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研究生文獻閱讀報告學 院：機械工程學院專業(yè)方向：高強度鎂合金姓 名：指導教師：20122013學年 下學期評 分 ： 年 月 日高強度鎂合金發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢 第1章 緒論11 鎂的特性1.1.1 鎂的物理化學性質(zhì)性質(zhì)【1】 1】鎂屬于元素周期表上的IIA（第二主族）族堿土金屬元素。具有銀白色光澤，略有延展性。鎂的密度小，離子化傾向大。在空氣中，鎂的表面會生成一層很薄的氧化膜，使空氣很難與它反應。鎂和醇、水反應能夠生成氫氣。粉末或帶狀的鎂在空氣中燃燒時會發(fā)出強烈的白光。在氮氣中進行高溫加熱，鎂會生成氮化鎂（Mg3N2）；鎂也可以和鹵素發(fā)生強烈反應；鎂也能直接與硫化合。鎂的檢測可以用EDTA滴定法分析。鎂具有比較強的還原性，能與沸水反應放出氫氣，燃燒時能產(chǎn)生眩目的白光，鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發(fā)生作用，也不受苛性堿侵蝕，但極易溶解于有機和無機酸中，鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合，包括烴、醛、醇、酚、胺、脂和大多數(shù)油類在內(nèi)的有機化學藥品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。但和鹵代烴在無水的條件下反應卻較為劇烈（生成格氏試劑）鎂能和二氧化碳發(fā)生燃燒反應，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。鎂由于能和N2和O2反應，所以鎂在空氣中燃燒時，劇烈燃燒發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡，浮在醋液面上，逐漸消失。一些煙花和照明彈里都含有鎂粉，就是利用了鎂在空氣中燃燒能發(fā)出耀眼的白光的性質(zhì)。1.1.2 鎂的力學性能鑄造狀態(tài)的鎂的力學性能較低，常溫下其抗拉強度為80110MPa，伸長率為6%8%，彈性模量為45GPa，泊松系數(shù)為0.33。1.2 鎂綠色材料1.2.1 豐富的鎂資源全球鎂資源十分豐富，鎂在地殼中的含量為2.35%，總儲量估計為100億t以上。海水中的鎂含量為0.14%，全世界海水中的含鎂量估計為61013kt。主要的含鎂礦物有：菱鎂礦（MgCO3），白云石（MgCO3CaCO3），光鹵石（MgCl2KCl6H2O），水氯鎂石（MgCl26H2O）和蛇紋石（3MgO2SiO22H2O）等。世界上所利用的鎂鹽礦物原料主要是菱鎂礦和白云石，其次為海水苦鹵、鹽湖鹵水及地下鹵水。我國是世界上鎂資源最為豐富的國家之一，鎂資源礦石類型全，分布廣，總儲量占世界的22.5%，居世界第一：菱鎂礦儲量居世界首位，已探明菱鎂礦儲量34億噸，占世界菱鎂礦總儲量的28.3%；原鎂產(chǎn)量居于世界第一位，占世界總產(chǎn)量的70%多。我國含鎂白云石礦豐富，白云石資源遍及我國各省區(qū)，特別是山西、寧夏、河南、吉林、青海、貴州等省區(qū)，現(xiàn)已探明儲量40億噸以上；我國4大鹽湖區(qū)鎂鹽礦產(chǎn)資源的遠景儲量達數(shù)十億噸其中，柴達木盆地內(nèi)大小不等的33個鹵水湖、半干涸鹽湖和干涸鹽湖，蘊藏著儲量占全國第一位的鎂鹽資源；我國海域水中的鎂合金達到0.13。1.2.2 性能特點2-9 （1）鎂合金密度小但強度高、剛性好。在現(xiàn)有工程用金屬中，鎂的密度最小，是鋼的1/5，鋅的1/4，鋁的2/3。普通鑄造鎂合金和鑄造鋁合金的剛度相同，因而其比強度明顯高于鋁合金。鎂合金的剛度隨厚度的增加而成立方比增加，故而鎂合金制造剛性好的性能對整體構(gòu)件的設計十分有利。（2）鎂合金的韌性好、減震性強。鎂合金在受外力作用時，易產(chǎn)生較大的變形。但當受沖擊載荷時，吸收的能量是鋁的1.5倍，因此，很適合應于受沖擊的零件車輪；鎂合金有很高的阻尼容量，是避免由于振動、噪音而引起工人疲勞等場合的理想材料。（3）鎂合金的熱容量低、凝固速度快、壓鑄性能好。鎂合金是良好的壓鑄材料，它具有很好的流動性和快速凝固率，能生產(chǎn)表面精細、棱角清晰的零件，并能防止過量收縮以保證尺寸公差。由于鎂合金熱容量低，與生產(chǎn)同樣的鋁合金鑄件相比，其生產(chǎn)效率高40%50%，且鑄件尺寸穩(wěn)定，精度高，表面光潔度好。（4）鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性。鎂合金是所有常用金屬中較容易加工的材料。加工時可采用較高的切削速度和廉價的切削刀具，工具消耗低。而且不需要磨削和拋光，用切削液就可以得到十分光潔的表面。（5）鎂資源豐富，價格廉美。如前所述，世界鎂資源豐富且隨著科技的日益發(fā)展，原鎂的成本也快速下降，價格也不斷降低。綜上所述，鎂資源豐富，鎂合金有其獨特的性能優(yōu)勢，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料并且易回收，因此，鎂被譽為“21世紀的綠色工程材料”。第2章 鎂合金的發(fā)展概況2.1 鎂及鎂合金發(fā)展簡史【10-12】 10-12】1808年,科學家戴維以汞為陰極電解氧化鎂,在人類歷史上第一次制取了金屬鎂。19世紀30年代,法拉第第一次通過電解氯化鎂得到了金屬鎂。第一次世界大戰(zhàn)開始之前,法國、德國、英國和加拿大都實現(xiàn)了鎂的工業(yè)生產(chǎn),但產(chǎn)量有限,大約年產(chǎn)量幾百噸,主要用于軍事方面。 19世紀80年代,才由德國首先建立工業(yè)規(guī)模上的電解槽,電解無水光鹵石生產(chǎn)氯化鎂,從此開創(chuàng)了電解法煉鎂的工業(yè)化時代。后經(jīng)不斷在工藝和設備方面的改進,直到目前世界上采用的就是這種電解法。 電解法煉鎂的原理是在高溫下電解熔融的無水氯化鎂,使之分解成金屬鎂和氯氣。高溫情況下水對熔鹽性質(zhì)的影響是致命的,因此,高純度的無水氯化鎂是電解法制鎂關鍵所在。依據(jù)所用原料及處理原料的方法不同,電解法煉鎂又可細分為以下幾種具體的方法:道烏法、氧化鎂氯化法、光鹵石法、AMC法、諾斯克法。 電解法因為其生產(chǎn)工藝先進,能耗較低的優(yōu)點,是一種極具發(fā)展前景的煉鎂方法。目前,發(fā)達國家80%以上的金屬鎂是通過電解法生產(chǎn)。 由于金屬鎂的需求越來越大,電解法生產(chǎn)金屬不能夠滿足鎂的需求,因此催生了金屬鎂的熱還原法冶煉。第二次世界大戰(zhàn)期間,熱還原法生產(chǎn)鎂的技術(shù)迅速發(fā)展起來。 使用硅作為還原劑還原氧化鎂實現(xiàn)于1924年,但此時還未應用于工業(yè)生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)期間,意大利科學家發(fā)明了在真空高溫爐內(nèi)用硅鐵還有白云石生產(chǎn)鎂的工藝;同期,奧地利科學家發(fā)明了用碳直接還原氧化鎂來生產(chǎn)鎂的亨氏格技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)以后,這些工藝用于工業(yè)化生產(chǎn)。 1941年加拿大教授L.M.皮江在渥太華建立了一個以硅鐵還原煅燒白云石煉鎂的試驗工廠,獲得了成功。1942年加拿大在安大略省的哈雷建成世界上第一座皮江法生產(chǎn)的硅熱法廠(年產(chǎn)量5000t),并取得成功成為煉鎂的第二大方法。為了紀念這位科學家的卓越成就,特命名為“皮江法”;又由于用硅鐵作還原劑高溫煉鎂,故又稱為“硅熱法”。皮江法經(jīng)過不斷改進,成為熱還原法中使用最廣泛的方法,也是目前世界上生產(chǎn)鎂的主要方法之一。 皮江法煉鎂的實質(zhì)是在高溫和真空條件下,有氧化鈣存在時,通過硅(或鋁)還原氧化鎂生成鎂蒸氣,與反應生成的固體硅酸二鈣(2CaOSiO2)相互分離,并經(jīng)冷凝得到結(jié)晶鎂。該工藝過程可分為白云石煅燒、原料制備、還原和精煉四個階段。2.2 國內(nèi)外鎂合金發(fā)展現(xiàn)狀【13-16】 13-16】近年來,北美、歐洲和日本等發(fā)達國家相繼加大了對鎂合金開發(fā)與應用研究的投入。鎂合金應用和研究重點開始從宇航和兵工等領域擴展到民用高附加值產(chǎn)業(yè)(如汽車、電腦、通信和家電等) 。特別是由于節(jié)能和環(huán)境保護的要求,汽車將成為鎂合金應用的重要領域。據(jù)報道9 ,使用鎂合金結(jié)構(gòu)件每輛汽車有減重150kg 的潛力,圍繞鎂合金材料的開發(fā),爭奪國際商業(yè)市場的競爭日趨激烈。為此,美國、德國、澳大利亞、日本等國都相繼出臺了各自的鎂研究計劃 。例如,美國的Rheo2molding 項目重點是研究鎂合金件生產(chǎn)新工藝,并取得了一系列成果; 德國1997 年由聯(lián)邦政府出資2500 萬馬克的MADICA (Magnesium Die Casting)鎂合金研究開發(fā)計劃,主要研究壓鑄鎂合金工藝、快速原型化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、連接技術(shù)和半固態(tài)成形工藝,并將鎂合金應用于諸如汽車、計算機、航空航天等領域,從而提高德國在鎂合金應用方面的能力。1995 年“澳大利亞鎂研究與發(fā)展計劃”(簡稱AMRDP) 的協(xié)作研究項目由昆士蘭金屬公司、聯(lián)邦政府和昆士蘭州政府聯(lián)合實施旨在發(fā)展鎂金屬制品的工業(yè)技術(shù)。目前, 世界各國正在加大鎂及鎂合金的生產(chǎn)。1999 年世界鎂的消耗在40 萬噸左右,預期在2005 年以前將達到55 萬噸。鎂合金公司(MAC) 正在剛果投資5. 14 億美元,建成一家世界上最大的年產(chǎn)6 萬噸的壓鑄鎂合金廠,并計劃于2003 年建成投產(chǎn)。澳大利亞目前有9 個鎂項目正在研究和發(fā)展建設中。另外,以色利、日本、德國、英國、荷蘭、俄羅斯等國家也已完成建新廠或正在擴大已有工廠的生產(chǎn)能力。為了降低轎車自重以減少汽油消耗,提高轎車的使用性能,各大汽車公司對鎂合金在汽車中的應用研究投入了極大的熱情 ,紛紛積極投資鎂合金冶煉基地,確保原材料的供應。世界頭號汽車公司美國通用汽車公司與世界上第二大鎂業(yè)公司挪威Norsk Hydro 鎂業(yè)公司達成協(xié)議,就增加鎂合金在汽車上的應用進行期合作,Norsk Hydro 鎂業(yè)公司將穩(wěn)定地長期向通用汽車公司提供所需鎂合金和鎂合金零部件。鎂合金在電子器件中應用的增長就更快,日本松下、NEC、SON Y以及歐洲、美國、臺灣等著名公司已經(jīng)用鎂合金制造便攜式電腦、手提電話、攝錄像機殼體,顯示出了極強的竟爭力 。我國目前在鎂工業(yè)方面擁有三項“世界冠軍”。第一是鎂資源大國,儲量居世界首位。在青海鹽湖蘊藏著氯化鎂32 億噸,硫酸鎂16 億噸。在遼寧、山西、寧夏、內(nèi)蒙、河南等省區(qū)菱鎂礦均有很大儲量,僅遼寧大石橋一帶的儲量就占世界菱鎂礦的60 %以上,礦石品位高達40 %。第二是原鎂生產(chǎn)大國,2003 年我國共生產(chǎn)原鎂3514 萬噸,約占全球總產(chǎn)量的67 %。第三是出口大國,年產(chǎn)量80 %以上的鎂出口到國際市場。盡管如此,我國的鎂工業(yè)還存在著不少問題,主要表現(xiàn)在:1) 原鎂生產(chǎn)技術(shù)比較落后,質(zhì)量不夠穩(wěn)定,鎂錠中的夾雜物和有害元素含量大大超標,難以滿足壓鑄、板材軋制和沖壓等高端產(chǎn)品的生產(chǎn)需求;2) 出口產(chǎn)品絕大多數(shù)是廉價的純鎂錠,鎂合金出口比重只有15 %左右,鎂合金制品出口則更是微乎其微,因此出口利低效益差,而對于軍工生產(chǎn)所需求的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進口;3) 原創(chuàng)性的研究成果缺乏,目前出口的所有鎂合金錠幾乎全部按照國外的牌號生產(chǎn),而且在鎂合金產(chǎn)品加工中的關鍵技術(shù)和裝備大部分依靠進口。中國鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)和應用現(xiàn)狀是,鎂合金的優(yōu)勢已經(jīng)被許多企業(yè)所認識,在汽車、摩托車和3C 產(chǎn)業(yè)中鎂合金已經(jīng)開始獲得應用,用戶汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海爾等,例如,一汽鑄造有限公司AM50 鎂合金方向盤骨架;鎂合金壓鑄迅速增長,臺灣、香港和大陸投資的鎂壓鑄廠分布在幾乎全國各地,各種壓鑄機數(shù)量超過50 臺;變形鎂合金加工開始起步。2000 年3 月,科技部啟動了“鎂合金開發(fā)應用及產(chǎn)業(yè)化”的前期戰(zhàn)略研究,并于2001 年8 月正式通過項目論證,將該項目列為“十五”國家科技攻關重大項目,國家投入經(jīng)費4000 余萬,全國共21 個省市區(qū)的4 個研究院所、7 所高校、20 多家企業(yè)直接參與了項目實施,最終目標是充分發(fā)揮我國的鎂資源優(yōu)勢,通過技術(shù)集成創(chuàng)新和機制與體制創(chuàng)新,加強鎂合金應用開發(fā),建立具有國際競爭力的鎂合金高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群,將鎂資優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。在“863”計劃中,開展了耐熱鎂合金、變形鎂合金、高強高韌鎂合金及其應用技術(shù)研究。2.3 鎂合金存在的問題及其發(fā)展趨勢【17-21】 17-21】 鎂合金面臨的問題： （1）易燃性，鎂元素與氧元素具有極大的親和力，其在高溫下甚至還處于固態(tài)的情況下，就很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應，放出大量熱，且生成的氧化鎂導熱性能不好，熱量不能及時發(fā)散，繼而促進了氧化反應的進一步進行，形成了惡性循環(huán)，而且氧化鎂疏松多孔，不能有效阻隔空氣中氧的侵入。（2）室溫塑性差，鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其在室溫下只有1個滑移面和3個滑移系，因此它的塑性變形主要依賴于滑移與孿生的協(xié)調(diào)動作，但鎂晶體中的滑移僅發(fā)生在滑移面與拉力方向相傾斜的某些晶體內(nèi)，因而滑移的過程將會受到極大地限制，而且在這種取向下孿生很難發(fā)生，所以晶體很快就會出現(xiàn)脆性斷裂。在溫度超過250時，鎂晶體中的附加滑移面開始起作用，塑性變形能力變強。（3）耐蝕性差，鎂具有很高的化學活潑性，其平衡電位很低，與不同類金屬接觸時易發(fā)生電偶腐蝕，并充當陽極作用。在室溫下，鎂表面與空氣中的氧發(fā)生反應，形成氧化鎂薄膜，但由于氧化鎂薄膜比較疏松，其致密系數(shù)僅為0.79，即鎂氧化后生成氧化鎂的體積縮小， 因此耐蝕性很差。（4）絕對強度偏低，尤其是高溫強度和高溫抗蠕變性能較差。鎂合金的發(fā)展趨勢： （1）耐熱鎂合金，耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一,當溫度升高時,它的強度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關鍵零件(如發(fā)動機零件) 材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應用。美國、日本、加拿大、以色列等國家均將耐熱鎂合金的研究開發(fā)作為重要的突破方向 ,其目標是在不大幅度提高成本的前提下,提高鎂合金150 - 250 下的高溫強度和蠕變性能,同時,具有良好壓鑄性能和耐蝕性。目前最廣泛應用的商業(yè)化AZ(Mg - Al - Zn)系、AM(Mg - Al - Mn) 系Mg - Al 基鎂合金的高溫蠕變性能較差,溫度高于150 后的拉伸強度迅速降低。為改善Mg - Al 基鎂合金的高溫性能,可以通過加入合金元素改善析出相的特性(晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)及熱穩(wěn)定性) 來提高其耐熱性能。RE 比Si 能更有效地增大Mg - Al 合金的蠕變強度,Mg - Al - RE 系的AE42 、AE41 鎂合金具有比AS 系鎂合金更高的蠕變強度,可以應用于壓鑄【18】 18】。（2）耐蝕鎂合金，嚴格限制鎂合金中的Fe 、Cu、Ni 等雜質(zhì)元素的含量、控制Fe/ Mn 比,得到的高純鎂合金具有很好的耐蝕性,例如，高純AZ91HP 鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C 的100 倍,超過了壓鑄鋁合金A380 ,比低碳鋼還好得多鎂合金在熔煉澆注過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實踐證明,熔劑保護法和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等氣體保護法是行之有效的阻燃方法,但它們在應用中會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染、降低合金性能并加大設備投資。（3）阻燃鎂合金，鎂合金在熔煉澆注過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實踐證明,熔劑保護法和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等氣體保護法是行之有效的阻燃方法,但它們在應用中會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染降低合金性能并加大設備投資。 （4） 高強度鎂合金，日本東北大學金屬材料研究所開發(fā)出了具有高強度、高延展性、耐熱、質(zhì)輕的鎂合金。這種鎂合金的強度至少是以往鎂合金的2. 5 倍,是目前世界上強度最高的鎂合金。這種鎂合金是在急速冷卻條件下將鎂、鋅和釔的金屬粉末按一定比例混合,用高壓擠壓而成,其中鎂、鋅、釔的原子數(shù)比例為9712 。這一構(gòu)成使新的鎂合金既具有高強度又富有延展性,在橫截面積為1mm2 的新型鎂合金絲上掛600kg 的重物也不會變形,其耐熱強度是目前鎂合金的2 倍以上,同時也特別易于加工。另外,經(jīng)過精煉加工后,還可把鎂從該合金中再單獨分離出來,非常利于循環(huán)利用。預計這種鎂合金除廣泛用于家電產(chǎn)品外,還將在機器人、人造衛(wèi)星等要求材料既輕又結(jié)實的領域發(fā)揮巨大威力。 （5）變形鎂合金，雖然目前鑄造鎂合金產(chǎn)品用量大于變形鎂合金,但經(jīng)變形的鎂合金材料可獲得更高的強度,更好的延展性及更多樣化的力學性能,可以滿足不同場合結(jié)構(gòu)件的使用要求。因此,開發(fā)變形合金,是其未來更長遠的發(fā)展趨勢。新型變形鎂合金及其成型工藝的開發(fā),已受到國內(nèi)外材料工作者的高度重視。美國成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品,如通過擠壓和熱處理后的ZK60 高強變形鎂合金,其強度及斷裂韌性可相當于時效狀態(tài)的A17075 或A17475 合金,而采用快速凝固(RS) + 粉末冶金( PM) + 熱擠壓工藝開發(fā)的Mg - Al - Zn 系EA55RS 變形鎂合金,成為迄今報道的性能最佳的鎂合金,其性能不但大大超過常規(guī)鎂合金,比強度甚至超過7075 鋁合金,且具有超塑性(300 ,436 %) ,腐蝕速率與2024 - T6 鋁合金相當,還可同時加人Si 、C、P 等增強相,成為先進鎂合金材料的典范。日本1999 年開發(fā)出超高強度的IMMg - Y系變形鎂合金材料,以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國開發(fā)出Mg - AI - B 擠壓鎂合金,用于Magnox 核反應堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優(yōu)良力學性能和耐蝕性能的變形鎂合金,法國和俄羅斯開發(fā)了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料。第3章 高強度鎂合金發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的問題3.1 高強度鎂合金加工方法、發(fā)展現(xiàn)狀及成果（1）添加稀土元素強化鎂合金在鎂合金中, 稀土元素具有提高合金高溫強度及抗高溫蠕變性能和改善鑄造性能的作用, 因而從上世紀70 年代就開始了添加稀土元素強化鎂合金的廣泛研究和應用。如20 世紀70 年代, Pet terson G 提出在M g2A l 合金中加RE, 得到了較好的效果。后來,DOW 化學公司開發(fā)了實用的A E42 合金。90 年代，有研究指出, 在M g2A l 合金中加入1% 左右的RE會形成含RE 的化合物, 如A l14RE,A l11RE3或A l2RE相, 而沒有發(fā)現(xiàn)M g2RE 相或M g2RE2A l 相化合物, 說明在RE 加入量較少時, 稀土與鎂難以結(jié)合生成化合物, 但由于RE 與A l 結(jié)合生成RE2A l 化合物, 減少了A l 形成低熔點相M g17A l12 的數(shù)量, 有利于提高M g2A l2RE 合金的蠕變性能因此具有很高的熱穩(wěn)定性。又如U n swo rthWm 等對M g28%Zn21. 5%RE鑄態(tài)組織進行的研究結(jié)果表明, 含RE 的M g2Zn 合金中會產(chǎn)生高稀土含量的M g2Zn2RE 三元相。M g2Zn2RE 合金具有明顯的時效硬化特點, 且在20 h 后才出現(xiàn)硬度峰值, 說明RE 具有推遲過時效作用。再如有人在M g28%L i 合金中分別加入1%2% 的L a、Ce、N d, 經(jīng)過一定的均勻化處理后, 組織中的A相細化, 并產(chǎn)生M g17L a2、M g17Ce2 (或M g12Ce) 及M g3N d 等稀土鎂化合物。由于這些化合物具有較高的硬度, 因此使合金的硬度及強度提高。加RE 還可以提高M g2L i 合金的再結(jié)晶溫度, 并促進M g2L i 合金的時效硬化。由于資源和成本的原因, 目前主要以稀土Ce 或稀土Y 或富Ce 混合稀土的形式加入鎂合金。稀土Ce 在M g2A l 系合金中, 首先與A l 形成化合物A l11Ce3, 且分布于A2M g 晶界處。A l11Ce3 熔點為1200, 在A2M g 中的最大固溶度僅為0. 5% , 因而它是一種耐高溫的穩(wěn)定相; 同時由于消耗了一定的A l而減少了高溫軟化B相(A l12M g17 ) 的生成量, 隨著Ce的加入量增加, B相在晶界的連續(xù)性逐步減弱并有?；内厔?。而Ce 在M g2RE 系合金中則以共晶相M g12Ce 存在, 其共晶點為560, 且該相也為高溫硬化相, 同樣分布于A2M g 晶界處; 它們在晶界處不僅能阻止晶粒長大, 而且還阻止了高溫下晶界遷移和減小擴散性蠕變變形。通過上述兩方面的作用, 明顯地提高了鎂合金的高溫強度及其高溫穩(wěn)定性, 并隨著Ce含量的增加, 鎂合金的高溫性能也進一步增加, 當Ce含量達到0. 8% 時, 高溫性能達到最佳狀態(tài), 其使用溫度可達到250。稀土元素Y 與鎂一樣, 同樣具有密排六方晶體結(jié)構(gòu), 原子半徑相近, Y 在鎂基固溶體中具有12. 0% 的固溶度; 在室溫條件下,M g 與Y 以M g24Y5 高溫強化共晶相化合物形式彌散分布于A2M g 晶內(nèi)和晶界處。所以M g2Y 合金具有很顯著的時效硬化特性, 時效溫度一般在200左右16 , 時效過程分為B B B(M g24Y5 ) 三個時期17, 18 。一方面,M g24Y5 分布在A2M g 晶內(nèi), 可以彌散強化基體; 另一方面,M g24Y5 分布于晶界, 可以阻止晶界滑移, 強化晶界, 進而能有效地提高合金的高溫強度和抗高溫蠕變性能。近年來, Y對鎂合金的有利作用越來越受到人們的重視, 并將M g2Y 系合金視為很有發(fā)展?jié)摿Φ囊活惸透邷睾辖稹Ｆ渌南⊥猎剡€包括L a、P r、N d、Gd、Dy 等, 同樣也被應用于鎂合金之中。其中N d 的作用尤為優(yōu)良, 由于其最大固溶度為3. 6% , 遠大于Ce 的固溶度1. 6% , 以M g12N d 高溫穩(wěn)定共晶相存在, 所以其表現(xiàn)與Ce 不盡相同, 它不僅能提高鎂合金的高溫強度, 而且還能提高室溫強度。由于上述原因, 人們又開發(fā)出了一些多元的稀土鎂合金如:M g2Y2N d2Zr 合金, 室溫度和抗高溫蠕變性都比其它鎂合金高些, 使用溫度可達300。稀土Gd、Dy 的原子半徑與鎂的更為接近, 所以它們在鎂中的固溶度更大, 分別為23. 5% 和25. 8% , 且隨溫度的降低而降低, 具有比Y 更高的時效硬化特性, 其中尤以Gd 為甚。而L a 的作用最弱。由于稀土資源的原因, 對大部分稀土元素還缺乏廣泛的研究和應用。我國盛產(chǎn)富Ce 和富P r 的混合稀土, 對它們予以開發(fā)應用是我國鎂合金發(fā)展的主要方向之一【21-22】 21-22】。（2）鎂基復合材料，以鎂合金為基材來制作復合材料所選增強體通常要求物理化學相容性好且避免增強體和基體合金之間界面的不利反應。增強體的不同, 其界面反應所起的作用也不同, 例如A l2O 3 會與M g 發(fā)生置換反應生成M gO 化合物, 降低界面的潤濕性和結(jié)合力, 所以鎂基復合材料中較少采用A l2O 3 短纖維、晶須或顆粒作為增強體。目前鎂基復合材料所采用的增強體主要為SiC、B4C、ZrO 2 或石墨的纖維、晶須、顆粒等。增強體在鎂合金中的存在, 增加了材料內(nèi)部的界面面積, 加強了晶界的強化作用且細化了A2M g 基體晶粒; 由于增強體與鎂基體的熱膨脹系數(shù)相差較大, 在復合材料的冷卻過程中, 界面處及近界面處將存在熱錯配殘余應力, 引起基體的塑性流變, 產(chǎn)生高密度位錯, 起到位錯強化的作用。通過以上的強化機理, 鎂基復合材料便能比鎂合金具有更高的室溫強度、硬度、彈性模量和抗磨性。據(jù)文獻報道: 通過擠壓鑄造制備的含SiC 晶須(體積分數(shù)為20% ) 的SiCwAZ91D 鎂基復合材料, 經(jīng)過4102 h 的固溶處理, 然后在170進行5 h 的時效處理, 其室溫抗拉強度達到了392M Pa。許多研究者研究了SiC 與鎂合金基體之間的界面反應, 在復合材料的制造過程及高溫固溶處理(50012 h) 中都沒有發(fā)現(xiàn)任何不利的界面化學反應。由此可見,SiC 晶須或顆粒是鎂基復合材料合適的增強體。但是到目前, 鎂基復合材料的高溫強度并未得到顯著提高。研究發(fā)現(xiàn)B4C 與純鎂不反應, 但B4C 顆粒表面的玻璃態(tài)B2O 3 與M g 能夠發(fā)生界面反應可使液態(tài)M g對B4C 顆粒的潤濕性增加, 所以這種反應不但不降低界面結(jié)合強度, 反而可使復合材料具有優(yōu)異的力學性能。近幾年有研究表明: 將納米級的SiC、ZrO 2 顆粒加入到鎂合金中, 能通過彌散強化作用明顯提高復合材料的室溫和高溫強度, 如: 含有體積分數(shù)為3% 的平均粒徑為14 nm 的SiC鎂基復合材料, 在100時的抗拉強度為180M Pa, 室溫抗拉強度為320M Pa。由上可見, 現(xiàn)有的鎂基復合材料的強度雖有明顯提高, 但其結(jié)果仍不盡人意, 究其原因是基體材料的強度太低。如果基體材料的力學性能能夠得到一定的提高, 再附以復合強化手段,那么就有希望研發(fā)出高強度的鎂基復合材料【23-24】 23-24】。（3）RS PM 高強度鎂合金快速凝固粉末冶金(RS PM ) 法是近十年發(fā)展起來的材料制備新工藝, 包括快速凝固制備粉末和粉末固化成形兩部分, 其中快速凝固制粉技術(shù)是鎂合金晶粒細化的關鍵。由于快速凝固制粉設備能提供非?？斓睦鋮s速度, 進而能得到極細的甚至是超細的晶粒, 一方面大幅度地增加了晶界的面積, 另一方面, 還可以使分布于晶界處的B相或其它強化相, 尤其是含稀土的耐高溫強化相能更加彌散地分布于A2M g 基體上, 明顯地加強了細晶強化、晶界強化和彌散沉淀強化的作用。因此, 通過快速凝固粉末冶金法可以制得高強度高塑性的鎂合金。日本的和村能人等就曾利用該工藝方法, 研制出了高強度納米結(jié)晶M g97Zn1Y2 (原子數(shù))RS PM 鎂合金。該合金以A2M g 相為基, 在晶界處分布有少許的M g24Y5 化合物, 其平均晶粒半徑為100nm 200 nm , 室溫抗拉強度高達610M Pa, 伸長率為5%【25-30】 。3.2 高強度鎂合金的發(fā)展方向【31-39】 31-39】（1）改變合金元素，在鎂中加入合金元素,無論是固溶,還是形成金屬間化合物,都可以提高強度。不同的合金元素,由于其在鎂中溶解度和所形成的化合物不同,強化作用也不同。開發(fā)新型高強度鎂合金,對合金元素進行可能的適當組合,使之具有高的強度和良好的綜合性能。（2）提高合金純潔度，通常認為,鎂合金耐腐蝕性不佳。重金屬夾雜(Fe、Cu、Ni) 含量較低的高純合金,其耐蝕性和強度相對提高。如高純AZ91E 合金(相對腐蝕速度為20 %)在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C 的100 倍,超過了壓鑄鋁合金A380 (相對腐蝕速度為30 %) ,大大優(yōu)于低碳鋼(相對腐蝕速度為100 %) 。對鎂合金進行氬氣底吹和過濾復合凈化處理,可以有效清除鎂熔體中的夾雜物和氣體,提高鎂合金強度。（3）改進鑄造成型工藝，鎂合金的半固態(tài)成型工藝能產(chǎn)生細小的微觀結(jié)構(gòu),減少微觀收縮,使合金具有較高的方向性。對鎂合金鑄錠進行后續(xù)的變形處理也可以細化其晶粒組織,從而提高其力學性能。（4）基礎研究，微觀偏析、晶粒細化、亞穩(wěn)相和準晶強化等一系列基礎問題是超高強度鎂合金研究工作的重點。3.3 關于鎂及高強度鎂合金的看法【40-41】 40-41】通過閱讀文獻，我認為對高強度鎂合金的研究開發(fā)是切實可行的, 但是由于資源、成本和在新材料領域的基礎理論研究的滯后等原因, 鎂合金的發(fā)展到了緊迫且關鍵的時候了。我認為, 今后應在以下方面加大研究力度：(1) 我國富藏稀土資源, 如四川出產(chǎn)富P r 稀土,且P r 的作用優(yōu)于Ce。所以加強對P r 的研究應用進程, 將對我國鎂合金的發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟的繁榮起著推波助瀾的作用。(2) 目前在世界范圍內(nèi), 對非平衡轉(zhuǎn)變新工藝的基礎理論研究均不深刻, 出現(xiàn)了一些新現(xiàn)象、新問題。此缺憾嚴重地阻止了鎂合金的快速發(fā)展。因此基礎理論研究尤其是對非平衡轉(zhuǎn)變的研究仍將是鎂合金研究領域中的重中之重。(3) 鎂基復合材料是復合強化材料家族中的新成員, 雖然已取得了一定的成果, 但關于適用于鎂合金的增強體及其界面理論的研究和開發(fā)仍存在一定的局限性, 尤其是鎂基復合材料的高溫強度低成了發(fā)展的主要障礙?？傊? 鎂基復合材料還需要持續(xù)的、更全面的、更深入的理論性研究。參考文獻1 丁文江.鎂合金科學與技術(shù).北京：科學出版社，2007.2余琨,黎文獻,王日初,等. 變形鎂合金的研究、開發(fā)及應用J . 中國有色金屬學報,2003 ,13 (2) :277 -288.3 曾小勤,王渠東,呂宜振,等. 鎂合金應用新進展J . 鑄造,1998(12) :50 - 53.4 呂宜振,翟春泉,王渠東,等. 壓鑄鎂合金的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J 鑄,1998(12) :50 - 53.5 中國科學院. 輕合金技術(shù)新進展 R . 北京:科學出版社,2002.6 王渠東,呂宜振,曾小勤. 稀土在鑄造鎂合金中的應用J . 特種鑄造及有色合金,1999 (1) :40 44.7 朱建國鎂合金的開發(fā)與應用稀土學報，2002(1)8 師昌緒，李恒德，王淀佐，等.加速我國金屬鎂工業(yè)發(fā)展的建議.材料導報，2001,15:5-6.9 王渠東，丁文江.鎂合金會研究開發(fā)與展望.世界有色金屬，2004，（7）：8-11.薩維茨基M;張寶琪;孫志群稀土金屬學 197510 朱建國鎂合金的開發(fā)與應用 2002(01)11 張丁非.彭建.丁培道.潘復生鎂及鎂合金的資源、應用及其發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-材料導報2004,18(4)12 吉澤升.李德鋒.孫榮濱鎂合金壓鑄技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-輕合金加工技術(shù)2001,29(12)13 陳曉.傅高升.錢匡武鑄造鎂合金的研究與發(fā)展現(xiàn)狀期刊論文-鑄造技2004,25(11)14 Avedesian M M ,Baker H eds. 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