行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石 油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机 场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加 油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
2.2 纯镁－纯镁的应用
2003年中国原镁消费量（单位：万吨）
0.0005 0.001 0.001 0.002
0.0005 0.002 0.004 0.02
0.004 0.01 0.02 0.05
0.002 0.01 0.03 0.05
0.002 0.003 0.005 0.005
0.001 — — —
0.001 — — —
— 0.01
Mg9995
Mg9990
2.3 镁合金－强化方式
合金化强化机ห้องสมุดไป่ตู้：固溶强化、第二相强化（弥散强化、析出强化）
固溶强化： 根据原子尺寸、晶格类型、电化学性质和电子浓度等因素，镁和周期表中 可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体；合金元素溶入基体中，通过原子 错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体；若溶质原子提高了合金熔 点、增大弹性模量、减小原子自扩散，还可提高抗蠕变性能。 第二 相强化： 超过溶解度的合金元素将与镁形成中间相，有下列三种类型： AB型－简单立方CsCl结构。如MgTi、MgAg、MgCe和MgSn。 AB2型－Laves相， 如：MgCu2；MgZn2 ；MgNi2 。 CaF2型－面心立方金属间化合物，如Mg2Si和Mg2Sn。 当合金元素在基体中的溶解度随温度降低而下降时，将从基体中析出第二 相阻碍位错运动和滑移，使屈服强度提高，产生析出强化（时效强化）。强化 效果取决于尺寸、形状、物理性能和析出相与基体间的界面性质。 弥散强化的颗粒是合金在凝固过程中产生，其熔点较高、不溶于镁基体、 具有良好的热力学稳定性。弥散强化比析出强化可以保持到更高的温度。
AM 60
A380 压铸 合金 320 160
A356 T6 262 185 186 205 90
尼龙 195 170
ABS 45 40
钢 ~330 ~200
220
0.1%蠕变强度
无缺口冲击强度 有缺口冲击强度 延伸率 弹性模量 剪切模量 布氏硬度
MPa
J J % GPa GPa
125℃
34
6 1.5 3
8.9 7.1
1453
1083 693
18
100 -
2.2 纯镁－纯镁的特性
化学活性高： 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧 烈的腐蚀。 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、 汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。 室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不 像氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。 室温强度低、塑性差： 纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不 能直接用做结构材料。
2.3 镁合金－强化方式
形变硬化、晶粒细化、合金化、热处理、 陶瓷相增强镁合金
合金化强化： 合金元素的类型： 包晶反应类元素： Zr(3.8%)，Mn(3.4%)：细化晶粒、净化合金、提高抗蚀性和耐热性。 共晶反应类元素： Ag(15.5%)，Al(12.7%)，Zn(8.4%)，Li(5.7%)，Th(4.5%)：如Mg－Al－Zn 和Mg－Zn－Zr系合金等。这类元素在Mg中有明显的溶解度变化，可产生明显 的时效硬化效应。 稀土元素(RE）： Y(12.5%)，Nd(3.6%)，La(1.9%)，Ce(0.85%)，Pr(0.5%)，混合RE(以Ce或La 为主)。多属共晶反应型元素，共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn高，Mg－RE系的固溶 体和稀土化合物耐热性高，原子扩散速度慢，利于抗蠕变，故Mg-RE-Zr和MgRE－Mn系合金是耐热镁合金，可在150～250℃工作。
铸造镁合金：ZM＋顺序号表示。 ZM1、ZM2、ZM7、ZM8： Mg-Al-Zn 系 ZM5： Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热 性较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高 载荷的结构件或壳体。 ZM3 、 ZM4 和 ZM6 ： Mg-RE-Zr 系。良好铸造性能、常温强度和塑性较 低、耐热性较高，主要用于制造250℃以下工作的高气密零件。
Mg9980
2.2 纯镁－纯镁的特性
镁为密排六方结构。熔点648.9℃。 25℃时晶格常数为：a=0.3202nm，c=0.5199nm；c/a=1.6237。
密度低，常用结构材料中最轻的金属： 20℃时密度1.738g/cm3。
体积热容比其他金属都低： 20℃时的体积热容为1781 J/(dm3· K)， 铝：2430 钛：2394 镍：4192 铁：3521 铜：3459 锌：2727 镁及其合金是加热升温与散热降温都比其他金属快。
元素 镁 铝 钛 铁
元素在周期 表中的排序 12 13 22 26
原子 重量 24.3 27.0 47.9 55.9
比重 1.7 2.7 4.5 7.9
熔点 650 660 1668 1530
%IACS （Cu=100） 40 64 3.1 18
镍
铜 锌
28
29 30
58.9
63.6 65.4
8.9
185
118 225 210 250 260 335
2.5
1.5 5 8 20 7 9
200℃以下工作的发动机零件等
高温高压下工作的发动机匣等 机舱隔框、增压机匣等高载荷零件 形状简单受力不大的耐蚀零件 飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件 形状复杂的锻件和模锻件 室温下承受大载荷的零件，如机翼等
2.3 镁合金－分类、牌号
2.2 纯镁－纯镁的牌号
化学成份 % 杂质元素不大于 牌号 Mg ≥ 其它 单个 杂质 0.005 0.005 0.01 0.0
Fe
Si
Ni
Cu
Al
Mn
Cl
Ti
Pb
Zn
Mg9998
99.98 99.95 99.90 99.80
0.002 0.003 0.04 0.05
0.003 0.01 0.02 0.03
34
22 3.2 8-15 45
135
3.5 11
4 72 27
5 73 28 80
8 8.9
17 2.1
30-50 207 83 140
Ambient Ambient
45 14 65
60
80
泊松比
0.35
0.35
0.33
0.30
2.2 纯镁－纯镁的应用
生产铝合金：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56 万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原铝 的消费比率约为0.4%。 压铸镁合金铸件：2002年原镁消费中，压铸占35%。在镁压铸中， 北美、拉美、西欧用量最多。镁合金压铸件在汽车上的使用量上 升了15%左右。 炼钢脱硫：2002年世界有5.73万吨镁用于炼钢脱硫，占总量的15.70%。我
国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比 碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6～1/7，镁脱硫比 碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005%。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
51
AM60 1.79
61
A380 DC
A356 T6
镁物理性能的优点
尼龙 1.4
0.33
ABS 1.05
0.28
钢 7.8
14
比重
传热系数
2.74
96
2.69
159
膨胀系数
减振性能 比热 熔化潜热 凝固范围 腐蚀失重 3天5% NaCl
26
29 1900 673 470-595 0.02
25.6
52
加工状态 铸态 变形状态 σb／MPa σs／MPa E/ GPa ε(％) ψ(％) HBS
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
9 12.5
30 36
2.2 纯镁－纯镁的特性
物理性能
单位 g/cm3
W/m· k μm/m· k %@35MPa J/l· k kJ/l
AZ91 1.81
第2章 镁及镁合金
2.1 2.2 2.3 2.4 概述 纯镁 镁合金 镁合金的应用
2.1 概述
1808年，英国戴维，钾还原氧化镁，制得镁。 物理性质：银白色，密度1.74克/厘米3，熔点648.9℃，沸点1090℃。 电离能7.65电子伏特。 晶体结构：密排六方结构。原子半径：1.72 埃。 具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。 热导率: 156 W/(m· K) 具有较强还原性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光， 镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易 溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、 醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微 地或者根本不起作用。 来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约 120亿磅镁。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一， 熔盐电解法：工业上利用电解熔融氧化镁 硅热还原法：在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁。 用途：臵换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金 、烟火、闪光粉、 镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。
纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素， 制成镁合金。 Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和 Mg-RE-Zr系等合金系。 分为变形镁合金和铸造镁合金。