镁合金力学性能的研究
Mg-Zn-RE-Zr合金的拉伸力学性能和微观结构的发展文章中将成分为Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr的铸件进行热挤压，并且对挤压比和温度对显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明当挤压比从0提高到9的时候铸态合金晶粒变粗大，共晶成分沿着挤出方向拉长。然而,进一步提高挤压比率对晶粒细化和改善合金的力学性能的影响不大。动态再结晶是热挤压过程中晶粒细化的主要机制，提高挤压温度导致出现等轴晶粒。与此同时,力学性能随挤压温度的升高而降低。
目录
第1章介绍 (3)
第2章试验方法 (4)
第3章实验结果 (5)
3.1铸态合金显微组织 (5)
3.2挤压合金的微观组织演变 (9)
3.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响 (9)
3.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响 (12)
第4章讨论 (16)
第5章.结论 (18)
第6章致谢 (20)
第1章介绍
镁合金因其低密度、高特定的刚度和良好的阻尼能力在汽车和航空工业上吸引了人们的注意[1]。镁合金可以大致分为含铝合金和无铝合金[2]。广泛使用镁合金属于Mg-Al系列，比如AZ91和AM60，它们具有良好的铸造性能和较低的成本[3]。然而,因为他们的机械性能和热稳定性差，这些合金的应用受到了限制[4]。与Mg-Al系列相比,Mg-Zn系列的合金,比如ZK60系列合金，是具有很大发展潜力的低成本高强度镁合金[5]。
在所有的镁合金中，AZ60具有较好的机械性能，比如室温下或者高温下具有高强度[6]。然而,它的强度在室温或者高温时候还是低于铝合金。最近,据报道,添加稀土可以改善ZK60合金的力学性能[7]。周教授等人研究了稀土元素钕和钇对于ZK60合金的微观结构和力学性能的影响。钕和钇的结合在动态再结晶过程中对细化晶粒产生了很大的影响。此外,钕和钇的结合还提高了屈服强度和抗拉强度。何教授等人的确定了钆元素对ZK60合金显微组织和力学性能的影响。钆的增加大大减少了时效硬化效果和少量的降低了屈服强度和抗拉强度。然而,添加钆造成的晶粒细化补偿了部分屈服强度和抗拉强度的损失。张教授等人[9]指出ZK60合金与铒结合之后改善变形性能,细化了晶粒和显微组织，具有良好的机械性能。
在这项研究中,镁合金准备直接进行冷铸造。此外,挤压比和温度对合金影响也表现了体现出来。
第2章试验方法
表1各元素的百分含量
试验中采用高纯度镁(99.95%)、锌(99.99%)和Mg-30Zr。稀土元素以中间合金形式在760℃下由六氟化硫和二氧化碳充当保护气被添加到金属混合物中[10]。熔化的合金首先被搅拌并且在730℃之下保温25分钟。然后将熔融合金液体倒入直径为90毫米和高度为400毫米的圆柱形铸锭内。该合金的化学组成是由电感耦合等离子体原子发射光谱仪来确定。合金的成分估计是Mg–5.3Zn–1.1Nd–0.51La–0.2Pr–0.79Zr。在350℃时一些铸态坯料挤压成棒状，挤压比分别为9，16,25,100。其他一些铸坯件分别在在温度为250 ℃，300 ℃，350 ℃， 400 ℃和450 ℃时挤压成为直径为12.5毫米的棒材。每一个挤压样品和模具被涂上一层二硫化钼润滑剂。所有挤压过程在80毫米每分钟的速度下进行。这对应于较高的挤出速度为高挤压比。根据美国材料与实验协会数据，使用显微硬度计配备有金刚石棱锥压头铸态和挤压合金的维氏显微硬度的测量结果[11]，每个硬度值是至少测量10次后的平局值。室温下采用标准的直径为6毫米高度为50毫米的样品在英斯特朗试验机上进行铸造和挤压合金的机械性能的表征测试[12]。十字头的速度是2毫米/ 分钟。
采用光学显微镜、电子显微镜和x射线衍射来研究微观组织。用于光学显微镜和扫描电子显微镜的样品采用碳化硅砂纸和氧化铝悬浮液抛光，接下来用体积分数为4％的硝酸酒精溶液进行腐蚀，用光学显微镜观察组织，同时用配有能谱仪的扫描电子显微镜进行检测，晶粒尺寸使用截距法进行标定。
第3章实验结果
3.1铸态合金显微组织
XRD分析表明，铸态My-Zn-Nd-Pr-La-Zr合金主要是由α-My和My-Zn相构成，如图（1）。光学显微镜显示了My-Zn-Re-Zr合金铸态组织晶粒的平均尺寸约为92 um，而且共晶成分在晶界，如图（2）。这些成更明显的表现在了SEM图像上。在b图中，用箭头表示了晶粒的颗粒。表1是My-Zn-Nd-La-Zr合金的EDS 分析数据，字母A到字母C指的是图（2）代表的地区，EDS分析表明镁锌比值为20.04/78.62的镁锌相是高于化学计量比（1/2）的。在光谱分析中过量的镁含量可以归因于过剩的α-My基体的贡献。在B区域，Zn原子融入α-My基的浓度约为3.49％，这部分是合金平均Zn含量的66％。在图（2-b）的EDS分析中表明Nd、La和Pr元素融入了α-My中。在图（2-b）中指定的化合物C，是由含量为12.98％Nd-6.82％La-3.82％Pr-0.25％Zr的镁锌合金除了美元色和锌元素之外的铸态组织。
图（3）为铸态组织的晶界和晶粒的X射线扫面分析。如图所示，各个元素额随着晶粒和晶界而变化。Zn、La、Pr、Nd元素在晶界的浓度要较高。相比较而言，Zr的浓度晶界内外基本一致。图（4）为铸态合金的DSC曲线，在曲线中有两个新的吸热峰，实验表明，第一个吸热峰出现温度大约为547℃，它对应于共晶相的溶解温度，第二个峰可以被认为是合金的融化温度。
图（1）My-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金的X射线衍射图
图（2）My-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金的金相组织：
a、光学显微组织
b、扫面电子显微镜照片
图（3）WDS扫描
图（4）My-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金的DSC曲线
图（5）各种挤压比率下的My-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金显微组织：a：k=9； b：k=16； c：k=25； d：k=100
图（6）350℃挤压比为9时，原始组织被变成小颗粒
3.2挤压合金的微观组织演变
3.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响
图（5）即为不同挤压比下的My-Zn-Re-Zr合金的光学显微照片。与最初的图（2）中的组织相比，样品的整个机体几乎都结晶了，这表明挤压比为9时候动态再结晶已经完成，如图（5-a）。然而，微观结构在某种程度上是不均匀的。再结晶晶粒尺寸有两种，相对粗大的晶粒是10-15um，相对细小的晶粒是4-8um。当挤压比为16时，细等轴晶粒均匀的分布在组织上，如图（5-b）。在此之后，随着挤压比的变化，晶粒尺寸变化不大，如图（5-c、d）。挤压后，晶界附近的原始粒子，被分解为细小颗粒，如图（6）。
表2各元素百分含量
图（7）表明在挤压条件下，有与挤压方向平行的挤压线产生。表2是在挤压比为9和100时对Mg-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金的EDS分析。字母A和B指代的区域如图（7）所示。EDS分析表明，这些线条主要是My-Zn-Re化合物。与挤压
比为9 的情况相比，挤压比为100时这些纹络更细。图（8）显示了在整个区域的挤压比与晶粒尺寸的关系。如图（8）所示，随着挤压比的提高，晶粒尺寸有所下降。当等效应变大于2.77时，微观晶粒是由细小均匀的颗粒构成。图（9）显示了不同挤压温度下的光学显微图。图（10）为每个挤压温度的平均尺寸。提高挤压温度会导致内层微观组织的变化。a：当挤压温度为400℃时，晶粒的平均大小有所增加；b：颗粒变得更加等轴。
图7不同挤压比时Mg–Zn–Nd–La–Pr–Zr合金的SEM分析
a：k=9:； b：k=100
图8不同挤压比时的晶粒尺寸
图9不同挤压温度下镁合金的光学显微照片
a：250℃ b：300℃ c：350℃ d：400℃ e：450℃
图10挤压温度对晶粒尺寸的影响
图11不同挤压比对材料力学性能的影响
图12不同挤压比的合金硬度
3.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响
图（11）显示了在不同挤压比下My–Zn–Nd–La–Pr–Zr合金的拉伸力学性能。结果表明样品的屈服强度和延伸率收到挤压比的影响，这个过程主要分为两个阶段，在第一阶段，随着挤压比的提高拉伸力学性能明显提高。例如当挤压比从0提高到9的过程中，铸态样品的抗拉强度从169 MPa提高到309 Mpa。在第二阶段，在高挤压比情况下，合金的力学性能随着随着挤压比的提高略有提高。图（12）即为铸态和挤压样品随着挤压比改变的函数，硬度和力学性能变化趋势相同，随着挤压比从0增加到9时硬度有所增加。然而，更高的挤压比导致硬度略有增加。如图（13）SEM观察显示，不用挤压比时出现的韧性断裂，很多酒窝装或者韧性的撕裂脊可以观察到。因此，挤压My–Zn–Nd–La–Pr–Zr合金呈现出良好的延展性。此外，通过对有问题的表面观察显示，一些颗粒是金属间化合物，如图（14）。由于含稀土化合物的脆弱特性，拉伸变形过程中的颗粒破碎。图（15）显示了不同挤压温度下合金的拉伸力学性能。结果表明，断裂强度和延伸率随着挤压温度的提高而减少。应该注意的是，随着挤压温度从350℃增加到400℃，合金的抗拉强度，屈服强度和延伸率分别由324Mpa、278Mpa和12％下降到267Mpa、208Mpa和5％。图（16）显示了挤压比对合金硬度的影响。当挤压温度从250℃上升至300℃时，合金硬度轻微下降。然而，进一步提高挤压温度会显著降低合金的硬度。图（16）表明了不同挤压温度时的断口形貌。如图（17-a至c），断裂只要由断裂表面和微腔组成，微腔中分布着不均匀的撕裂边缘，然而随着挤压温度的进一步提高，α-My合金和金属件化合物产生了接口，如图（17c-d）。
图13在350℃时不同压缩比下合金的拉伸断裂变形a：k=9； b：k=16； c：k=25； d：k=100
图14在350℃挤压比为9时的EDS分析
图15不同挤压温度下合金的力学性能
图16材料微观硬度和挤压温度的函数
a：250℃ b：300℃ c：350℃ d：400℃ e：450℃
第4章讨论
扫描电镜显微组织观察表明，铸态的Mg–Zn–RE–Zr合金是由α-My和镁锌共晶成分构成，如图（2）。在凝固过程中，细化的锆晶粒一般是由于包晶凝固。富锆镁合金首先在富锆处形核，不是所有的富锆颗粒都可以，只有那些远离包晶反应温度的锆合金母相，才能产生这样的形核。稀土元素，如La、Pr和Nd，以中间合金的形式加入基体。中间合金的液相线温度低于融融温度，因此，稀土元素能够充分溶解扩散在液相内。因为My和稀土元素表现出广泛的互溶性，少量的稀土也能溶解在结晶过程中的My晶格内。不过，大量的稀土元素和溶质原子推动了固液界面前沿的富集。因此，稀土元素和含锌的金属件化合物在晶界地区形核。（如图2、3）
挤压时，新的细小晶粒形核，表明发生了动态再结晶（如图5）。动态再结晶过程中，一般在原晶界上形核，随后，更多的细小晶粒在边界形核（如图13-15）。通过这种方式，通过细小晶粒的形核和扩展完成了动态再结晶过程，最后，再结晶晶粒取代原有的粗大组织（图15-16）。人们普遍认为，较高的挤压比提供了更精细的再结晶晶粒尺寸。较高的挤压比使整个晶界和亚晶界面积更大，这使样品具有更大的再结晶潜力，因此可以得到更精细的再结晶晶粒尺寸。对于挤压材料，较高的挤压比的另一个效果就是亚晶界的取向差可能会增加，从而导致储存的能量在物质对驱动力的增加而增加[32]。然而,目前的研究结果表明,晶粒细化的影响是显著较低的等效应变（图5-8）。随着应变的增加，铸坯尺寸迅速降低到最终平衡尺寸时的平均晶粒大小。目前的研究结果还表明，有可能是一个临界应变范围为2.77–3.21晶粒尺寸控制微观结构演化过程。完全再结晶的显微组织可以达到时，应用等效应变超过临界当量。类似的情况被普拉多等人指出。一旦动态再结晶完成，样品是在一个稳定的状态，进一步挤压样品，不能改变晶粒尺寸。这也是所研究的样品在挤压变形后平均尺寸几乎没有变化的原因。
温度在挤压过程中也有重要的作用，事实上，产生的热量（塑性变形和摩擦产生的）和散热环境的影响，实际挤出温度不作为样品的初始温度。根据动态
再结晶晶粒尺寸和Zener–Hollomon参数之间的关系，动态再结晶晶粒尺寸大小是由应变速率和挤压比控制的。Z被定义为Z =eexp（Q/RT）,其中e是应变率。Q自扩散类似的活化能，R是气体常数。一方面,保持内存速度不变,更高的挤压比对应更高的应变率，另一方面,保持最初的样品温度和内存速度常数,高挤压比对应于实际挤压温度,因为生成的热量由摩擦引起的。应变速率增加，再结晶尺寸减小，变形温度增加再结晶尺寸增加。应变率从两个相反的方面提高变形再结晶晶粒尺寸的影响。当应变速率效应引起的增加等于提高变形温度造成的影响,挤压比率对晶粒细化的影响是有限的。这也是为什么挤压比越高，晶粒度尚难观察（图5-8）。
在挤压过程中，挤压温度高，新的再结晶晶粒的晶界处形核。而在低挤出温度，有活性的提高和新的晶粒变形孪晶也易形成。因此，降低挤压温度提供了额外的成核位点，降低了晶粒尺寸（图9-10）。在挤压过程中，金属间化合物进一步破碎成小颗粒，并分布在整个晶界内（图6-14）。这些在第二阶段具有相对高的熔点可以附着在晶界上，在热挤压时阻碍晶粒粗化。在这种情况下，随着挤压温度在250℃增加到350℃，晶粒粗化的趋势不明显。然而，当挤压温度提高到400℃，金属间化合物的热稳定性的降低和粒子的钉扎效应会消除。因此，一个重要的晶粒粗化异常发生在400℃，重结晶程度依赖温度和时间。温度决定了形核率，时间的长短控制着晶粒的生长，挤压温度的增加有利于形成各向等大的颗粒（如图9）。
通过观察不同挤压比下的Mg–Zn–Nd–La–Pr–Zr合金的微观组织，可以解释挤压比对拉伸性能演变过程的影响。从佩奇公式可以看出，更细的晶粒可以得到更高的强度。这种情况下，更多粒子有助于宏观变形和应力浓度的降低，并且扩散至更大的区域。因此，样品的延展性有所提高。然而，当晶粒尺寸趋于一个极限值时，延展性对于挤压性能的影响不大。需要适当控制挤压参数，才能产生理想的细晶结构。研究表明，为了具有更好地机械性能，应该避免较高的加压温度。对于颗粒状的研究表明，高的挤出温度有利于等轴晶的形成。
My-Zn-Re-Zr合金直接通过冷硬铸造制备得到后进行热挤压，挤压比和温度影响合金的显微组织和力学性能。影响如下：
1：在挤压过程中，动态再结晶和晶粒细化都是初始热挤压的结果。对照组的平均晶粒尺寸的均匀性和微观组织演化过程的程度可知存在一个临界应变范围（2.77-3.21）。完全再结晶的显微组织可以达到时，应用等效应变超过临界当量。一旦达到临界最小粒度,施加过度的等效压力(挤压比率)没有对晶粒细化的影响。动态再结晶晶粒细化的主要机制在于挤压。
2：挤压比从0增加到9过程中，Mg-Zn-Nd-La-Pr-Zr合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率明显增加，在之后，挤压比对其的影响变小。
3、挤压温度在250℃提高到350℃过程中，晶粒的平均尺寸随着温度的变化而增加。当温度增加至400℃时，晶粒尺寸突然增加。提高挤压温度导致晶粒形状变得更加等轴。低的挤压温度制备Mg–Zn–Nd–La–Pr–Zr合金是可取的，这样可以使合金具有较高的强度和良好的塑性。
我们非常感谢中国国家自然科学基金（NSFC）的支持，批准号：51005217。感谢陈博士的支持。中国博士后科学基金会批准号：20100480677,重庆博士后科学基金批准号：RC2011013。
第7章参考文献
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镁合金防腐蚀方案汇总
镁合金防腐蚀方案汇总 化学转化处理 镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。 传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。 有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。 化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。 阳极氧化 阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。 传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良
的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。 一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X 射线衍射相结构。 但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。 金属涂层 镁及镁合金是最难镀的金属，其原因如下： (1)镁合金表面极易形成的氧化镁，不易清除干净，严重影响镀层结合力; (2)镁的电化学活性太高，所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀，或与其它金属离子的置换反应十分强烈，置换后的镀层结合十分松散; (3)第二相(如稀土相、γ相等)具有不同的电化学特性，可能导致沉积不均匀; (4)镀层标准电位远高于镁合金基体，任何一处通孔都会增大腐蚀电流，引起严重的电化学腐蚀，而镁的电极电位很负，施镀时造成针孔的析氢很难避免; (5)镁合金铸件的致密性都不是很高，表面存在杂质，可能成为
Q235拉伸力学性能研究报告
Q235钢轴向拉伸试验报告 1.研究目的 观察Q235钢在拉伸时的各种现象，并测定Q235钢在拉伸时的屈服极限σs，强度极限σb，伸长率δ和断面收缩率ψ，研究Q235钢拉伸时的力学性能。 2.实验原理 试件装在试验机上，受到缓慢增加的拉力作用，对应每一个拉力F，试件标距l有一个伸长量?l。表示F和?l的关系的曲线，称为F-?l曲线。F-?l曲线与试件的尺寸有关。为了消除试件尺寸的影响，把拉力F除以试件的横截面积A，得出正应力σ；同时，把伸长量?l除以标距的原始长度l,得到应变ε： σ= F ε=?l l 以σ为纵坐标，ε为横坐标做出表示σ与ε的关系曲线，称为σ-ε曲线(应力-应变曲线)，通过应力-应变曲线得到Q235钢在轴向拉伸下的力学性能。 3.实验方法 为了便于比较不同材料的实验结果，对试件的形状、加工精度、加载速度、实验环境等，国家标准都有统一规定。按国家标准 GB228
—2010中的有关规定,本实验中的拉伸试件采用国家标准中规定的圆截面长试件即： l0 =10 d0 (长试件) 式中: l0--试件的初始计算长度(即试件的标距); d0 --试件在标距内的初始直径。 实验前用游标卡尺和圆规测量试件的直径d0和标距l0，所用游标卡尺的量程为200mm精度为±0.02mm。经多次测量求平均值，试件的直径d0和标距l0尺寸如表1，使用万能试验机上的传感器测量试件受力大小，用引伸计测定试件的变形量。 实验采用YYU-15/50轴向变形引伸计, 引伸计的标距为50mm，变形为15mm，相对误差优于一级，用于常规拉伸试验机。引伸计测量精度一级：标距相对误差±1.0%，示值误差（相对）±1.0%，（绝对）±3.0微米。引伸计由传感器、放大器和记录器三部分组成。传感器直接和被测构件接触。构件上被测的两点之间的距离a1b1为标距，构件被拉伸或压缩后被测的两点之间的距离a2b2，标距的变化a2b2与a1b1之差即为线变形。把引伸计用橡皮筋固定在试件上，随着构件变形，引伸计的传感器会随着变形，记录器（或读数器）将自动记录变形信息。
镁合金使用寿命以及性能特点
如何提高镁合金的耐高温性能? 镁合金在汽车制造、航空工业等方面的应用要求具有一定的高温性能和抗蠕变性能，稀土镁合金(AE系列)能提高合金的高温强度和蠕变强度。研究表明，加入一定量的锡可改善合金的高温强度;加人硅可改善合金的蟠变强度;加人鳃可提高合金的高温(超过300℃)性能;加入银可提高合金的高温强度和蠕变强度。 在Mg-5Al-1 Zn-1 Si合金中加人0.5%(质量分数)的锑，使合金在150℃时的强度从168 MPa上升到178MPa,屈服强度也从81 MP。上升到90MPa，抗冲击韧性值从21J上升到30J。 稀土会使镁合金的室温性能变差，为此，加人一些短纤维、晶须、颗粒等复合材料，以改善合金的室温和高温性能。在Mg-/Li合金中加人一定的Mg0/Mg 2 Si颗粒，使合金的高温抗蠕变。性能在温度达210℃前得到显著改善，而且随着温度的升高，改善效果更为明显。 笔记本电脑和手机外壳等在一定的工作温度范围内，要求其尺寸稳定性(抗蠕变性能)要好。与现有的工程塑料相比，不会因环境改变而改变的镁基耐高温复合材料的性能优势可得到充分施展。镁基复合材料的制备方法主要有真空(或保护性气氛)浸渗法、粉末冶金法、薄膜冶金法、搅拌铸造法。 提高镁合金材料使用寿命有何技术措施? 镁是活泼的金属元素，标准电极电位为负值，且绝对值很大，导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，这阻碍了镁合金产品在应用中发挥优势，限制了其应用范围。 镁合金腐蚀的直接原因是合金元素及杂质元素的引入导致镁合金中出现第二相。镁合金的腐蚀形态有:电偶腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂、晶间腐蚀和丝状腐蚀以及高温氧化。镁合金发生电化学腐蚀与溶液的pH值、溶液的性质、合金的成分及所处的环境有关。 为提高镁合金材料的使用寿命，应控制冶金因素以提高镁合金的耐腐蚀性，具体包括合金元素、杂质元素、相组成和微结构。表面处理技术的研究，如镁合金的化学转化处理、阳极氧化、等离子微弧阳极氧化、金属镀层和物理气相沉积涂层技术等，为等离子技术提高镁合金的耐腐蚀性带来了新的生机。为改善镁合金的耐腐蚀性能，有人采用离子注人、激光退火和快速凝固新工艺，特点是使金属表面形成一层成分均匀的、无定形的表面结构膜。 采用高频感应对镁合金进行表面合金化处理的研究结果令人满意，通过对ZM5镁合金样品在4OkHz的高频感应炉加热处理后空冷到室温，与未经感应处理的样品相比，其耐腐蚀性能大幅度提高，表层组织相结构的变化可有效地抑制镁合金的整体腐蚀。 微弧氧化技术是另一种新型的金属表面处理技术，其原理是将材料置于电解质溶液中，利用高电流高电压的作用，在基体金属表面上生成一层基体金属氧化物陶瓷层，且致密无缺陷，以提高金属的防腐蚀性能。MB8镁合金的实验表明，微弧氧化陶瓷层厚度与提高耐腐蚀性能的关系不大，非晶态氧化镁陶瓷层的耐腐蚀性能优于晶态氧化镁陶瓷层。 镁基大块非晶合金有何特点? 非晶态合金具有良好的性能。传统的非晶态合金是高速急冷(冷速大于105K/s)条件下形成的，呈粉状、(纤维)丝状、薄带或薄膜(最大厚度不超过50μm)形态，使其应用受到限制。大块非晶是指在三维尺寸都大于1mm的合金块体。镁基大块非晶合金具有较好的力学性能和低密度，被认为是一种极具应用潜力的轻质高强度材料。有报道称，用水淬法能制备出直径 为12 mm的镁基大块非晶合金—Mg 65Y 10 Cr 15 Pd 5 。镁基大块非晶合金在373K的温度下，屈服应 力为550MPa;在室温下为822MPa,硬度为HV220。对镁基大块非晶合金Mg 80Y 10 Cu 10 。的试验发 现，其伸长率为7%。
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路
镁合金作为生物医用材料的潜在优势、存在的问题及解决思路 摘要 近几十年来，镁及其合金在医疗领域的价值正飞速提升，应用也日益广泛，其作为硬组织植入材料与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点[1]。然而，镁合金当然也不完美，也存在缺点，令其应用受到限制[1]。那么，这些优势和缺陷究竟是什么？如何让其性能更完善呢？本文就这些问题进行了简要论述。然而由于笔者才疏学浅，加之时间仓促，文中疏漏之处在所难免，尚有待进一步修改和完善，同时敬请各位读者多多批评指正。 关键词：镁合金，医用材料，植入体，腐蚀 一、引言 目前的生物医用材料主要有部分金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料及仿生材料等[1]。医用金属材料与高分子材料和无机非金属材料相比，具有较高的强度、韧性和加工性能，因此应用最为广泛[2]。目前，临床应用的医用金属主要有不锈钢、钴基合金、钛合金、形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、镐等。但临床应用表明，以上材料均存在弊端[3]，如： 1.某些金属植入体含Al元素[4]。该元素可对器官造成损伤，且能导致骨软化、贫血[5][6]、老年痴呆 及神经紊乱等多种病症[5][6]； 2.某些材料会在体内释放出毒性金属离子[1]，引起受体发炎和排异反应[7]； 3.部分不锈钢植入体在生理系统环境中会发生缝隙腐蚀、摩擦腐蚀与疲劳腐蚀破裂等状况[8][9]，并 因此释放出Ni2+、Cr3+及Cr5+等离子，同时造成假体松动，最终引起植入体失效[10]； 4.相当一部分材料的弹性模量与人骨不够相近，例如：不锈钢的弹性模量约为200GPa，钛合金约 100GPa[4]，而人骨仅10～40GPa。这必然会导致应力遮挡效应，进而减少对新生骨组织生长和重塑的诱导作用[1]，并最终造成植入体的不稳定、组织愈合迟缓甚至植入失败等后果[1][11]。 5.不锈钢、钴基合金和钛基合金皆为生物惰性材料，在人体中不发生或仅发生微弱的化学反应，因而 在生物环境中相当稳定[4]，无法自行降解[1]。故病人完全康复后必须再次通过手术将其取出[2]，徒增了患者的痛苦及医疗费用[1]。 然而近年来，镁及其合金的横空出世和飞速发展使这些问题的解决成为了可能。那么，这种金属到底有什么优点，能克服这么多棘手的困难呢？接下来的一段将回答这个问题。 二、镁合金作为生物医用材料的潜在优势 近几十年来，国内外研究发现[3][12][13][14][15]：镁合金作为硬组织植入材料，与现有的各种临床金属植入材料相比有许多突出的优点： 1.Mg是人体必需的微量元素之一[1]，在动物体内含量仅次于钙、钠、钾，且在细胞内仅次于钾[4]， 与神经、肌肉及心脏功能密切相关[16]，对维持细胞膜结构和调节细胞的生长具有重要作用[17]，是能量传输、贮存和利用的关键元素，还是新陈代谢过程中各种酶系统的重要活化剂，并参与人体内几乎所有的新陈代谢过程，如骨细胞的形成、蛋白质的合成等。另外，镁具有诱导骨生长的作用，能加速骨愈合，还可以调节DNA和RNA结构，降低癌症发病率，增强心血管的抗病毒能力[1]，减少血液中胆固醇的含量，从而防止高血压、动脉硬化和心肌梗塞等疾病[16]。而以镁作为医用植
镁合金力学性能的研究
Mg-Zn-RE-Zr合金的拉伸力学性能和微观结构的发展文章中将成分为Mg-5.3Zn-1.13Nd-0.51La-0.28Pr-0.79Zr的铸件进行热挤压，并且对挤压比和温度对显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明当挤压比从0提高到9的时候铸态合金晶粒变粗大，共晶成分沿着挤出方向拉长。然而,进一步提高挤压比率对晶粒细化和改善合金的力学性能的影响不大。动态再结晶是热挤压过程中晶粒细化的主要机制，提高挤压温度导致出现等轴晶粒。与此同时,力学性能随挤压温度的升高而降低。
目录 第1章介绍 (3) 第2章试验方法 (4) 第3章实验结果 (5) 3.1铸态合金显微组织 (5) 3.2挤压合金的微观组织演变 (9) 3.2.1改变挤压比和温度对微观组织的影响 (9) 3.2.2挤压比和挤压温度对力学性能的影响 (12) 第4章讨论 (16) 第5章.结论 (18) 第6章致谢 (20)
第1章介绍 镁合金因其低密度、高特定的刚度和良好的阻尼能力在汽车和航空工业上吸引了人们的注意[1]。镁合金可以大致分为含铝合金和无铝合金[2]。广泛使用镁合金属于Mg-Al系列，比如AZ91和AM60，它们具有良好的铸造性能和较低的成本[3]。然而,因为他们的机械性能和热稳定性差，这些合金的应用受到了限制[4]。与Mg-Al系列相比,Mg-Zn系列的合金,比如ZK60系列合金，是具有很大发展潜力的低成本高强度镁合金[5]。 在所有的镁合金中，AZ60具有较好的机械性能，比如室温下或者高温下具有高强度[6]。然而,它的强度在室温或者高温时候还是低于铝合金。最近,据报道,添加稀土可以改善ZK60合金的力学性能[7]。周教授等人研究了稀土元素钕和钇对于ZK60合金的微观结构和力学性能的影响。钕和钇的结合在动态再结晶过程中对细化晶粒产生了很大的影响。此外,钕和钇的结合还提高了屈服强度和抗拉强度。何教授等人的确定了钆元素对ZK60合金显微组织和力学性能的影响。钆的增加大大减少了时效硬化效果和少量的降低了屈服强度和抗拉强度。然而,添加钆造成的晶粒细化补偿了部分屈服强度和抗拉强度的损失。张教授等人[9]指出ZK60合金与铒结合之后改善变形性能,细化了晶粒和显微组织，具有良好的机械性能。 在这项研究中,镁合金准备直接进行冷铸造。此外,挤压比和温度对合金影响也表现了体现出来。
镁合金疲劳性能的研究现状_高洪涛
镁合金疲劳性能的研究现状 高洪涛,吴国华,丁文江 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海200030) 摘要:针对近几年镁合金疲劳性能的研究进行总结,从冶金因素、形状因素、加载制度、介质和温度等方面考察对镁合金疲劳性能的影响。归纳提高镁合金抗疲劳性能的途径:热处理、滚压强化和喷丸处理等。提出对镁合金疲劳性能研究的展望。 关键词:镁合金;疲劳性能;影响因素;强化途径 中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2003)04-0266-03 Review on the Fatigue Behavior of Magnesiu m Alloys GAO Hong-tao,W U Guo-hua,DI NG W en-jiang (Schoo l of M aterials Science and Engineering,Shang hai Jiaotong U niversity,Shang hai200030,China) A bstract:This report provides some of the results of magnesium alloy s studying,especially about its fatigue behavior, in recent years.The facto rs that influence the fatigue behavior of magnesium alloy s can be given from several aspects of metallurgy,form factor,loading system,medium and tem perature.The strengthening methods can be concluded in three aspects.One is heat treatment;the o ther tw o are roller burnishing and shot blasting.In addition,the prospect of fatigue behavio r observation on mag nesium alloy s is discussed. Key words:M ag nesium alloy;Fatigue behavior;Influencing factors;Strengthening approach 综合性能优良的镁合金已大量应用于航空航天、汽车、电子等领域[1]。据预测,从2001～2007年,镁合金铸件在汽车上的用量将以25%～30%速度递增[2]。 随着镁合金需求的急剧增加,对其性能要求也越来越高。本文总结近几年镁合金疲劳性能方面的研究,以及提高其性能的建议。 1 镁合金的疲劳与断裂 M g属于密排六方结构,此类金属的塑性变形取决于c/a(c为点阵的高,a为基面的边长),Mg的c/a=1.6235,略小于按原子为等径刚球模型计算出的轴比1.633。孪晶和疲劳变形与现存孪晶的结合是疲劳变形的主要形式,滑移带沿着孪晶带堆积的区域是一些常见的裂纹源。许多微裂纹是一些微空洞造成的。位错环集团是Mg典型的疲劳位错结构。 镁合金的疲劳断裂是由最大剪应力控制的,并且沿着最大剪应力方向扩展。它的解理断裂发生在高指数面上,并且裂纹的形态因孪晶和滑移而强烈变化着。镁合金疲劳断裂结构中也有一些韧窝特征,它们来源于加载过程中出现并长大直到在塑性应变和塑性断裂条件下联合起来的微空洞,在沉淀相-基体界面处结合力较小,沉淀相或者夹杂物的破碎、局部的应力集中 收稿日期:2003-02-17; 修订日期:2003-03-24 基金项目:国家863计划资助项目,编号:200233AA1100. 作者简介:高洪涛(1976- ),河南洛阳人,博士生.研究方向:镁合金的研究与开发.都可能形成一些微空洞。 2 影响镁合金疲劳性能的因素 2.1 冶金因素 微观组织对疲劳裂纹的萌生和扩展有很大的影响[3]。砂型铸造M g-Zn-Zr合金,不管是铸态还是热处理态,晶粒越粗大,疲劳强度越低。另外,第2相质点或颗粒也影响镁合金的疲劳行为,第2相的切变模量和第2相质点间的平均距离是影响疲劳裂纹扩展速率的重要参数。另外,在小的ΔK区域,镁合金位错密度越高,疲劳裂纹扩展速率就越低。 镁基复合材料的疲劳性能与断裂特征与其基体上增强颗粒和晶须的尺寸和形态关系密切[4],含20% SiC晶须的AZ91D镁基复合材料低周疲劳断裂后发现,由于晶须散乱的分布于基体之上,裂纹表面粗糙并且裂纹扩展路径看起来很弯曲。断裂组织观察表明疲劳断裂扩展区和最后断裂区没有明显区别,并且特征是解理断裂。 在冶炼过程中,不可避免的引进一些夹杂物。这些夹杂物引起应力集中从而降低镁合金的抗疲劳能力,如果夹杂物是尖角,危害更大。夹杂物分布不均匀时,也会降低疲劳强度。 2.2 形状因素 (1)缺口敏感性及表面状况 镁合金比铝合金和钛合金有更大的缺口敏感性,变形镁合金比铸造镁合金有更大的缺口敏感性。 · 266· 铸造技术 FO UN DRY TECHN OLOG Y V ol.24N o.4 Jul.2003
镁及镁合金的主要物化性能
镁及镁合金的主要物化性能铸造镁合金比变形镁合金使用的更多。铸造镁合金是航空工业中应用最广泛的一种轻合金。用镁合金铸件代替铝合金铸件，在强度相等的条件下，可以使工件重量减轻百分之二十五到百分之三十。镁合金和铝合金一样，根据加工方法可以分为变形（压力加工）镁合金和铸造镁合金两大类。这些年来，随着压铸技术的发展，压铸镁合金已成为镁合金应用的主要领域。此外，镁合金作为牺牲阳极其用途也有了很大的发展。 镁属于轻金属，纯金属镁为银白色，在空气中极易被氧化，形成一层薄氧化膜，可以防止其进一步氧化。 镁化学活性很高，在自然界中很难遇到纯镁矿。在海水中以氯化物存在，约含百分之零点一四，在地壳中以光卤石、菱镁矿、白云石和一些其他化合物形式存在，含量达到百分之二点三五。 制取镁的方法方法有：第一种，熔融氯化镁电解法，它是主要的制镁法；第二种，用硅铁还原氧化镁的硅热法；第三种，用碳还原氧化镁的碳热法。 镁及镁合金的主要物化性能：（1）密度，20摄氏度金属镁的密度是1.738g/cm3，650摄氏度熔化温度下密度约为1.65g/cm3，液态镁密度为1.58g/cm3；（2）凝固体积收缩率为4.2%，相应线收缩率为1.5%；原子叙述12，原子价+2，相对原子质量24.30。热性能：熔点，在标准大气压下，金属镁的熔点是650℃±1℃。沸点在标准大气压下，金属镁的沸点是1107℃±3℃。再结晶温度金属镁的再结晶温
度最低位150℃。再膨胀金属镁固体体积膨胀系数二十摄氏度到一百摄氏度之间为26.1*10-6，液体体积膨胀系数温度在六百五十一摄氏度到八百摄氏度之间为380*10-6。热导率镁在二十摄氏度的热导率为154.5W/(mk)。比热容（C）温度在二十摄氏度的时候镁的比热容是1.025kj。气化潜热金属镁的汽化潜热是5150到5400kJ。熔化潜热金属镁的熔化潜热是360~377KJ。升华潜热金属镁的升华潜热是6113到6238KJ。燃点空气中加热时，金属镁在632摄氏度到635摄氏度开始燃烧。燃烧热金属镁的燃烧热是24900到25200kJ。
镁合金力学性能强化的几种途径
镁合金力学性能强化的几种途径 摘要对近几年镁合金力学性能强化的研究进行了总结，主要途径归纳为三个方面，一是热处理，二是合金化，三是加工工艺。 关键词：镁合金力学性能热处理合金化加工工艺 镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高的特点,而且还具有优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本。广泛应用于航空航天、汽车和电子等行业。但是,镁合金密排六方的晶体结构及较少的滑移系决定了其塑性变形能力较差,所以应该用一些方法来提高其力学性能，本文就近几年镁合金力学性能方面的研究进行总结，并提出建议。 1 镁及其合金的力学性能 镁是一种二价的碱金属元素，属于密排六方晶系，这种密排六方结构使之在力学和物理性能方面表现出强烈的各向异性。纯镁象其他纯金属一样，表现出相对低的强度。其弹性模量E=45GPa，切变模量K=17GPa，比弹性模量E/ρ=25GPa。因此必须用其他元素进行合金化以获得所需要的性能。目前主合金元素是Al、Zn 和Re等，这些合金元素使镁合金得到不同程度的强化。变形镁合金主要通过热变形和冷变形来提高强度。热处理是提高镁合金力学性能的重要途径。另外其他一些工艺或处理也能有效提高镁合金的力学性能，如颗粒增强复合材料、半固态铸造和熔体热速处理、表面处理等。 2强化途径 2.1 热处理 2.1.1铸造镁合金的热处理 铸造镁合金的室温和高温力学性能强化途径有固溶处理和失效处理[1]。对某高锌镁合金Mg-Zn-Al-RE进行热处理[2]，固溶处理温度340℃,保护剂为硫铁矿石,保温时间20 h,热水淬火,淬火介质采用70～75℃热水;时效处理温度180℃,保温时间10 h,出炉空冷。经固溶及时效处理后,合金的相成分主要为α-Mg,还有含微量稀土的其它固溶强化三元相。其中比较典型的固溶强化相有Ф相
镁合金阳极氧化膜的制备及其耐腐蚀性能研究【开题报告】
毕业论文开题报告 化学工程与工艺 镁合金阳极氧化膜的制备及其耐腐蚀性能研究 一、选题的背景、意义 镁是地球上储量最丰富的元素之一，除地壳表层金属矿所含的质量分数为1.93%外，在盐湖及海洋中也存在着十分可观的镁储存量。镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金，镁及其合金具有许多优良的特性。它的密度小（1.8g/cm3镁合金左右），约为铝的2/3、铁的1/4；比强度很高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，具有良好的导电、导热性、电磁屏蔽性、尺寸稳定性、机加工性能以及再循环利用的性能。 镁合金过去主要应用于航空航天领域，进10年来，随着汽车工业的发展，镁合金的应用最得到了很大的发展。由于环境保护和节省燃料的要求，通常以降低汽车重量来节省能耗，其中一项重要措施就是采用镁合金零件来取代原先的铝合金或钢制零件，由于各种数码产品的飞速跟新换代，对其外观和质量都提出了更高要求。用量轻、刚性好、金属光泽好、电磁屏蔽性好的镁合金取代塑料用在外壳上可获得很好的效果。 随着人们对环境保护意识的日益增强，镁合金无铬表面转化处理技术取得了很大的发展，对环境影响已经大大减小。国内的镁合金阳极氧化处理工艺与国外相比差距较大，大部分无铬电解液配方仅停留在实验阶段，无法投入到实际生产中。因此，对镁合金进行适当的表面处理来提高其耐蚀性能具有非常重要的意义。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 传统工艺 有关镁合金阳极氧化技术产生于20世纪，直到1951年以后，HAE和DOW l7工艺的相继出现才使阳极氧化技术在镁合金防护处理中应用成为可能。HAE工艺是碱性电解液的代表，而Dow Chemical company研发的DOW l7是酸性电解液的代表，在镁合金阳极氧化发展进程中两者起了重要的作用。后来又开发了Anomag 工艺、Magoxid-Coat工艺和Tagnite工艺等。其具体工艺如表1所示。
镁合金表面防腐蚀处理研究
镁合金表面防腐蚀处理研究 王芬，康志新，李元元 （华南理工大学金属新材料制备与成型重点实验室，广东广州510640） 摘要：综述了近年来镁合金表面防腐蚀处理的方法，主要有化学转化膜、阳极氧化、金属涂层、有机涂层、有机镀膜、气相沉积、快速凝固等，并对镁合金表面处理的发展方向进行了探讨。关键词：镁合金；腐蚀；金属涂层；阳极氧化；有机镀膜 1前言 镁合金优异的物理和机械性能[1]使其近年来得到广泛关注。镁合金具有较高的比强度和比刚度，较强的电磁屏蔽和抗辐射能力，以及良好的减震性、切削加工性能等特点，在汽车、摩托车等交通工具，3C产品、航空航天、兵器工业等领域的应用日趋广泛。但是镁是一种电负性极强的金属，标准电极电位为 －2.37V，在潮湿，CO2，SO2，Cl－ 的环境里极易发生腐蚀。除此之外，镁合金由于杂质元素和合金元素的存在，还容易产生电偶腐蚀、应力腐蚀开裂以及腐蚀疲劳[2]，大大限制了镁合金在工业、军工等领域的广泛应用。 目前国内外都加大了对镁合金腐蚀问题的研究，以期通过有效的表面处理方法来提高镁合金表面的抗腐蚀能力，使其能够在不同的领域得到更为广泛的应用。本文综述了镁合金表面处理的方法，并对各种表面处理方法的优缺点及今后的发展方向进行了分析。 2镁合金表面处理的方法 2.1化学转化膜处理 镁合金化学转化膜[3]的防腐蚀效果优于自然氧化膜，并且化学转化膜可提供较好的涂装基底。传统的化学转化法是铬化处理，其机理是金属表面的原子溶于溶液后，引起金属表面的pH值上升，在金属表面沉积铬酸盐与金属胶状物的混合物的过程，这种混合物在未失去结晶水时具有自修复功能，因而耐蚀性好。 但由于铬酸盐处理工艺中含Cr6+离子，对环境造成污染且废液的处理成本高，现已被其它的化学转化膜法所取代，如磷酸－高锰酸钾转化膜、稀土转化膜等。 磷酸－高锰酸钾转化膜处理方法主要是在镁合金表面形成以Mg3(PO4)2为主的组成物，同时含有铝、锰等化合物的磷化膜。经过该处理所得的膜层为微孔结构且与基体结合牢固，并具有良好的吸附性、耐蚀性，因而可作为镁合金涂装中的底漆层使用。赵明[4]等人对镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理工艺进行了研究，发现pH值为4，K2HPO4的质量浓度为150g/L，KMnO4的质量浓度为40g/L的处理液能显著提高镁合金表面的耐腐蚀性能。在盐雾试验温度为30℃，盐雾沉积率为0.0138mL/（cm2·h）的条件下，连续喷雾24h后，镁合金表面所得膜的腐蚀率为8%，而铬酸盐处理工件表面腐蚀率为21%[5]。这说明镁合金磷酸盐－高锰酸盐化学转化处理能提高镁合金表面抗蚀能力。 Rudd[6]等研究发现镁及镁合金在经过pH值为8.5的铈、镧和镨等稀土盐溶液浸泡处理后，可以显著提高镁及其合金的表面耐腐蚀性能。但随着浸泡时间过长，涂层的保护性能开始恶化，导致镁合金表面的耐腐蚀性能也随之降低。因此，为了得到较好的表面处理效果，在形成稀土转化膜后应立即进行封孔处理。2.2阳极氧化处理 阳极氧化处理[7~9]是镁合金现今应用较广的一种表面处理方法。阳极氧化不同于化学氧化，它是通过电化学反应，在金属表面得到具有一定厚度、稳定的氧化膜层，从而提高金属表面耐腐蚀性能。 DOW17法和HAE法是20世纪50年代开发的阳极氧化技术。DOW17法生成的氧化膜是由Cr2O3，MgCr2O3及Mg2FPO4构成，该氧化膜的耐蚀性和耐磨性好，但脆性较大。用HAE法制成的氧
镁合金研究现状及发展趋势
镁合金研究现状及发展趋势 摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用 1.引言 镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1）密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，根据合金成分的不同，其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内，约为铝的2/3，钢的1/4。 2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁，但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3）吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力，其抗冲击性是铝合金的10倍，塑料的20倍。 4）良好的铸造性能。镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2-3倍，通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小，所以流动性
镁合金
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。 特点 其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。 应用范围：镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的 镁合金铸件1 。 镁合金（英文：Magnesium alloy）的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。 在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。 镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100% 镁合金铸件2 回收再利用。 镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。 镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。 但镁合金线膨胀系数很大，达到25～26 μm/m℃，而铝合金则为23 μm/m℃，黄铜约20 μm/m℃，结构钢12 μm/m℃，铸铁约10μm/m℃，岩石（花岗岩、大理石等）仅为5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。 镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小，比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。 镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300～500倍。电磁屏蔽性佳，3C产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰。质感佳，镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感，而且，在空气中更不容易腐蚀。 镁合金的散热相对与合金来说有绝对的优势：根据公式：Q=dvC△t 其中Q—热量；d=比重；V=体积；C=比热容；△t =(t1-t2）变化的温度；当
6005铝合金材料力学性能研究
6005铝合金材料力学性能研究 采用万能材料试验机，对典型车用的6005铝合金材料进行准静态拉伸试验。输出载荷-变形量关系，获得应力-应变曲线，进而分析材料的弹性模量、极限强度、极限应变、屈服强度和延展率等力学性能。 标签：6005铝材；准静态拉伸；应力-应变曲线；力学性能 1 概述 车辆用6005铝合金属于Al-Mg-Si系中等强度铝合金。由于其优良的挤压成形性、耐腐蚀性和良好的焊接性，在国外被广泛用于高速列车、地铁列车、双层列车和客货汽车车体所需的薄壁、中空的大型铝合金壁板型材以及其它工业用结构型材。在我国，铝合金大型材已研制成功并投入生產，随着我国交通运输业的发展，6005铝合金在高速、轻型铝合金列车和地铁列车以及轻型客货汽车上的应用必将越来越多[1-3]。 6005具有较高的工艺性能。万普华等人对6005铝合金试样进行了水淬和水淬并深冷处理，来观察金相组织、抗拉强度等对6005铝合金力学性能的影响[4]。张健等人利用热塑性试验研究了6005A铝合金的热裂纹敏感性[5]，张大新等人将6005铝合金铸态试样和挤压制品试样在不同温度固溶加热后淬火处理，制备金相组织，用混合酸溶液侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织[6]。 文章主要就6005铝合金材料的力学性能性能通过万能材料试验机开展了系统的实验研究。测定试件在准静态拉伸时，材料的应力应变曲线；提取加载曲线中的屈服点、强度极限；同时，测量实验前后试件实验段（即试件的标距段）的长度变化，計算断裂伸长率和断面收缩率。 2 准静态拉伸试验 2.1 试件及仪器 运用Instron 5969标准电子万能拉伸试验机对6005铝材进行了准静态拉伸试验。试件参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》[7]制作。板状试件的尺寸示意图如图1所示。本试验采用比例试件，形状为板状，其厚度为4mm，平行长度为55mm，总长度128 mm。 2.2 试验结果 将试验试件在室温（10～35℃）环境下，试验试件及试验用夹头安装在试验机上，试件轴线应与力的作用线重合，将引伸计连接在试件上。试验机匀速进行拉伸，加载速率为10mm/min，测试试件在拉伸过程中的载荷-变形量的关系。针对横向切取和纵向切取材料，分别进行五次试验。试验过程如图2所示。
高性能镁合金发展现状与趋势
高性能镁合金发展现状与趋势 摘要 随着人们对能源和环境的日益关注，镁及镁合金的应用正在受到前所未有的关注。镁是我国少有的几种优势金属资源之一，在过去的15年里，我国的镁工业从弱小到壮大，目前已成为世界上原镁生产的绝对大国，2003年镁产量更是占世界总产量的60%以上。从2000年开始，在师昌绪等院士的直接推动下，我国镁合金的研究和应用也取得了举世瞩目的成绩，逐步从镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。过去5年里，我国在高性能镁材料的研究，镁加工装备的开发以及镁合金深加工产品的开发应用方面都取得极大的进展。从镁产业的角度来讲，已经形成了从原材料到深加工一直到应用的完整产业链，从镁研究开发的角度来讲，已经初步形成了从基础研究到应用研究一直到产品开发的完整科研开发体系。镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料，近年来已成为全球学术界的一个研究热点，并越来越受到工业界的重视。目前我国在镁合金的研究和应用上取得了很大进展，已经研制出耐热镁合金、高强高韧镁合金等新材料，在变形镁合金领域也取得了突破，本文重点介绍几种有特色和良好应用前景的高性能镁合金，以及镁合金成形加工技术的最新研究进展。高性能镁合金包括阻燃镁合金、低成本高强度铸造镁合金和高强耐热变形镁合金，成形加工技术包括镁合金涂层转移精密铸造技术、镁合金熔体复合纯净化技术、不含六价铬离子的镁合金超声阳极氧化表面处理技术、大型镁铸件低压成型技术以及镁板差温拉深工艺。镁合金的深入研究有力地推动了镁合金产业的发展。 关键词镁合金发展现状趋势 正文 1、我国镁及镁合金现状 我国目前在镁工业方面拥有三项"世界冠军"。第一是镁资源大国，储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨，硫酸镁16亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量，仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上，矿石品位高达40%。第二是原镁生产大国，2003年我国共生产原镁35.4万吨，约占全球总产量的67%。第三是出口大国，年产量80%以上的镁出口到国际市场。尽管如此，我国的镁工业还存在着不少问题，主要表现在：1)原镁生产技术比较落后，质量不够稳定，镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标，难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭，镁合金出口比重只有15%左右，镁合金制品出口则更是微乎其微，因此出口利润低效益差，而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏，目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产，而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。 中国镁合金产品的生产和应用现状是，镁合金的优势已经被许多企业所认识，在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用，用户包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等，例如，一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长，台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在向几乎全国各地，各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。 2、我国镁合金研究现状 国家相关研究和应用计划包括，科技部组织实施的"十五"攻关计划重大专项"镁合金应用开发及产业化"、"十五"863计划相关项目、重点国际合作计划、科技型中小企业创新基金，国家自然科学基金委立项的国家自然科学基金，国防科工委的民口军工配套项目，经贸委的技改项目，国家发改委的高技术示范工程等。 十五科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化"的目标是，建立镁合金技术创新体系;
镁合金汽车发动机上的腐蚀与防护
镁合金汽车发动机上的腐蚀与防护 班级06030143 姓名王力 学号 3 2 摘要：阐述了现代汽车为节能、环保而开始大量采用镁合金材料; 介绍了镁合金材料的性质特点, 采用镁合金材料制造的汽车部件; 并指出镁材料在汽车工业中的应用和发展前景。对镁合金的腐蚀行为、各种因素对镁合金腐蚀性能的影响进行了综述，并指出镁合金各种表面处理技术的优缺点及其未来发展方向。 关键词：轻量化合金材料发动机汽车镁合金表面防腐 1、前言 自人类进入21世纪以来,随着能源价格的不断上涨,以及可持续发展要求的提高,汽车燃料的经济性问题越来越引起人们的广泛关注。汽车燃料的经济性与汽车的设计、制造和使用有着密切关系，汽车材料的轻量化是改善燃料经济性的有效途径。 对汽车工业来说, 节约能源、减少汽车尾气排放的最有效办法就是减轻汽车自身的质量, 而减少汽车质量的主要途径是使汽车材料轻量化。汽车质量每减少10%,燃油消耗可以降低6% - 8%。要想减轻汽车自重, 就必须采用轻质材料。镁合金材料是自古以来实际应用中最轻的金属结构材料, 是所有现用金属材料中密度最低的轻金属材料,因而成为汽车减轻自重以提高其节能性和环保性的首选材料。另外, 镁合金材料还具有比强度和比刚度均高、导热导电性能好、阻尼减震性和电磁屏蔽性强、易加工成形、废料易回收等特点。由于镁合金材料的众多优点,其应用适应了全世界对汽车安全、节能和环保要求越来越高的趋势, 受到了各国政府和发达国家汽车制造企业的高度重视。 2、镁合金在汽车发动机上应用的原因 镁合金是最轻的金属结构材料, 其密度为1.75g/cm3～1.90g/ cm3，比铝合金约轻36% , 比锌合金约轻73% , 比钢约轻77%。镁合金的强度和弹性模量较低, 但它有高的比强度和比刚度, 在相同重量的构件中, 选用镁合金可使构件获得更高的刚度。镁合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能, 它可承受较大的冲击震动负荷, 适用于制造承受冲击载荷和振动的零部件。镁合金具有优良的切削加工性和抛光性能, 在热态下易于加工成型。 镁合金的熔点比铝合金低, 压铸成型性能好。镁合金铸件的抗拉强度与铝合金铸件相当,