镁合金成型技术综述
摘要：要介绍了镁合金的特点、分类以及镁台金在汽车、3c和白行车行业的应用，并
举例说明了各自的现状；通过大量相关资料，对现阶段国内外镁合金的成型技术进行了系统的论述。其中包括镁台金铸造成型、塑性成型、连接成型，对它们各自的工艺特点和应用范围进行对比分析，发现镁合金的成型技术现在主要是压铸成型，其他的成型工艺的应用还比较少。并介绍了镁合金目前在国内外的应用现状及镁合金成形技术的发展现状，以及镁合金
［1］
的发展方向及应用前景。
镁合金作为21世纪绿色环保合金,具有密度小,比强度、比刚度高,尺寸稳定性好,电磁屏蔽性好等特点,其应用前景广阔,主要作为铝、塑料和钢的替代品。采用常规铸造方法,如高低压铸造、熔模铸造、消失模铸造及永久型铸造等,可以铸造出质量轻,强度高,形状复杂的镁合金铸件,但需过热以确保流动性而导致生产的诸多难以克服的问题(如镁合金燃烧)。镁合金半固态铸造可分为:流变铸造、触变铸造和注射成形。
一、镁合金的基本性能及其产品优势
3
［2,3］
1. 轻量化密度1.8g/cm左右，是铁的1/4，铝的2/3，与塑料相近。 2. 比强度高，刚性佳，优于钢、铝。 3. 极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。 4. 优良的热传导性，改善电子产品散热问题。 5. 非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性佳。
6. 加工成型性能好，成品外观美丽，质感佳，无可燃性（相对于塑料）。 7. 材料可100%回收，回收率高符合环保法。
8. 尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变（相对于塑料）。
二、镁合金材料的加工成型技术
依据材料加工成型的方式和特点不同，可以将镁合金分为铸造用镁合金、压铸用镁合金、挤压用镁合金、锻造用镁合金和焊接用镁合金。这要根据镁合金产品的类型而选用。
1. 压铸成型技术［2,4,6］
镁合金的压铸技术一直是镁合金应用于结构材料制造技术的重点，镁合金压铸产业在欧美已有较大规模。压铸技术是以活塞将融熔金属压入模具中，凝固成型，制造产品。按照温度压铸可分为冷室压铸法和热室压铸法。
（1）冷室压铸法：熔铸压力高，模具较大，压铸面积大，技术成熟，适用于厚壁及大铸件的制造。 缺点是用采料管给料，气体灌入多。
（2）热室压铸法：以鹅颈管式自动给料，气体灌入少，熔铸压力较低，使用模具较小，可铸面积小，技术成熟度高，适用于薄壁及小铸件。国内厂家采用此法较多，理由是成型周期短，废料少。
2.半固态成型技术
半固态成型技术是近几年兴起的一种高效优质的成型方法，是把镁合金加热至半固态，然后挤压成型。其具有许多的优点：成品孔隙率低，比热室压铸法镁合金消耗减少50%以上，产品力学性能提高，良好的尺寸精度，公差变化少，尺寸再现性好；模具的流长/壁厚比较
高，可成型较薄件；模具设计较简单，可有效适应市场变化快的产品；对于厚度不一、或有许多孔、穴、肋、凸块、垫块等特殊形状均可一体成型；形状收缩率小；操作温度较低，模具寿命较长；溢流槽等废料比例低，可减少后加工程序；加工过程中控制容易，产品质量稳定，废品率低；凝固时间缩短，可降低成型周期。
3. 触变成型技术［5］
触变成型技术于20世纪90年代在美国产生，由塑料射出成型技术衍生应用在金属的成型制造过程。是将金属颗粒由料管加热等过程转变为具有触变性质的半固态，以螺杆推送射入模孔内凝固成型。据《日经产业新闻》报道，日本最近联合开发出世界第一台热流道镁合金大型成型设备，已在2000年投放市场。这套设备能够将镁合金加热使其保持熔融状态，原材料利用率从以往的30%~50%提高到了70%以上,而且成型时间也缩短30%。
4. 锻造成型技术
镁合金与铝合金的锻造成型技术基本相同，但在以下几方面有所差异。
镁合金在高温时具有表面摩擦系数较大、流动性差、粘附力大、充填较深的垂直模孔较不容易，所以在内、外圆角半径，肋厚等要比铝合金大。镁合金锻造用材料大多数情况下大都采用挤压毛胚，它可在挤压前经过均质化处理，减少机械性能异向性。镁合金是热的良导体，避免锻造时与较低温的模具接触产生激冷现象而龟裂，所以锻造温度不仅要控制工件温度而且要预热锻模。镁合金对变形速率敏感，当变形速率增加塑性显著下降，一些较复杂的镁合金锻件需以多次成型，为了避免晶粒成长逐次降低各次的锻打温度。镁合金的加工变形量依设备种类而异，在锤上变形量不超过30%~50%，在液压机上变形量可达70%~90%，所以建议使用液压锻床为佳。
5.焊接技术［6,7］
由于镁的活性强，必须有极高的焊接应用技术，镁合金的焊接方法和铝合金的焊接方法接近，但其气孔更易于产生，必须考虑裂纹的敏感性，也必须考虑焊接接头在使用中的应力腐蚀和疲劳腐蚀问题。焊接时，应注意以下问题：镁合金材料的焊接性、焊接过程的质量控制、母材的前处理、焊条或焊丝的选用、焊接接头在使用中的应力腐蚀和疲劳腐蚀问题。
6. 表面涂装技术
为了防止镁合金产品在使用过程中的氧化和腐蚀，以及美观装饰的需要，成型的产品需要进行表面涂装。根据产品的规格和用途，常见的表面涂装技术大致可分为：化学处理法、阳极氧化法、喷漆法和电镀法。镁合金表面处理的最新发展趋势：非铬系低污染涂装技术、耐磨损及电解保护技术和基于美观装饰的表面处理技术。
三、镁合金的应用
［3,5,6,8,9,］
无论是在国内还是在国外。镁的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域，还用在稀土合金、金属还原及其他领域。根据2001年全球镁消费的资料统计来看，镁的主要用途包括：铝合金用镁占43%，镁压铸件占33%，钢铁脱硫用镁占12.8%。这是镁消费的3个主要部分，合计占镁总消费市场的88.8%。镁的其他用途还有，球墨铸铁球化剂用镁占3.1%，电化学用镁占2.8%等。在镁及其合金的各种消费结构中，镁压铸件最具增长潜力，而且，随着镁合金成形技术的不断发展和推广应用，镁合金压铸结构件将被越来越广泛地应用汽车、家电、通讯电子、轻便工具、航空航天、军事工业等领域，
其消费比例将会剧增至60%以上。
1.镁合金在汽车领域的应用
在汽车工业中，镁合金可用来制成车身零件．用热锻、热冲压成形工艺生产汽车底盘等承载件。在汽车上使用镁合金零件能降低汽车启动和行驶惯性，提高加速和减速性能，减少行驶过程中的振动以及减少油耗等。据统计，汽车尾气排放占大气污染总量的65％，而汽车自重每减轻100kg。燃油效率会提高5％，所以各大汽车公司纷纷寻求使汽车轻量化的办法，镁合金自然是理想的选择。目前，已有很多汽车开始采用镁合金制造的部件。镁合金发展的巨大动力来自汽车制造商，因为用镁合金生产的零件可以大大减轻汽车的自重。从而降低能耗．减轻有害气体的排放，以适应日益严格的环保要求。除了重量轻外，镁合金铸件还易于集成化，可将原设计的30～60个零件集成为一个零件，大大降低加工费用和零件组装费：减少震动和噪音；提高汽车零件的刚性；同时镁合金零部件的回收性也好。因此，世界知名汽车制造商纷纷采用镁合金零件改进汽车性能．其中以福特公司与通用汽车公司的镁合金使用量最多。德国大众汽车公司称，目前每辆汽车用镁量约为25kg(亦有报道国外汽车镁合金平均用量已达40kg)，在未来5年内，每辆汽车用镁量可以达到60～80kg．这必将对未来用镁的需求产生巨大影响。
2. 镁合金在3C产品中的应用
3C产品属于镁合金的高端应用领域，指电脑、通讯、家用电子产品M。电子工业的硬件部分的发展与新技术和新产品的开发紧密相连。目前日本和台湾在这个领域保持领先地位，除生产笔记本电脑、加随身听和数码相机三大采用镁合金最多的产品外，带有镁合金部件的手机、摄像机、电视机外壳、CD播放机、掌上电脑等发展也相当迅速。随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越多，在3C产品的外壳应用上，镁合金已有逐渐取代ABS、PC等材料的趋势。
3. 镁合金在航空航天工业中的应用［8］
在飞速发展的航空航天领域，镁合金由于密度小、刚性好、强韧性好，且能够有效减轻重量．很早就应用于航空航天工业，特别是Mg-Li合金．具有很高的强度、韧性和塑性，是航空航天领域最有前途的材料，如座舱架、座椅、轮毂、吸气管、导弹舱段、避板、副蒙皮、直升机上机匣等都用Mg．Li合金制作。近些年来，镁合金在直升机中的应用日益扩大．例如EUROCOPTER公司某些机型中的各齿轮箱壳体和盖子均使用镁合金制造。我国自行研制了10多种稀土镁合金，很多已在航空业得到应用．如添加Nd的ZM6铸造镁合金已经用于歼击机翼肋等．MB8是我国最常用的航空镁合金。
四、镁合金发展现状及应用前景
1.我国镁合金发展现状
［8,10］
镁合金在世界范围内的应用年增长率高达20%。我国是镁资源大国，总储量占世界总储量的22.5%，原镁产量仅次于美国居世界第二位。1999年全国共有80多家镁厂正常生产产量超过20万t（约为世界产量的30%），原镁产量达16万t，出口量13.7万t（产量的85%）。但国内在镁合金的应用方面与国外相比还存在较大的差距，限于技术开发能力，大多原镁只能用于出口，造成国内优势资源的极大浪费。 随着我国西部大开发战略的实施，西部十分丰富的盐湖镁资源将为镁合金产品的开发应用提供极为有利的物质基础。因此，一项十分紧迫而严峻的任务摆在我们面前：实施科
技攻关，尽快形成具有独立知识产权的镁合金深加工技术体系，开发我国自己的镁合金加工产业，变现在以出口原材料镁锭为主转为出口高附加值的镁合金零件及配套产品。这无论是对传统产业的改造，形成一批新兴的高科技产业群，促进我国汽车、电子等应用镁合金产品的工业领域的良性发展，还是对西部大开发战略的顺利实施，迎接加入WTO带来的挑战，都将具有重大的现实意义和深远的历史意义。 2. 镁合金材料的发展方向和应用前景
［4,5,9］
在20世纪末，镁合金的发展应用十分迅速，已有逐步代替铝、工程塑料和钢等的趋势，但相对总量不够多，原因之一是新工艺触变成形（Thixomolding）法所需的镁原料技术的复杂性，致使推广应用比较困难，而且工艺和设备的局限性，工艺材料选择性小。加之国外先进成形技术的复杂性及对技术的垄断，致使推广应用受到限制。因此，完善和推广材料制备技术，使镁合金总量进一步提高，以及改进工艺与设备，获得最优工艺参数，开发研制适合于触变成形的新型镁合金，都是镁合金半固态成形工艺发展的趋势和方向。与此同时,在镁合金的生产、加工和使用过程中，都会存在许多可研究和解决的问题。预测有以下可能的研究方向：
（1）新型镁合金的研究：如用化学纤维或陶瓷材料强化镁合金的设想； （2）镁合金材料成型技术的深入研究； （3）镁合金产品模具深入研制；
（4）镁合金材料腐蚀和应力腐蚀研究；
（5）镁合金材料的焊接及接头力学性能的研究； （6）镁合金产品的研制和开发； （7）镁合金产品的表面处理技术。
目前我国是世界上最大的镁生产国，但大部分镁作为原材料出口，本国的需求量十分有限，这主要是由于我国在镁合金成形技术的研究和应用方面，尤其是半固态成形技术的研究还很不成熟。因此，加强半固态成形新工艺的研究，加上镁资源十分丰富的西部地区开发，中国在镁合金的开发与应用方面将有着广阔的发展前景。相信通过材料工作者对半固态镁合金成形工艺改善、新型合金开发及组织形态改变，都可以使镁合金的性能有较大的提高，使镁合金在21世纪的应用越来越广泛。
五、结束语
镁及其合金是目前密度最轻的金属结构材料，也是 世纪最有发展前景的金属之一。
全球已投入大量的人力、物力和财力对镁及镁合金的基础研究和应用研究进行了系统深入工作，研制开发出了不少新型的镁合金、新型的加工设备和加工工艺技术、新产品和新材料，为镁材在汽车、航天航空、电子电器、邮电通讯、纺织、印刷、光仪及电子计算机制造等工业部门的广泛应用创造了有利条件，可以预料，镁工业和镁合金加工技术将获得飞速发展。
我国的镁资源非常丰富，原镁产量也居世界前列，但镁合金及其加工技术的研制开发工作刚刚起步，大大影响了镁材的应用。因此，今后应加大开发力度，充分发挥镁工业大国的作用。
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