【正文】 08:3234+39.[8]吳海江，許劍光，郭世柏，等．鎂合金表面鉬酸鹽轉化膜的制備及其耐蝕性能［ J］．材料保護， 2021，43(10):1416． [9]劉妍 ,楊富巍 ,張昭 ,左國防 ,朱元成 ,郭峰 ,白曉華 ,樊娟 .鎂合金表面處理技術的研 究進展 [J].腐蝕科學與防護技術 ,2021,06:518524. 第四篇：鎂合金總結報告 鎂合金總結報告 班級：材料學號：姓名：韋春陽 08A— 208108010232 摘要：鎂合金是最輕的工程結構材料，具有密度低、比強度和比剛度高等特點，被廣泛應用于汽車、電子等領域，要擴大鎂合金的應用范圍，提高其力學性能是十分重要的一項十分關鍵因素。 關鍵詞：發(fā)展史 鎂合金系 AZ91鎂合金 一、鎂合金簡介 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（ ），比強度高，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(yè)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。 二、鎂的工業(yè)發(fā)展史發(fā)展史 鎂是地殼中含量最豐富的元素之一，其豐度居第 8 位，約占地殼組成的 ％，主要以白云石 (碳酸鎂鈣 )、菱鎂礦存在，此外，海水中含鎂約 ％，可謂取之不盡，但人類認識鎂卻較晚 . 1828 年法國科學家 A． A． Bussy 用金屬鉀將鎂從熔融的氧化鎂中置換出來。 1852 年 R． Bunsen 建立了一個小型實驗電解槽用電解法生產鎂。 1886 年以 Bunsen 的電解槽為基礎，在德國建立了首個商業(yè)性電解鎂廠。 1910 年世界鎂產量約 10t／ a，到 1930 年增長到 1200t／ a 以上。二戰(zhàn)期間鎂工業(yè)獲得了飛速發(fā)展，從 1935 年開始，德、法、蘇、奧、意等國分別建立了鎂廠，美國的鎂產能擴大了 10 倍， 1943年世界鎂產量約為 235kt／ a。 1943 年世界鎂產量約為 235kt／ a。此期間鎂主要用來制造燃燒彈、照明彈、曳光彈、信號彈以及軍事和飛機等軍用設備的零部件。 二戰(zhàn)結束后， 1946 年世界鎂產量降低到 25kt／ a，世界各國開始考慮鎂合金在民用工業(yè)的開發(fā)和應用，在以后的 20 年中，美國 Dow 化學公司在 開發(fā)鎂合金及其生產技術方面取得了突出的成就，為鎂及其合金在冶金、航空、電子、兵器、汽車、化學及防腐、印刷、紡織等民用工業(yè)部門的應用開辟了道路，使鎂工業(yè)出現(xiàn)了連續(xù)增長的勢頭，實際上從二戰(zhàn)結束以來年均增長率在 7％左右，現(xiàn)在世界上鎂產能已達到 550kt／ a， 2021年實際產量為 430kt。 三、鎂合金系的劃分 四、 MgZn 鎂合金系特點 五、熔煉鎂合金的生產工藝流程 六、熔煉鎂合金的反射爐結構 1— 爐殼 2— 爐底 3— 溜口 4— 爐子拱蓋 5— 加料孔 6— 燃燒嘴 7— 移動式小車 8— 支柱托輥和爐子傾斜托輥 七、 AZ91鎂合金劑熔煉法 八、鎂合金的應用 在航天的應用 鎂合金是航空器、航天器和火箭導彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結構材料。鎂的重量比鋁輕，比重為 ，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(wěn)定，適于制造發(fā)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， B52 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(wèi)星上的一些部件，如中國“紅旗”地空導彈的儀表艙、尾艙和發(fā)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 300176。 C下長期使用，已在航空航天工業(yè)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(fā)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(jù)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 ,每節(jié)約 1L 燃料可減少 CO2排放 ，年排放量減少 30%以上。所以減輕汽車重量對環(huán)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(shù)不及鋁合金，但是，比塑料高出數(shù)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(fā)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。 九、鎂合金的防腐蝕方法 化學轉化處理 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(tǒng)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(fā)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(tǒng)的含 Cr、F 或 CN 等有害離子的工藝?；瘜W轉化膜多孔的結構在鍍前的活化中表現(xiàn)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(fā)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 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(tǒng)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(huán)境，也損害人類健康。近年來研究開發(fā)的環(huán)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(yōu)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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。 激光處理 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 CuZrAl 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(fā)生氧化、蒸發(fā)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。 其他表面處理技術 離子注入是在高真空狀態(tài)下，在十至數(shù)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(fā)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。 十、鎂合金生產火災預防及撲救對策 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(huán)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(fā) 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 700176。 C~1000176。 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(fā)生火災 ,其燃燒溫度可達3000176。 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(fā)生爆炸。此外 ,由于鎂高溫時遇水可發(fā)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(fā)現(xiàn) ,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(fā)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?？紤]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(jiān)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(jù)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。 十一、鎂合金的發(fā)展前景 進入 21 世紀，鎂的最大也是最為持久的熱點是作為汽車、筆記本電腦、手提電話及電視機零件上鎂合金壓鑄件的使用。我國將從兩個大的方面 來發(fā)展鎂合金的應用，一是 3C 產品及其它輕工消費產品，另一方面是電動車及汽車零件。鎂合金有 4個主要系列： MgAlZnMn(AZ系列 )， MgAlMn(AM系列 )， MgAlSi(AS系列 )， MgAl稀土 (AE系