3 耐热镁合金
镁合金高温性能差 , 一般镁合金在使用温度超过 120 ℃时蠕变强度随温度升高会大幅度下降 , 制约了 其在汽车发动机 、航空航天领域应用 。
通过合金化可以提高镁合金的耐热性能 。 合金元 素主要分为三类 :一是稀土元素 ;二是 Ca 、Sr 等碱土金 属 ;三是第 Ⅳ 、V 族元素 , 如 Si 、Sn 、Sb 等 。在 Mg -Al 合 金中加入 1 %混合稀土可提高镁合金的抗蠕变性能 , 特别是当 Al 的质量分数 <4 %时效果更佳 。 稀土强化 机制是 :一 方 面在 于 RE 与 合 金中 的 Al 结 合 生 成 Al11 RE3 等 Al -RE 化合物 , 从而减少了 Mg17 Al12 相的数 量 , 有利于提高镁合金的高温性能 ;另一方面在于生成 的 Al11 RE3 等 Al -RE 化合物具有较高的熔点 (Al11 RE3 的熔点为 1200 ℃), 而且这些化合物在镁基体中的扩 散速度慢 , 表现出很高的热稳定性 , 可有效钉扎住晶界 而阻碍晶界滑动 , 从而使镁合金的高温性能得到提高 。 吕宜振 [22 ] 等研 究了富 Ce 混合稀土对 AZ91 和 AM60 镁合金的组织和性能的影响 , 研究表明 , 随富 Ce 稀土 的加入 , 组织中出现了棒状的 Al11Ce3 、Al11La3 、Al11Pr3 、 Al11Nd3 等析出相 。 同时 Mg17Al12 相减少并细化 。 这些 高熔点稀土化合物主要分布在晶界上 , 在高温下阻止
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第 36 卷
本文综述了镁合金在高强镁合金 、耐蚀镁合金 、耐 热镁合金 、阻燃镁合金 、稀土镁合金 、镁合金的热处理 和镁合金的表面改性等方面的技术进展 , 以期为进一 步研究提供参考 。
1 高强镁合金
合金化是提高镁合金强度的一种简单而又普遍使 用的方法 , 稀土元素是提高镁合金性能的重要合金元 素 , 目前 , 大多是通过添加少量稀土元素从而达到镁合 金强韧化之目的 。
张俊远 [15 ] 等的研究表明 :加入稀土 元素钕 (Nd ) 能有效细化 AM60 镁合金的显微组织 , 使 Mg17 Al12 相 减少 、变细 ;适量的 Nd 优先与合金中的铝元素反应生 成颗粒状 (小针状 )的 Al11 Nd3 相 , 能有效提高合金的 抗拉强度 、屈服强度和伸长率 ;过量的 Nd 则会消耗合 金中更多的铝元素并导致针 状 Al11 Nd3 相粗化 , 使合 金的力 学性 能 下降 ;试验 条件 下 , 添 加 质 量分 数 为 0 .9 %Nd 的 合 金 力 学 性 能 最 佳 , 其 抗 拉 强 度 为 230 MPa , 屈服强度为 127 MPa , 伸长率为 14 %, 分别比 AM60 合金提高了 28 %,48 %和 1 .8 倍 。 樊昱 [16 ] 等研 究了 La 对 AZ91D 镁合金力学性能的影响 , 张德平[ 17 ] 等研究了重稀土元素镱 (Yb )对 AZ91D 镁合金显微组 织和力学性能的影响 , 吴国华[ 18 ] 等研究了稀土元素钇 (Y )对 AZ91D 镁合金组织和力学性能的影响 。 研究 表明 :加入少量稀土元素 , 能够大幅度地提高 AZ91D 镁合金的强度 。 主要原因是 :稀土元素与 Al 反应生成 Al -RE 化合物 , 起弥散强化作用 ;稀土元素能强烈地细 化合金组织 , 起细晶强化作用 。 赵源华 [19 ] 等通过复合 加入钕和铈 (Ce ), 从而明显改善 AZ91 镁合金的力学 性能 。 复合加入多种稀土成分的镁合金能在镁合金基 体中形成多种稀土化合物 , 起弥散强化作用 , 再加上多 种成分的细晶强化 、晶界强化和固溶作用 , 从而使得复 合加入多种稀土成分的镁合金的强度高于加入单一稀 土成分的镁合金 [20 ] 。
2.Department of Mechanical Engineering , Henan Institute of Engineering , Zhengzhou He ′nan 451191 , China ) Abstract :Resource , property and environment advantages of magnesium and its alloys were introduced.Research progresses of the high strength, corrosion resistance , heat resistance , ignition -proof and RE magnesium alloys, and their heat treatment and surface modification were reviewed.The results show that improving large -scale manufacturing capability of high -end magnesium alloy products and developing the magnesium alloy products with excellent properties and low cost are the research and development direction of magnesium alloys . Key words :magnesium alloy ;strengthening ;corrosion resistance ;heat resistance ;heat treatment ;surface modification
通过表面改性 , 即有效防护 , 也是提高镁合金的耐 腐蚀性能的有效途径 。上海交通大学轻合金精密成型 国家工程研究中心开发了一种镁合金超声阳极氧化表 面处理技术 , 通过施加超声场形成薄而致密的氧化膜 结构 , 提高了涂层致密性与生长效率 , 从而提高了耐蚀 性 , 且电解液配方不含六价铬离子 , 绿色环保 [21 ] 。
New magnesium alloys and their heat treatment and surface modification
XI Jun -jie1 , DANG Xu -dan2 (1.School of Mechatronics Engineering , Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management , Zhengzhou He ′nan 450015, China ;
收稿日期 :2010 -10 -28 基金项目 :河南省科技攻关计划项目 (082102230047 ) 作者简介 :席俊杰 (1966 — ), 男 , 河南巩义人 , 教授 , 工学 博士 , 主要从事 航空材 料 研 究 工 作 , 获 河 南 省 科 技 进 步 三 等 奖 3 项 。 联 系 电 话 : 13673975831 , E -mai l :junjiexi @163 . com
镁是继钢铁 、铝之后的第三大金属工程材料 。 镁 合金密度为 1 .35 ～1 .80 g / cm3 , 是目前工程应用中最 轻的金属结构材料 , 比强度高于铝合金和钢 , 比刚度与 铝合金和钢的相当 , 作为结构材料优势显著 。 镁合金 因其具有良好的工艺性能 、尺寸稳定性 、电磁屏蔽性能 和绿色回收性能而被广泛应用于汽车工业 、航空航天 、 3C 产品 、武器装备等领域 。
摘要 :介绍了镁及镁合金的资源 、性能和环境优势 , 综述了高强镁 合金 、耐蚀镁合 金 、耐热镁 合金 、阻燃镁 合金 、稀土镁 合金 、镁合金
的热处理和镁合金的表面改性 等方面的研究进展 。 结果表明 , 提升高端镁合金产品的规模制 造能力 , 开 发综合性 能优异 、成本低廉 的镁合金产品 , 是镁合金技术的研究发展方向 。 关键词 :镁合金 ;强化 ;耐蚀性 ;耐热性 ;热处理 ;表 面改性 中图分类号 :TG146.2 +2 文献标志码 :A 文 章编号 :0254 -6051 (2011 )02 -0001 -06
综上所述 , 稀土镁合金技术正成为助推镁合金应 用的关键技术 。
2 耐蚀镁合金
抗腐蚀性和有效防护是镁合金应用中需要解决的 重大课题 。 影响镁 合金耐腐 蚀性的重 要因素是 Fe 、 Cu 、Ni 等金属杂质 , 因此 , 降低杂质含量 , 提高镁合金 纯度能显著提高镁合金耐腐蚀性能 。 如美国利用优良 的白云石 , 采用新电解法制备出含 Fe -0 .001wt %、Cu 0 .001wt %、Ni -0 .0005wt %、Si -0 .006wt %的 高纯镁 锭 ,
第 36 卷 第 2 期
2011 年
2月
HEAT TREATMENT OF METALS
Vol.36 No.2 February 2011
综 述
新型镁合金及其热处理和表面改性技术
席俊杰1 , 党旭丹2 (1 .郑州航空工业管理学院 机电工程学院 , 河南 郑州 450015 ;
2 . 河南工程学院 机械工程系 , 河南 郑州 451191 )
再用这种高纯镁锭生产 AZ91D 等压铸镁合金 。 高纯 压铸镁合金 AZ91D 在盐雾试验中的耐蚀性远好于低 碳钢 , 也超过压铸铝合金 A380 。
添加稀土元素除了能提高镁合金的强度外 , 也能 够有效改善其耐腐蚀性能 , 从而有望成为镁合金的有 效防腐手段 。 樊昱 [16 ] 等研 究表明 :在 AZ91D 中加入 少量稀土 La 可以明显减小腐蚀速率 。当 La 的质量分 数达到 1 %时 , 腐蚀速率下降为 AZ91D 的 47 .2 %。 耐 蚀性的提高是由于 La 的加入形成了具有类网状结构 的 β 相 , 这种类网状结构的 β 相能有效地抑制腐蚀过 程的进行 , 从而提高了镁合金的耐蚀性 。 但是 , 当 La 的加入量 >1 %时 , 基体会形成贫 Al 区 , 使得 AZ91D 的腐蚀速率又明显增大 , 过量的添加 La 反而会恶化镁 合金的耐蚀性 。
金牺牲阳极制造基地 , 我国形成了鹤 Nhomakorabea 、重庆 、太原等 镁及镁合金产业集群 。