镁合金

镁合金（ magnesium alloys ），以镁(Mg)为基加入其他元素组成的合金。现有工程用金属材料中，镁合金密度最小，通常为1.75～1.85克/厘米3，为铝的64%、钢的23%，比强度和比刚度高。因此，采用镁合金可减轻机器结构的重量，从而提高效率，降低能耗，增大发动机功率及运输机械的载重量和速度。镁合金的阻尼容量高，减振性强，适用于制造承受冲击载荷和振动的零件，如轮毂和传送带轮等。镁合金在汽油、煤、油、润滑油中很稳定且不与苛性碱液起作用，但在潮湿空气及水（尤其是海水）中化学性不稳定。所以，使用时镁合金需经化学氧化及涂漆等表面处理。近期发展并应用的高纯度镁合金则具有高的耐腐蚀性能，其耐腐蚀性能比铝锌镁系压铸铝合金好得多。

镁合金主要合金元素有铝、锌、锰、稀土（混合稀土、钕、钇等）、钍、锆、银等。锆是强烈晶粒细化元素，除含铝和个别含锰的变形合金外，所有镁合金均含有少量锆。杂质元素主要有铁、硅、铜、镍等。

种类

镁合金主要用铸造工艺成型，也可用塑性加工成材。按化学成分、性能和用途主要可分为以下4类。①镁铝锌系合金。工作温度不超过125℃，铸造性能良好，可铸造大型复杂或薄壁零件。变型合金的塑性加工性能也较好。近期发展并应用的高纯铸造合金有极低的铁、镍等杂质含量，具有与铝硅系合金同等的耐腐蚀性能。②镁锌锆系合金。重要的高强度合金。其中包括含稀土或钍的合金。含3%稀土的合金经氢化处理后，具有320兆帕的强度。③镁稀土锆系合金。具有良好的高温性能，可在250℃下长期应用；镁钕合金既是高温合金又是高强度合金。镁钇合金和镁钍合金的工作温度可达300～350℃。④新发展的合金。同时含有钇和钕的合金。因兼有优良的室温和高温性能以及与铝合金同等的耐蚀性，可用来取代镁钍合金。由于镁合金能湿润各种纤维和颗粒而正在发展各种镁基复合材料。

性能

镁合金的物理性能和力学性能因化学成分、成型工艺和热处理状态而变化（表1、表2）。

表1　镁合金的物理性能

密度 (g/cm3)	熔化范围 (℃)	熔化潜热 (kJ/kg)	比热 [J/(kg·K)]	热膨胀系数 K−1	弹性模量 (GPa)	电阻率 (nΩ·m)
1.75～1.85	445～650	250～273	960～1 050	26.5～28.5	44	50～170

表2　镁合金的力学性能

拉伸强度 (MPa)	屈服极限 (MPa)	延伸率 (%)	硬度HB (MPa)	剪切强度 (MPa)	疲劳强度 2×107 (MPa)
150～350	75～250	1～15	500～800	125～180	70～120

生产工艺

镁合金大都采用电阻、燃料加热的坩埚炉熔炼。坩埚用低碳钢板焊接而成。熔融金属表面用熔剂覆盖或采用保护气氛以防金属液氧化燃烧。铝、锌、稀土、银等以纯金属加入，钕、锰和锆以中间合金加入。为了降低液态合金的氧化性，常加入微量的铍（不超过0.002%）。含铝合金为了细化晶粒组织、改善力学性能，需进行变质处理，变质剂有菱镁矿、六氯乙烷等。含锆的镁合金采用锆对合金进行细化晶粒（变质）处理，因此无须进行上述变质处理。所有合金均需用熔剂精炼以清除混入合金中的非金属夹杂物。

铸造时除采用砂型外，根据各种合金的特性和零件要求，还可采用金属型、压铸、壳型、石膏型、树脂冷凝砂以及低压铸造等工艺。变形镁合金可将铸锭在加热状态下用轧制、挤压、锻造等工艺制成棒材、型材、板材、锻件等。

铸件固溶热处理温度超过400℃，故必须在二氧化硫、二氧化碳或六氟化硫等气体保护下进行。淬火一般可在空气或人工气流中冷却。铸件缺陷的焊补通常采用氩弧焊。为了消除内应力和恢复被改变了的力学性能，焊后需进行热处理。零件表面处理采用化学氧化和喷漆。

镁合金的切削性能极为优良，不需磨削和抛光，不用切削液即可得到光洁表面。

应用

镁合金能铸出外形和内腔形状极为复杂的零件。由于其在汽油、燃油、润滑油中很稳定，因此特别适于制造各类发动机附件机匣、润滑油和燃油系统的零件。飞机上用它做座舱盖骨架、机轮、框、梁、肋等。此外，铸造镁合金在汽车、摩托车、电子、电影机械、林业和采矿机械和某些日用品等方面的应用也有很大发展，以减轻产品的重量和提高其性能。