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<p>电话：62782361</p>
<p>镁合金及其应用</p>
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<p>镁的英文名称为Magnesium，它的命名取自希腊文，原意是“美格尼西亚”，因为在希腊的美格尼西亚城附近当时盛产一种名叫苦土的镁矿（就是氧化镁），古罗马人把这种矿物称为“美格尼西·阿尔巴（magnesia alba）”，“alba”的意思是“白色的”，即“白色的美格尼西亚”。我国则根据这个词的第一音节音译成镁。镁的元素符号为Mg。</p>
<p>引言：镁的发现和命名</p>
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<p>目录</p>
<p>1 镁资源及原镁生产</p>
<p>2 镁合金的成分、组织和性能</p>
<p>3 镁合金强化处理</p>
<p>4 镁合金铸造</p>
<p>5 镁合金的塑性成形</p>
<p>6 镁合金的连接</p>
<p>7 镁合金的腐蚀及表面防护处理</p>
<p>8 废镁的回收及镁合金的安全生产</p>
<p>9 镁合金的应用</p>
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<p>1 镁资源及原镁生产</p>
<p>1.1 概述</p>
<p> 自19世纪末，由于人类文明的快速进步，金属材料的消耗与日俱增，某些金属矿产逐渐枯竭。而镁是地球上储量最丰富的元素之一，广泛存在于白云石、盐湖和海洋之中，可谓取之不尽，用之不竭。</p>
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<p>1.2 镁资源</p>
<p> 镁在地壳中的储量极其丰富，储量为2.77%，在地壳表层储量居第6位。最主要的镁资源是海水。</p>
<p>图1-1</p>
<p>表1-1</p>
<hr>
<p>■世界菱镁矿储量和分布</p>
<p> 菱镁矿（MgCO3）是最具工业价值的镁矿石之一。</p>
<p>表1-2</p>
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<p>■中国的镁资源</p>
<p> 我国是世界上镁资源最丰富的国家，储量居世界首位，已探明的菱镁矿石保有储量30.09亿吨，约占世界探明储量的1/4。</p>
<p>表1-3</p>
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<p>白云石（MgCO3·CaCO3）也是具工业价值的镁矿石之一，其资源遍及全国各省市，已探明储量在40亿吨以上。</p>
<p>表1-4</p>
<hr>
<p>1.3 镁的性质</p>
<p>■元素特征</p>
<p>元素符号：Mg</p>
<p>原子序数：12</p>
<p>自由原子中各轨道电子状态：1s22s22p63s2</p>
<p>相对原子质量：24.3050</p>
<p>原子体积：14.0cm3/mol</p>
<p>■品质特征</p>
<p>密度：1.738g/cm3(20℃), 1.65g/cm3(650℃), 1.58g/cm3(液态)</p>
<p>凝固体积变化：体积收缩为4.2%</p>
<p>冷却体积变化：从650℃冷却到 20℃体积收缩约为5%</p>
<hr>
<p>■晶体结构</p>
<p> 在大气压下，纯镁的晶体结构是密排六方。</p>
<p>图1-2</p>
<hr>
<p>金属镁具有接近完美的密排结构，室温下所测c/a=1.6236与理想密排六方结构的理论预测值c/a=1.633非常接近。</p>
<p>纯镁的晶格常数随温度变化</p>
<p>表1-5</p>
<p>图1-3</p>
<hr>
<p>■热·性能</p>
<p>熔点：标准大气压下，650℃±1℃。</p>
<p>沸点：标准大气压下，1090℃。</p>
<p>热膨胀：纯镁在较低温度下的热膨胀系数见下表</p>
<p>表1-7</p>
<p>热导率：在低、中温区，热导率在149～5700W/(m·k)之间。</p>
<p>燃点：在空气中加热，金属镁在632 ～635℃开始燃烧。</p>
<hr>
<p>■力学性能</p>
<p>拉伸性能和硬度：</p>
<hr>

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<p>弹性模量(E)：金属镁在20℃下的弹性模量与纯度有关。</p>
<table>
<tr><td></td><td>纯度</td><td></td></tr>
</table>
<p> | 99.98% | 99.80%</p>
<p>静态弹性模量 | 40GPa | 43GPa</p>
<p>动态弹性模量 | 44GPa | 45GPa</p>
<p>泊松比：0.35</p>
<p>蠕变断裂值：蠕变行为及温度对蠕变行为的影响见下图。</p>
<p>图1-10</p>
<hr>
<p>1.4 原镁生产方法</p>
<p> 镁冶金的发展过程大体经历了金属还原镁的化合物，熔盐电解和热还原三个阶段。</p>
<p> 镁冶金的现代方法主要分为两种：一是电解法；二是硅热法。</p>
<p> 电解法炼镁可分为电解熔融氯化镁和电解溶于熔盐中的氧化镁。电解法又依氯化镁的制得方法不同分为四种：道乌法（DOW）、阿码克斯法（Amax）、诺斯克法（Norsk Hydro）和氧化镁氯化法。</p>
<p> 硅热还原法分为皮江法（Pidgeon）、波皮扎诺法（Bolzano）和玛格尼特法（Magnetherm）三种。</p>
<hr>
<p>■各种炼镁方法的比较</p>
<p>表1-14</p>
<hr>
<p>2 镁合金的成分、组织和性能</p>
<p>2.1 概述</p>
<p> 工业用镁的纯度可达99.9%，但是纯镁不能用做结构材料。在纯镁中加入Al、Zn、Li、Mn、Zr和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。</p>
<p> 镁的发展经历了三个高峰期，第一个在20世纪20年代至30年代晚期，第二个在20世纪50年代，第三个从20世纪90年代至今。</p>
<hr>
<p>2.2 镁合金成分对性能的影响</p>
<p>■镁合金化的特点</p>
<p>①晶体结构因素：根据Hume-Rothery Rules，镉（Cd）在高温（＞253℃）下，能与镁形成无限固溶体。</p>
<p>②原子尺寸因素：溶质和溶剂原子大小的相对差值在15%以内才能形成无限固溶体。</p>
<p>图2-1</p>
<hr>
<p>③电负性：Darken-Gurry理论认为，电负性差值大于0.4的元素不易形成固溶体。镁形成Laves（AB2）型结构化合物，其稳定性可用熔点来表示。如下图所示，Mg-Al合金耐高温性能较差，而Mg-Si耐高温性能较好。</p>
<p>表2-1</p>
<p>④原子价因素：溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。与低价元素相比，较高价元素在镁中溶解度较大。</p>
<hr>
<p>■镁合金成分和牌号</p>
<p> 采用美国实验材料协会（ASTM）的标记发法。镁合金的牌号由三部分组成：头两个字母为主要合金元素代号（见下图），中间两个数字表示主要合金元素的名义质量分数，最后一个后缀字母（A、B、C、D、E等）是指成分和特定范围纯度的变化。例如：AZ91E。</p>
<p>表2-2</p>
<hr>
<p>■镁合金的分类及热处理</p>
<p>镁合金的分类方式有三种：</p>
<p>①化学成分：主要合金元素Mn, Al，Zn，Zr和稀土为基础，组成基本合金系。</p>
<p>②成形工艺：铸造镁合金和变形镁合金。</p>
<p>图2-2</p>
<p>③是否含锆：含Zr合金和不含Zr合金。</p>
<hr>
<p>国外在工业中应用较广泛的是压铸镁合金，主要有以下4个系列：AZ，AM，AS和AE系列。我国铸造镁合金主要有ZK，Mg-Zn-Zr-RE和AZ系列。变形镁合金有Mg-Mn，AZ和ZK系列。</p>
<p>表2-3</p>
<hr>
<p>常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见下表。</p>
<p>表2-4</p>
<p>表2-5</p>
<hr>
<p>镁合金热处理采用与铝同样的系统标示。常用的回火有：T4——固溶处理，T5——人工时效，T6——固溶处理后人工时效。</p>
<p>■合金元素对组织和性能的影响</p>
<p> 加入不同的合金元素，可以改变镁合金共晶化合物或第二相的组成、结构以及形态和分布，可能得到性能完全不同的镁合金。</p>
<p>图2-3</p>
<hr>
<p>表2-6</p>
<hr>

<hr>
<p>2.3 铸造镁合金组织和性能</p>
<p> 镁合金的铸造方法有多种，包括重力铸造和压力铸造。通常所说的压铸（Die Casting）是指高压铸造。</p>

<p>2.3.1 Mg-Al系合金组织</p>
<p> Mg-Al系铸造合金的平衡状态组织如下图。</p>
<p>图2-4 改</p>
<hr>
<p>■Mg-Al-Zn合金</p>
<p> 按组织可以分为两种类型，典型的合金分别为：AZ92和AZ63。</p>
<p>图2-6</p>
<hr>
<p>由于凝固过程中出现的晶内偏析，导致Al和Mg的含量在材料内分布不均，从而影响了材料的耐蚀性和力学性能。力学性能随着Al含量的增加而提高。</p>
<p>图2-5</p>
<hr>
<p>■Mg-Al-Mn合金</p>
<p> 典型组织除了α相和β相以外，还有含Mn的中间相。随含Mn量的高低可能是：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或Al5Mn8。</p>
<p>图2-7</p>
<hr>
<p>图 2-8</p>
<p>上图中，具有规则几何形状的白色相为AlMn，可以看出其有明显的偏聚趋势。AZ61中的AlMn粒子可能是由于在镁合金的冶炼过程中，为除去有害元素Fe而有意加入Mn元素所致。</p>
<hr>
<p>■Mg-Al-RE合金</p>
<p> Mg-Al-RE合金（如AE21、AE41）的典型组织为α相、β相和中间相Al4MM（MM指混合稀土）。合金中不存在三元Mg-Al-RE相，这是因为RE优先与Al结合。</p>

<p>■Mg-Al-Si合金</p>
<p> AS系典型的合金为AS41和AS21，组织特征是在晶界处形成细小弥散分布的稳定析出相Mg2Si。AS系镁合金的耐热性能较好，适用于较高温度（150℃）下强度高的部件。</p>

<p>■Mg-Al-Ca合金</p>
<p> Mg-Al-Ca合金组织特征是存在Al2Ca和Mg2Ca化合物。此类合金具有较高的耐热性和阻燃性，但是腐蚀性能有所降低。</p>
<hr>
<p>2.3.2 Mg-Zn系合金</p>
<p>Mg-Zn phase diagram</p>
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<p>■Mg-Zn-MM（混合稀土）合金</p>

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<p>各位师傅觉得这个方案怎么样？有更好的做法吗？</p>