高導熱鎂合金材料
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-25
高導熱鎂合金材料的實例教程
鎂鋁合金在各種條件下的腐蝕行為
1 大氣腐蝕
在大氣環境下，鎂的腐蝕過程主要為氧的去極化過程，具體腐蝕程度主要受到大氣中濕度以及各種污染物含量的影響。通常來說，空氣的濕度大小對鎂鋁合金的腐蝕程度影響不明顯，只有在大氣中存在其它腐蝕性污染物時，空氣濕度大小對鎂鋁合金的腐蝕作用才會體現出來。如果大氣中基本上沒有任何腐蝕性物質，則無論空氣濕度有多高，鎂鋁合金腐蝕行為也會表現得非常微弱。而當大氣中含油大量腐蝕性污染物時，鎂鋁合金表面的腐蝕速度就會迅速增加。鎂鋁合金作為材料如果在工業大氣和海洋大氣環境中進行工作時，其耐腐蝕性能較差。而在干燥清潔的空氣環境中，鎂的表面的養護膜能夠形成較強的保護作用，使鎂鋁合金的腐蝕非常微弱。
2 在各種介質中的腐蝕
在大部分有機酸、無機酸以及中性介質溶液中，鎂鋁合金的耐腐蝕性表現較差，而當去除鎂鋁合金表面氧化膜的情況下，即使是蒸餾水也會導致鎂鋁合金的腐蝕速度加快。但是當鎂鋁合金處于鉻酸溶液中時，其表面會形成一定鈍化膜，使其具有較好的穩定性和耐腐蝕性能。
展開 [導讀] 鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強度高、減震降噪要求的工程結構部件和有一定強度要求的殼體類零件。中國作為鎂資源大國，如何利用鎂資源的優勢正受到越來越多國內有識之士的關注。隨著鎂合金及其相關技術的發展，鎂合金在中國各個領域的應用也得到了進一步的推廣。下面分別介紹中國在新型鎂合金開發和加工工藝（液態成型、固態成型和半固態成型三個方面）的研究進展。
鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，具有很好的比強度、比剛度等性能，特別適合制造有重量輕、強度高、減震降噪要求的工程結構部件和有一定強度要求的殼體類零件。中國作為鎂資源大國，如何利用鎂資源的優勢正受到越來越多國內有識之士的關注。隨著鎂合金及其相關技術的發展，鎂合金在中國各個領域的應用也得到了進一步的推廣。下面分別介紹中國在新型鎂合金開發和加工工藝（液態成型、固態成型和半固態成型三個方面）的研究進展。
一、新型鎂合金的開發
由于交通工具輕量化的推動，世界各國都展開了對鎂合金的研究，尋找一種可以滿足要求的新型合金，是各國科技工作者的一個共同目標，在這方面中國科技人員也進行了大量的研究工作。限制鎂合金發展的一個主要原因是鎂合金的高溫性能——抗蠕變能力和高溫疲勞性能較差，因此新材料的研發主要是針對這一問題進行的，概括的說主要包括兩個方面：一是對現有合金的優化，主要是針對現有的商業鎂合金，特別是對Mg-Al系合金進行改性，通過添加合金元素以期改善合金的高溫性能；二是新合金系的開發，主要是指新型Mg-RE系合金的研發。
1.
展開 鎂合金材料熱處理質量的檢測
（1）硬度試驗
硬度試驗具有速度快、操作簡單、可以在熱處理工件上直接進行而無需專門制備試樣等優點。其中最常用的是布氏和洛氏硬度試驗，但是對于薄截面鎂合金工件，有時也采用洛氏表面硬度試驗。晶粒較大、硬度較低的鎂合金宜采用布氏硬度計測定硬度，以獲得最佳試驗結果。鎂合金的強度通常隨硬度的增加而提高，然而由于與硬度對應的強度指標很分散，因此不能用硬度計算強度，所測得的硬度值僅僅作為評定鎂合金熱處理質量的參考。
（2）拉伸試驗
拉伸試驗能更準確地衡量鎂合金的熱處理質量，但是試驗時需要專門拉伸試樣。雖然鎂合金鑄件經過機加工后得到的試樣更能代表鑄件的真實性能，但是一般采用單獨鑄造后不經機加工的試樣。通常按照ASTM標準進行試驗，以保證試驗結果的一致性。
（3）顯微組織檢查
熱處理態鎂合金制成金相試樣后檢查顯微組織，并與標準的組織照片比較，可以衡量鎂合金的熱處理質量。檢查內容主要包括：鑄造合金中的粗大化合物、鑄造合金經過不適當固溶處理后的孔隙和熔孔、鑄造和變形合金的晶粒度，以及擠壓、鍛造或軋制合金中的粗大化合物。
顯示鎂合金金相顯微組織所用的浸蝕劑見下表。
鎂合金材料熱處理缺陷分析
鎂合金熱處理時容易產生的五種常見缺陷是：氧化、過燒、彎曲與變形、晶粒異常長大和性能不均勻。
（1）氧化
如果鎂合金工件進行熱處理時沒有使用保護氣體，則會發生局部氧化甚至在爐火內起火燃燒。通常向熱處理爐內通入（0.5~1.5）Vol.%SO2或（3~5）Vol.%CO2，或含（0.5~1.5）Vol.%SF6的CO2保護氣體，或惰性氣體來避免鎂合金工件的氧化。惰性氣體由于成本過高而較少應用。此外，需要保證爐膛的清潔、干燥和密封。
展開 采用Nd：YAG激光器和CO2激光器對6種鑄造鎂合金和4種擠壓鎂合金進行激光焊接性研究，結果發現對相同成份和不同成份的鎂合金，厚度從2～8mm，均可利用激光焊接，并可得到很窄的焊縫和很大的熔深。
激光焊接鎂合金的缺陷主要為氣孔、熱影響區熱裂紋及凝固裂紋。另外，鎂合金對激光的反射率較大也是鎂合金激光焊中需要注意的問題，這使激光焊接鎂合金熔深較淺。相比而言，電子束焊接得到的熔深最大，且遠超過激光焊接。
3.電子束焊
電子束可以焊透30mm的鎂合金板，熔化區的組織幾乎都是10mm左右的等軸晶。電子束焊接可以避免很多焊接缺陷，如孔洞、咬邊、根部凹陷及較寬的熱影響區等。經過工藝優化，如調整聚焦位置到根部，優化焊接參數等，焊縫的極限抗拉強度可以達到母材83%（有表面應力集中）和96%（無應力集中）。
電子束焊接通常為真空焊接，金屬氣體的揮發對真空室的污染很大。研究發現非真空電子束非常適用于鎂合金的焊接。AZ31變形鎂合金和AM50A以及AZ91D鑄造鎂合金在適當的焊接工藝下均可得到良好的接頭。相對較高的能量密度可以允許焊接速度達到15m/min，這樣熱輸入較小，焊接效率高。通過填絲可以得到無疏松、縮孔和氣孔等缺陷的焊縫，接頭的靜載荷可以與母材相當，接頭的抗腐蝕性能甚至好于母材。高速、高效且可以實現高自動化的非真空電子束焊接為鎂合金的大面積應用提供了新的途徑。
4.電阻點焊
電阻點焊因其成本極低、工藝穩定成為汽車工業中最主要的焊接方法。鎂合金導熱率高、電阻值小，電阻點焊鎂合金時需要在短時間內通很高的電流，使產熱速率遠大于散熱速率。這個性能與鋁合金性能相似，因此能夠焊接鋁合金的點焊設備也能夠焊接鎂合金。電焊機的成本與變壓器次級線圈電流負荷成正比。相同板厚下，電阻點焊鋼所需的電流遠小于鎂合金，因此鎂合金的焊接設備昂貴。
展開 LPBF已成功制備了高致密度且力學性能優良的鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金和鐵基合金等，但是由于鎂粉的高爆炸傾向、鎂的高飽和蒸氣壓和低沸點，采用LPBF制備鎂合金是比較困難的，研究報道相對較少。目前鎂合金的LPBF研究主要針對商業化的鑄造鎂合金牌號（如AZ91D、AZ31B、ZK60和WE43等），但是這些合金牌號不一定適合SLM快速凝固非平衡工藝，因此需要開發SLM專用高性能鎂合金成分。Mg-Gd系鎂稀土合金具有顯著的析出強化效應，是一類廣泛報導的高性能鑄造和變形鎂合金，Mg-Gd系合金中添加Y元素可以進一步提升力學性能同時降低昂貴的Gd元素含量，添加Zn元素可以引入強化相——長周期堆垛有序結構（long period stackingordered, LPSO），Zr元素是Mg-Gd系鎂稀土合金常用的晶粒細化元素。但是采用LPBF制備高強度Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的成型性、打印態到固溶態再到時效態的顯微組織和力學性能的演變還沒有其他研究者報道，有必要進行深入研究。此外，采用LPBF制備高性能Mg-Gd系鎂稀土合金有利于發揮中國的鎂與稀土資源優勢。
上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心的彭立明教授和吳玉娟副研究員（通訊作者）團隊以Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.4Zr(GWZ1031K, wt.%)為研究對象，系統地表征了粉末、打印態、LPBF-T5態、LPBF-T4態和 LPBF-T6態的顯微組織和力學性能。LPBF-T6態的屈服強度、抗拉強度和延伸率分別為316 ± 5 MPa，400 ± 7 MPa和2.2 ± 0.3%。
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