁合金，其次是鎂錳合金和鎂鋅鋯合金。

鎂合金比重在所有結構用合金中屬于最輕者，因此，在不減少零部件的強度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。鎂合金的比強度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當。在彈性范圍內，鎂合金受到沖擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，鈦合金的300～500倍。電磁屏蔽性佳，3C產品的外殼（手機及電腦）要能夠提供優越的抗電磁保護作用，而鎂合金外殼能夠完全吸收頻率超過100db的電磁干擾。質感佳，鎂合金的外觀及觸摸質感極佳，使產品更具豪華感，而且，在空氣中更不容易腐蝕。

鎂合金的散熱相對與合金來說有xxx的優勢：根據公式：Q=dvC△t其中Q—熱量；d=比重；V=體積；C=比熱容；△t=(t1-t2）變化的溫度；當相同體積與形狀的鎂合金與鋁合金，接受相同的熱量Q時，二者變化的溫度比為：△t/△t=2.74x0.23/1.81x1.05=1/3；即鎂合金為鋁合金的1/3；鎂合金導熱系數54W/mk；鋁合金導熱系數100W/mk；相差一倍。意味對于相同體積與形狀的鎂合金與鋁合金材料的散熱器，某熱源生產的熱量（溫度）鎂合金比鋁合金更容易由散熱片根部傳遞到頂部的速度，頂部更容易達到高溫。即鋁合金材料的散熱器根部與頂部的溫度差，比鎂合金材料的散熱器小。這意味著由鎂合金材料制作的散熱片根部的空氣溫度與頂部的空氣溫度溫度差，比鋁合金材料制作的散熱片大，因此加速散熱器內部空氣的擴散對流，使散熱效率提高。因此，相同溫度，鎂合金的散熱時間還不用鋁合金的一半。

所以，鎂合金是應用于LED及其他燈飾，汽車應用零部件，及其他要求高質量，高強度，高韌性配件的理想材料。

鎂合金是航空器、航天器和火箭導彈制造工業中使用的最輕金屬結構材料。鎂的重量比鋁輕，比重為1.8，強度也較低，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。鎂合金在潮濕空氣中容易氧化和腐蝕，因此零件使用前，表面需要經過化學處理或涂漆。德國首先生產并在飛機上使用含鋁的鎂合金。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金在汽油、煤油和潤滑油中很穩定，適于制造發動機齒輪機匣、油泵和油管，又因在旋轉和往復運動中產生的慣性力較小而被用來制造搖臂、襟翼、艙門和舵面等活動零件。民用機和軍用飛機、尤其是轟炸機廣泛使用鎂合金制品。例如，B-52轟炸機的機身部分就使用了鎂合金板材635公斤，擠壓件90公斤，鑄件超過200公斤。鎂合金也用于導彈和衛星上的一些部件，如中國“紅旗”地空導彈的儀表艙、尾艙和發動機支架等都使用了鎂合金。中國稀土資源豐富，已于70年代研制出加釔鎂合金，提高了室溫強度，能在300°C下長期使用，已在航空航天工業中推廣應用。

目前，鎂合金在汽車上的應用零部件可歸納為2類。

1. 殼體類。如離合器殼體、閥蓋、儀表板、變速箱體、曲軸箱、發動機前蓋、氣缸蓋、空調機外殼等。

2. 支架類。如方向盤、轉向支架、剎車支架、座椅框架、車鏡支架、分配支架等。

根據有關研究，汽車所用燃料的60%是消耗于汽車自重，汽車自重每減輕10%，其燃油效率可提高5%以上；汽車自重每降低100kg，每百公里油耗可減少0.7L左右，每節約1L燃料可減少CO2排放2.5g，年排放量減少30%以上。所以減輕汽車重量對環境和能源的影響非常大，汽車的輕量化成必然趨勢。

手機電話，筆記本電腦上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它們的枝撐框架和背面的殼體上使用了鎂合金。

雖然鎂合金的導熱系數不及鋁合金，但是，比塑料高出數十倍，因此，鎂合金用于電器產品上，可有效地將內部的熱散發到外面。

在內部產生高溫的電腦和投影儀等的外殼和散熱部件上使用鎂合金。電視機的外殼上使用鎂合金可做到無散熱孔。

電磁波屏蔽性：鎂合金的電磁波屏蔽性能比在塑料上電鍍屏蔽膜的效果好，因此，使用鎂合金可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序。

在硬盤驅動器的讀出裝置等的振動源附近的零件上使用鎂合金。若在風扇的風葉上使用鎂合金，可減小振動達到低騷音。此外，為了在汽車受到撞擊后提高吸收沖擊力和輕量化，在方向盤和坐椅上使用鎂合金。

鎂合金切削工藝的火災危險性

1. 鎂屑性質活潑，高溫下極易燃燒。鎂合金切削過程中，鎂屑切口處大部分是未氧化的鎂和鎂合金。由于金屬鎂屬一級遇濕易燃品，著火點及最小引燃能量低，加之切屑薄而小，比表面積大，因此高溫環境下在空氣中極易燃燒。

2. 高速切削時會產生高溫，引燃鎂屑。機械加工時，為充分發揮刀具的切削性能，提高生產效率和工件質量，一般要求較高的切削速度。而高速度的切削往往會使金屬切屑的溫度高達700°C~1000°C，當缺乏冷卻液的有效供應時，高溫將足以引燃鎂屑起火。

3. 鎂屑燃燒溫度高，火災蔓延速度快，撲救難度大。鎂一旦發生火災，其燃燒溫度可達3000°C，燃燒熱值高達25121kJ/kg。當鎂屑呈粉狀時與空氣混合遇火能發生爆炸。此外，由于鎂高溫時遇水可發生化學反應放出氫氣，故金屬鎂火災中，水、泡沫、四氯化碳等滅火劑都受到限制，干粉、鹵代烷滅火劑的滅火效果亦不明顯，撲救難度大。

鎂合金切削加工工藝火災預防

1. 控制好切削速度。切削熱的產生與切削速度呈同比例增長，因此切削速度對切削溫度影響極大。在實際工作中我們發現，不同的切削速度產生的切削熱會使切屑的表面氧化膜顏色發生變化。因此，通過不同切削速度下的鎂合金切削氧化膜顏色，便可估算出安全的車床主軸轉速。

2. 正確選擇切削液。除非機械構造本身限制，在鎂合金切削加工時應始終充分供應切削液以及時降低切屑溫度。考慮到鎂的化學特性，切削液的選擇應避免采用可燃、具有強氧化性及含水量較高的液體，從而防止冷卻液遇高溫鎂屑燃燒或反應放熱起火。

3. 強化易燃、可燃物品的監管。冷加工切削過程中使用的潤滑油及精密機床使用的液壓油、導軌油、主軸油等大多為可燃液體，而且一般儲油量都較大，如普通機床液壓油約有20kg~70kg。所以日常工作中應加強設備的檢修與維護，保持機床完好，嚴防漏油。對清潔機床后遺留的油抹布、油棉紗等，應及時清理，并與鎂屑相隔離。

鎂屑火災的撲救

1. 嚴禁使用水、泡沫、四氯化碳、二氧化碳滅火劑撲救。

2. 對已燃金屬鎂屑應選用D級滅火器。如7150、D類干粉、干砂等，考慮到目前國內市場上7150、D類干粉滅火器并不常見，而干砂對機床（特別是精密機床）損壞大，根據實際可就地取材選用75%~80%的覆蓋熔劑粉加20%~25%硫磺粉經混合制成的撒粉熔劑灌裝在手提干粉滅火器中進行滅火，效果明顯。

3. 撲救鎂屑火災時，應使滅火器噴嘴與起火鎂屑間保持一定距離，以盡量減少滅火器噴射過程中對鎂屑的沖擊作用，防止鎂屑擴散形成爆炸性混合物。

鎂合金板材用途

1. 鎂合金板材是航空、航天工業不可缺少的材料。航空材料減重帶來的經濟效益和性能改善十分顯著，商用飛機與汽車減重相同質量帶來燃油費用節省，前者是后者的近100倍，而戰斗機的燃油費節省又是商用飛機的近10倍，更重要的是其機動性能改善可以極大提高其戰斗力和生存能力。正因為如此，航空工業才會采取各種措施增加鎂合金應用。現在飛機所用的鋁材料約占飛機總重量的85%，高強度、耐腐蝕的鎂合金板比鋁板性能更好，在飛機上應用更有優勢。

2. 鎂合金是減輕武器裝備質量，實現武器裝備輕量化，提高武器裝備各項戰術性能的理想結構材料。軍工上應用，如直升機、殲擊機都要大量使用；坦克、裝甲車、軍用吉普車、槍械武器等等，可使單兵綜合作戰系統降到6.37Kg。用鎂板制造子彈殼、炮彈殼，使單兵子彈負載增加一倍。

3. 交通工具上應用，如汽車、火車、船舶等，減輕重量、節省能源、減少污染，國家正大力發展。

4. 在3C產品上廣泛應用。

5. 在電源上應用，鎂電源類產品都是高能無污染電源，如制造鎂錳干電池、鎂空氣電池、鎂海水電池、魚雷電源以及動力電池。

6. 高電位鎂合金犧牲陽極板用在金屬保護上。

7. 民用也很廣。如環保建筑裝飾板材、體育、醫療器械、工具、高級眼鏡架、手表殼、高級旅行用品等

鎂合金焊絲用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金，廣泛應用于光學儀器，航空航天，汽車配件及民用鎂制品和工藝品的焊接，是用于焊修鎂合金斷裂，裂紋，沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲。

最近，日本宇部公司在擠壓鑄造機上進行了鋁合金和鎂合金的半固態擠壓鑄造方面的研發工作。其開發的半固態新工藝流程是：首先將金屬液在高精度控溫式熔化保溫爐中熔化，在稍高于合金熔點溫度下澆入用于保溫的中間容器中，然后通過控制氣流，將中間容器中的半液態金屬的溫度調節到所要求的溫度，并防止過冷，隨后將中間容器中的半固態漿料倒置注入傾斜杯中，這樣就可使氧化層保留在杯中擠壓頭的表面，以防進入鑄件中;然后，擠壓頭將半固態漿料壓入型腔中成形，以實現壓力下凝固成鑄件。用此種工藝生產的鑄件，比常規擠壓鑄造有更致密的組織和更好的性能，并且可以成形更薄壁的鑄件。

擠壓鑄造，又稱液態模鍛，是一種使液態或半固態金屬在高壓下充型和凝固的精確成形鑄造技術。這種工藝有效地提高了鑄件的補縮和成形能力，具有避免或減少氣孔等鑄件缺陷，提高鑄件力學性能，適用范圍廣，節約能源等優點。目前，這種工藝在國際上已經廣泛用于汽車、摩托車等重要安全和高性能零件的生產，在能源日趨緊張和力學性能要求日益提高的將來具有重要的應用前景。

擠壓鑄造設備的改進是擠壓鑄造工藝得以推廣的重要條件。目前，世界各國進行擠壓鑄造生產的各種液壓機大致有1000臺，先進的專用擠壓鑄造設備主要分布在日、美等發達國家，以日本最多。擠壓鑄造機大致發展成三類：垂直合模垂直擠壓式;水平合模水平擠壓式;水平合模垂直擠壓式。擠壓鑄造設備的研發主要集中在以下幾個方面：(1)擠壓鑄造方式從傳統的直接擠壓和間接擠壓單一方式走向復合化，兼有兩種方式的優點，形成適用范圍更廣的新型擠壓鑄造工藝。又如，與壓鑄及半固態鑄造方式相融合，形成擠壓壓鑄工藝和半固態擠壓鑄造。(2)澆注方式及澆注系統裝置注重提高澆注的自動化水平和改善澆注條件，開發出高精度的液壓控制閥和閉環控制的壓射系統，建立專用高效的澆注系統。(3)合模力規格多樣化，對壓射系統的壓力控制方法進行改進，提高其控制精度及穩定性，實現對擠壓過程的精確控制;拓寬設備擠壓速度和擠壓壓力的范圍。

關于擠壓鑄造新產品的開發，各國均遵循如下方向：(1)取代常規的壓鑄工藝，使其有更致密的組織，可固溶熱處理，并提高其力學性能或提高其耐磨性、抗滲漏性;(2)取代砂型、金屬型鑄造，使鑄件內部組織更致密，表面輪廓更清晰，尺寸精度更高;(3)取代鍛造、熱擠壓等工藝，以降低成本，簡化工藝。近年來，世界各國對擠壓鑄造鋁基復合材料的研究工作十分活躍，由于擠壓鑄造工藝是制備金屬基復合材料最廉價又適合大批量生產的一種很實用的工藝方法，因此備受關注。

1. 密度小，比鋁輕1/3，其比強度（抗拉強度與密度之比值）較鋁合金高；

2. 疲勞極限高；

3. 能比鋁合金承受較大的沖擊載荷；

4. 導熱性好；

5. 鑄造性能好；

6. 尺寸穩定性好；

7. 易回收；

8. 有良好的切削加工性；

9. 有較好的減振性能；

10. 在諸多方面比工程塑料優越，可替代工程塑料；

11. 在煤油、汽油、礦物油和堿類中的耐蝕性較高等。

鎂合金的化學轉化膜按溶液可分為：鉻酸鹽系、有機酸系、磷酸鹽系、KMnO4系、稀土元素系和錫酸鹽系等。

傳統的鉻酸鹽膜以Cr為骨架的結構很致密，含結構水的Cr則具有很好的自修復功能，耐蝕性很強。但Cr具有較大的毒性，廢水處理成本較高，開發無鉻轉化處理勢在必行。鎂合金在KMnO4溶液中處理可得到無定型組織的化學轉化膜，耐蝕性與鉻酸鹽膜相當。堿性錫酸鹽的化學轉化處理可作為鎂合金化學鍍鎳的前處理，取代傳統的含Cr、F或CN等有害離子的工藝。化學轉化膜多孔的結構在鍍前的活化中表現出很好的吸附性，并能改鍍鎳層的結合力與耐蝕性。

有機酸系處理所獲得的轉化膜能同時具備腐蝕保護和光學、電子學等綜合性能，在化學轉化處理的新發展中占有很重要的地位。

化學轉化膜較薄、軟，防護能力弱，一般只用作裝飾或防護層中間層。

陽極氧化可得到比化學轉化更好的耐磨損、耐腐蝕的涂料基底涂層，并兼有良好的結合力、電絕緣性和耐熱沖擊等性能，是鎂合金常用的表面處理技術之一。

傳統鎂合金陽極氧化的電解液一般都含鉻、氟、磷等元素，不僅污染環境，也損害人類健康。近年來研究開發的環保型工藝所獲得的氧化膜耐腐蝕等性能較經典工藝Dow17和HAE有大程度的提高。優良的耐蝕性來源于陽極氧化后Al、Si等元素在其表面均勻分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。

一般認為氧化膜中存在的孔隙是影響鎂合金耐蝕性能的主要因素。研究發現通過向陽極氧化溶液中加入適量的硅-鋁溶膠成分，一定程度上能改善氧化膜層厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶膠成分會使成膜速度出現階段性快速和緩慢增長，但基本上不影響膜層的X射線衍射相結構。

但陽極氧化膜的脆性較大、多孔，在復雜工件上難以得到均勻的氧化膜層。

鎂及鎂合金是最難鍍的金屬，其原因如下：

1. 鎂合金表面極易形成的氧化鎂，不易清除干凈，嚴重影響鍍層結合力；

2. 鎂的電化學活性太高，所有酸性鍍液都會造成鎂基體的迅速腐蝕，或與其它金屬離子的置換反應十分強烈，置換后的鍍層結合十分松散；

3. 第二相（如稀土相、γ相等）具有不同的電化學特性，可能導致沉積不均勻；

4. 鍍層標準電位遠高于鎂合金基體，任何一處通孔都會增大腐蝕電流，引起嚴重的電化學腐蝕，而鎂的電極電位很負，施鍍時造成針孔的析氫很難避免；

5. 鎂合金鑄件的致密性都不是很高，表面存在雜質，可能成為鍍層孔隙的來源。

因此，一般采用化學轉化膜法先浸鋅或錳等，再鍍銅，然后再進行其它電鍍或化學鍍處理，以增加鍍層的結合力。鎂合金電鍍層有Zn、Ni、Cu-Ni-Cr、Zn-Ni等涂層，化學鍍層主要是Ni-P、Ni-W-P等鍍層。

單一化學鍍鎳層有時不足以很好地保護鎂合金。有研究通過將化學鍍Ni層與堿性電鍍Zn-Ni鍍層組合，約35μm厚的鍍層經鈍化后可承受800-1000h的中性鹽霧腐蝕。也有人采用化學鍍鎳作為底層，再用直流電鍍鎳能得到微晶鎳鍍層，平均結晶顆粒大小為40nm，因晶粒的細化而使鍍層孔隙率xxx降低，結構更致密。

電鍍或化學鍍是同時獲得優越耐蝕性和電學、電磁學和裝飾性能的表面處理方法。缺點是前處理中的Cr、F及鍍液對環境污染嚴重；鍍層中多數含有重金屬元素，增加了回收的難度與成本。由于鎂基體的特性，對結合力還需要改善。

激光處理主要有激光表面熱處理和激光表面合金化兩種。

激光表面熱處理又稱為激光退火，實際上是一種表面快速凝固處理方式。而激光表面合金化是一種基于激光表面熱處理的新技術。激光表面合金化能獲得不同硬度的合金層，具有冶金結合的界面。利用激光輻照源的熔覆作用在高純鎂合金上還可制得單層和多層合金化層。

采用寬帶激光在鎂合金表面制備Cu-Zr-Al合金熔覆涂層時，由于涂層中形成的多種金屬間化合物的增強作用，使合金涂層具有高的硬度、彈性模量、耐磨性和耐蝕性。而由于稀土元素Nd的存在，在經過激光快速熔凝處理之后得到的激光多層涂敷，晶粒得到明顯細化，能提高熔覆層的致密性和完整性。

激光處理能處理復雜幾何形狀的表面，但鎂合金在激光處理時易發生氧化、蒸發和產生汽化、氣孔以及熱應力等問題，設計正確的處理工藝至關重要。

離子注入是在高真空狀態下，在十至數百KV電壓的靜電場作用下，經加速的高能離子（Al、Cr、Cu等）以高速沖擊要處理的表面而注入樣品內部的方法。注入的離子被中和并留在樣品固溶體的空位或間隙位置，形成非平衡表面層。

有研究認為耐蝕性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入離子的輻射和形成鎂的氮化物的結果。所得改性層的性能與所注入離子的量和改性層的厚度有關，而基體表面的MgO對改性層的耐蝕性能的提高也有一定的促進作用。

氣相沉積即蒸發沉積涂層，有物理氣相沉積(PVD）和化學氣相沉積(CVD）兩種。它是利用能使鎂合金中的Fe、Mo、Ni等雜質含量大幅度降低，同時利用涂層覆蓋基體的各種缺陷，避免形成局部腐蝕電池，從而達到改善防腐性能的目的。

與鎂合金的其他表面處理技術相比，有機涂層保護技術具有品種和顏色多樣、適應性廣、成本低、工藝簡單的優點。目前廣泛使用的主要是溶劑型的有機涂料。粉末型的有機涂層因無溶劑，和具備污染少、厚度均勻以及較佳耐蝕性能等特點，近幾年來在汽車、電腦殼體等鎂合金部件上的應用較受歡迎。

鎂合金壓鑄件由于鎖模力不足、合模不良、模具強度不足、熔湯溫度太高等問題會出現表面有毛刺的現象，這種現象叫做產品披鋒，往往是企業必須要面對的后處理加工工序.目前主要是根據產品性質運用手工打磨，氫氧爆炸以及昭凌冷凍拋丸機去解決。