哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）
摘要
由于AZ31镁合金是密排六方晶体结构，滑移系少，室温下塑性较差，目前人们主要通过细化晶粒来提高其强度和塑性。开发新的高性能镁合金系列是目前研究的主要趋势，但对现有镁合金系统进行适当的工艺处理也可能成为改善材料性能的廉价而有效的方式。
由于低温塑性变形过程中容易导致裂纹的产生，加之镁合金塑性较差，因此有关镁合金在低温情况下变形的研究很少。为此，本文研究了室温下AZ31镁合金线材的拉拔工艺，并获得了超过60%的最大累积冷变形程度。之后对不同冷变形程度的线材进行了不同工艺的再结晶退火处理。采用金相显微镜（OM）对各种退火线材进行了微观组织观察，截线法测定了其晶粒尺寸，获得了退火工艺与再结晶晶粒尺寸的关系。采用Instron5567对不同工艺下的线材进行了室温拉伸试验，测定了其力学性能。
关键词: 镁合金，冷拉拔，再结晶退火，显微组织，力学性能
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Abstract
Because of the hexagonal closed packed (HCP) crystal structure and lack of enough slip systems, AZ31 magnesium alloy possesses poor formability at room temperature. Grain refinement is known to be an effective method to improve the poor mechanical properties in recent years. Now, the important fields about magnesium alloy are to explore some new magnesium w ith high properties. But appropriate processing treatment with magnesium is probably to be an effective and low-cost method of improving their properties.
Crack can easily appears at low temperatures, which leads to poor properties of magnesium, thus research on magnesium at low temperatures is very few. In this paper, study on cold drawing at room temperature and annealing process at various temperatures of AZ31 magnesium alloy were carried out. Effects of annealing process on grain refinement of AZ31 magnesium alloy were analyzed in this paper. Tension test was applied on various-processed AZ31 Mg alloy wires using Instron5567 tension machine.
Keywords：AZ31 magnesium alloys, cold drawing, annealing, microstructure, mechanical properties.
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目录
摘要.......................................................................................................................I Abstract............................................................................................................... II 第1章绪论. (5)
1.1 设计的目的及意义 (5)
1.2 论文综述 (5)
1.2.1 引言 (5)
1.2.2 稀土的特性 (6)
1.2.3 稀土在变形镁合金中的应用 (7)
1.2.4 塑性变形强化镁合金（挤压） (7)
1.3实验内容、技术要求（研究方法） (9)
1.4 设计进度安排 (10)
1.5 本章总结 (10)
第2章实验材料及试验方法 (11)
2.1 实验材料 (11)
2.2 试验及检测设备 (11)
2.2.1 热处理实验 (11)
2.2.2 力学拉伸实验 (11)
2.2.3 实验及检测设备 (12)
2.2.4 金相观察 (12)
2.3 本章总结 (12)
第3章挤压态MB26镁合金热处理组织及性能研究 (13)
3.1 热处理实验方案制定 (13)
3.2 不同热处理试样常温力学性能实验 (14)
3.3 不同热处理条件下MB26镁合金组织分析 (15)
3.3.1 铸态组织与原始挤压态组织对比 (15)
3.3.2 固溶处理后组织及性能分析 (16)
3.3.3 固溶+时效处理后组织及性能分析 (18)
3.3.4 时效处理后组织及性能分析 (20)
3.4 锻件时效组织及性能研究 (24)
3.5 本章总结 (26)
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第4章结论 (27)
致谢 (29)
参考文献 (30)
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第1章绪论
1.1设计的目的及意义
高强韧稀土镁合金是目前镁合金研究热点，但挤压工艺对于高强韧稀土镁合金的组织和性能的影响以及稀土镁合金在挤压工艺过程中的相变等问题研究较少，本课题主要针对挤压过程对稀土镁合金的组织演化和机械性能的影响而展开，获得高强度镁合金。
1.2论文综述
1.2.1引言
随着世界各国对能源消耗和环境保护的要求越来越严格，汽车等燃油交通运输工具的轻量化已成为必然趋势。因此，镁合金以其低密度和高的力学性能等特点而越来越受到关注。但是,与目前已经获得广泛应用的钢铁和铝合金材料相比,镁合金的室温及高温力学性能仍较低,开发和应用程度还远远不够。镁合金虽然具有诸如较低密度、高的比强度和比刚度，好的抗磁性、高的电负性和导热性，但是由于其在常温下强度较低，且随着环境温度的升高其强度大幅度下降。目前普通镁合金强度偏低、耐热耐蚀等性能较差仍然是制约镁合金大规模应用的瓶颈问题。而稀土元素具有独特的核外电子排布，在冶金、材料领域中有其独特的作用。它可以净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性能等，被誉为“工业味精”。近年来采用添加不同的稀土元素和针对材料性能的不同要求开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等稀土镁合金，稀土作为主要的合金元素或者微合金元素在镁合金研究领域发挥越来越重要的作用。
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1.2.2稀土的特性
稀土元素位于元素周期表第三副族,其结构特点是原子的最外层电子结构相同,都是2个电子,次外层电子结构相似,倒数第三层4f 轨道上的电子数从0～14 各不相同。稀土原子半径大,极易失掉外层两个S电子和次外层5d一个电子或4f 层一个电子而成3价离子,某些稀土元素也能呈2价或4价态,具有很高的化学活性,与O、S等元素有较强的结合力。稀土在镁合金中的合金成分设计主要体现在以下几个方面：
（1）稀土元素与镁合金均为密排六方结构，因而稀土元素在镁合金中具有较大的溶解度，几乎所有的稀土元素均对α-Mg基体有较好的固溶强化作用。
（2）大部分稀土元素的原子半径与镁合金的原子半径之差在±15%范围内，如图1所示。大部分稀土元素可在镁合金中形成无限固溶体。稀土元素可增强镁合金原子间结合力，减少原子扩散速度。
图1 稀土原子半径与镁原子半径比较
（3）根据Darken-Gurry理论，溶质元素与溶剂元素的电负性之差大于0.4时，不易形成固溶体，而大部分稀土元素与镁的电负性之差均在小于0.4，易于形成固溶体。
（4）原子价相差越大，则溶质在溶剂中的溶解度越小。
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1.2.3稀土在变形镁合金中的应用
变形镁合金因组织细密、成分均匀、强度和延伸率高而具有更大的开发应用潜力,但是,受到加工能力差的影响,其开发程度还很不够。目前,国内外已经开发出来的变形镁合金数量不多,得到应用的更是只有AZ31和ZK60等几个品种,变形温度均在300℃以上,并且强度水平有限,屈服强度和抗拉强度一般分别低于200MPa和300MPa ,国产最好的变形镁合金经热处理强化后其强度也只能达到360MPa左右,使用温度多在200℃以下。现有的变形镁合金尚不能满足对镁合金高性能的要求，因此开发更好性能的变形镁合金适应产品零件设计和加工要求是当下要解决的主要问题。近年来，随着对稀土镁合金研究的重视，越来越多的学者开始认识到在镁合金中添加稀土元素可以大幅度的提高镁合金的强度、耐热和抗蠕变性能。
目前我国主要的几个稀土变形镁合金均是在Mg-Mn和Mg-Zn系变形镁合金基础上通过添加稀土元素而研发的，主要有MB8、MB18、MB21、MB22、MB25、MB26。MB26为在Mg-Zn 系变形镁合金MB15 的基础上添加富钇混合稀土开发出来的高强度变形镁合金,它较MB15具有更好的超塑性变形能力,最大延伸率达到1450%以上,流变应力仅为11MPa ,而且最佳超塑性温度提高了100K左右。MB26锻件的抗拉强度为360Mpa，屈服强度为300 Mpa，延伸率10%以上。国内主要的稀土变形镁合金主要是以稀土为微量元素加入，以期改变合金凝固组织结构及相成分、提高室温和高温力学性能或改善变形加工能力等目的,并已取得了一些可喜的成果。
1.2.4塑性变形强化镁合金（挤压）
挤压速度、挤压温度和挤压比是镁合金挤压工艺的重要工艺参数,通过控制这些工艺参数可以获得理想的组织性能和生产率。镁合金挤压工艺的最大问题在于挤压速度,它极大地影响了镁合金挤压制品的价格。挤压加工不同于其他加工方法，其变形过程在近似封闭的工具内进行，材料在变形过程
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中承受很高的静水压力，有利于消除铸锭中的气孔、疏松和缩孔等缺陷，提高材料的可成形性，使材料在一次成形过程中能承受较大的变形量，从而改善产品的性能。尽管现在人们已成功的制备出了很多规格型号的镁合金挤压产品，包括不同型号的板、管、棒、型材。但目前国内外对镁合金挤压变形工艺的研究还处于起步阶段。从文献来看，目前的工作主要集中在实验研究，系统的理论报道较少。制定合理的挤压工艺是镁合金挤压变形研究的重要内容。
大连理工大学的李峰等对挤压后的AZ91镁合金进行T5处理后其室温抗拉轻度、屈服强度、延伸率分别为390Mpa、340 Mpa和9%，即便在200℃下，其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为250℃、190℃和24%。其原因为：挤压后得到等轴的动态再结晶细小的晶粒组织，在经过T5处理后，沉淀强化起主要作用。T. Homma,N. Kunito and S. Kamado 对锭坯进行热挤压和时效处理，获得高强度的Mg–1.8Gd–1.8Y–0.7Zn–0.2Zr合金，结果表明：该合金室温抗拉强度为542MPa，延伸率为8.0%，屈服强度为473MPa.高的强度主要是由于时效和动态沉淀过程中细小的沉淀相在动态再结晶晶粒的晶界上析出，阻碍了位错等的运动。同时这些析出相也也增强了压缩强度，改善了镁合金的屈服对称性。C.M.Zhang,X.Hui 采用新的合金设计成分，研制出的Mg90(Cu0.667Y0.333)10?x Zn x(x=6)合金具有较高的压缩强度，最终压缩强度为700MPa，延伸率为11.7%。认为其主要原因为在镁基上有细小的α-Mg树枝状晶核二元共晶相(α-Mg+Cu2Mg+ CuMgZn)的形成。潘国如、王顺成等研究了AZ91 镁合金铸锭以挤压比为25∶1挤压后的组织和性能，结果表明：挤压AZ91 镁合金具有较细的晶粒组织,第二相Mg17Al12被破碎,其分布变得弥散,个别呈流线分布;挤压AZ91 镁合金比铸造AZ91 镁合金的力学性能有较大提高,其屈服强度为210 MPa ,抗拉强度为355 MPa ,伸长率为18 %。第二相Mg17Al12对镁合金的性能具有重要影响。徐春杰,郭学锋等将铸态Mg92. 5Zn6. 4 Y1. 1镁合金往复挤压 2 ,4 ,8 ,12 不同道次,然后分别正挤压制成φ12mm 的棒材，研究表明:铸态Mg92. 5 Zn6. 4 Y1. 1 镁合金往复挤压
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后,组织得到显著细化,力学性能得到大幅度提高,获得了高强韧镁合金。2
道次后,晶粒约5μm ,拉伸强度超过300MPa ,伸长率高达20 %。Mg92. 5 Zn6.
4 Y1. 1镁合金的伸长率大幅度提高归因于在往复挤压过程中,铸态组织中的缩松、缩孔等缺陷闭合和成分偏析非均匀相的分布均匀化,以及晶粒的破碎、
回复和动态再结晶所引起的晶粒细化及材料的流动,最终获得完全致密、细
小而均匀的等轴晶组织。Y. Uematsua, K. Tokaji a, M. Matsumotob研究
了两种挤压后的变形镁合金AZ61和AZ80时效处理之后的性能变化，AZ61
经过T6其抗拉强度分别为294 MPa，AZ80经过T5处理后其抗拉强度为393
MPa，他们的延伸率分别为15%和12%。认为主要原因为在不同的时效处理工
艺析出的沉淀相的密度不同，密度大导致强度升高。P. P′erez , S.
Gonz′alez研究了挤压态镁合金Mg96Ni2Y1RE，发现其在200℃以下均具有较
高的强度，从室温到200℃，屈服强度分别为295 MPa和210 MPa，并且该
合金在高温时具有超塑性性能，最大延伸率可达到720%。S.M. Hea, X.Q.
Zenga研究了一系列的Mg–10Gd–2Y–0.5Zr镁合金，包括铸态，铸态T4、
铸态T6和挤压态T5，探讨了不同工艺状态下的镁合金强化机理，表明热挤
压可以获得较细小的晶粒组织，在铸态T6工艺和挤压T5状态下获得的材料
的抗拉强度屈服强度和延伸率分别为：360Mpa、239MPa和 4.7%和
403Mpa、311Mpa和15.3%。认为不管是那种工艺状态下的合金，沉淀强化是
合金强化的主要原因，热挤压后的晶界强化也起到一定的作用。
1.3实验内容、技术要求（研究方法）（改！！这么写不行）
通过毕业设计，采用金相显微镜分析挤压工艺过程对高强韧稀土镁合金
的组织的演变规律，利用拉伸试验设备分析挤压后稀土镁合金的机械性能，
获得挤压工艺对MB26镁合金组织和性能的影响规律。
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1.4设计进度安排（删）
⒈第一阶段：开题 10月11日—10月22日（2周），10月22日开题
报告；
⒉第二阶段：设计阶段 10月25日—12月10日（7周）；
⒊第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩 12月13日—12月24日
（2周）；
⒋毕业答辩 2010年12月29日～12月30日。
1.5本章总结
本章主要介绍研究课题的内容及意义，同时做好了课题设计的进度安排，为深入的研究做好了充分的准备。
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第2章实验材料及试验方法
2.1实验材料
本文通过室温挤压变形对目前应用最广泛的MB26镁合金进行了较系统的工艺探索，希望通过不同形式的挤压观察稀土镁合金内部组织性能变化。得到综合性能良好的镁合金。实验材料的化学成分和力学性能如表2-1和表2-2。
表2-2 实验用材料力学性能
2.2试验及检测设备
2.2.1热处理实验
利用恒温箱和电阻炉对试样进行时效和固溶热处理，温度精度为正负1℃。具体方法为，加热恒温箱到指定温度，放入热处理试样，当温度再一次稳定在目标温度时，开始计时，实验结束后，取出试样，空冷。
2.2.2力学拉伸实验
试样坯料尺寸为Ф11×115，在Ф100的挤压棒材上用电火花加工沿纵向切取。经热处理后按GB/T 16865-1997加工，如图2-1所示，拉伸段用金相
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砂纸磨光。试验在Instron 5569万能材料试验机上进行，室温拉伸，夹持25mm引伸计，拉伸速率1mm/min。每组取3个工艺参数相同的试样进行试验，结果取其平均值。
图2-1 拉伸试样
2.2.3实验及检测设备
拉拔设备是由一个三相异步电动机组装成的简易设备。电动机由上海跃进电机厂生产，型号Y100L1-4，额定功率 2.2Kw，采用380V交流电源，线圈的额定转速为1.8mm/s，额定转数1440r/min，额定频率50HZ。
用于观察照相金相显微镜的型号为Hitachi-S4700型扫描电子显微镜，及美国FEI扫描电子显微镜进行观察。扫描电子显微镜的加速电压为20KV 2.2.4金相观察
将处理好的式样，用牙托粉镶嵌，经过粗磨、细磨、抛光进行腐蚀，试样浸蚀按GB/T 4296-2004(采用2号浸蚀剂)。用脱脂棉蘸浸蚀剂轻轻擦拭试样15-20s，然后用酒精棉迅速擦净，吹干。金相拍摄在OLYMPUS GX51金相显微镜上进行。
2.3本章总结
本章主要介绍了实验材料及实验设备，为接下来的分析、研究工作提供硬件支持。
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第3章挤压态MB26镁合金热处理组织及性能研究
3.1热处理实验方案制定（太少，加点东西如引言什么的）
表3-1所示的为MB26镁合金热处理实验方案。
表3-1 热处理对比试验方案
MB26镁合金是在MB15镁合金基础上添加富钇稀土元素而成，因此，可以在一定程度上参考MB15的热处理工艺。加入的富钇稀土元素，在Mg-Zn合金中形成高稀土含量的Mg-Zn-RE三元相，具有推迟时效的作用[35]。因此，MB26合金的保温时间应在MB15合金的基础上适当延长。
根据MB15现有资料，确定了MB26镁合金热处理对比试验方案。其中，T6处理中的固溶工艺参数是在对比T4试验结果后确定的，人工时效工艺参数是在对比T5试验结果后确定的。为对比热处理的效果，取一组原始
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挤压态的试样进行同样的拉伸试验和金相观察，此组试样工艺号编为0#[36-38]。
3.2不同热处理试样常温力学性能实验
对经过不同热处理的式样，进行拉伸实验研究，得到的结果表3-2所示。
表3-2 拉伸试验结果
通过拉伸试验测得铸态MB26镁合金室温拉伸强度低于230MPa，而本
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文试验得到的原始挤压态拉伸强度达到332.5MPa ，说明热挤压显著提高了镁合金的强度。
(1)在强度和延伸率上均超过挤压态的只有T5一种热处理状态，最佳处理温度为165℃，较佳保温时间为17h 。
(2)经过固溶处理的状态，强度指标均下降，同时塑性均得到提高。基本规律是：随着固溶温度的提高，强度不断下降，而塑性不断提高。
(3)固溶后所进行的人工时效处理，强化效果并不明显，不如直接人工时效处理，但是塑性有较大改善。
3.3 不同热处理条件下MB26镁合金组织分析
3.3.1 铸态组织与原始挤压态组织对比
对原始铸态和挤压态的镁合金，进行金相组织对比，如图3-1为MB26镁合金铸态和挤压态金相显微组织。由图可见，经过挤压变形后，由原始的铸态组织形貌转变为沿轴向伸长的挤压状纤维组织。热挤压彻底粉碎了MB26合金铸态组织中连续分布的晶界网状共晶相，并使α-Mg 基体的等轴晶粒沿挤压方向拉长；金相中的“亮区”为α-Mg 基体，“暗区”为α-Mg 基体与各种析出相的多相混合区。
a)铸态组织 b)原始挤压态组织
图3-1 铸态与原始挤压态100×组织对比
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由于挤压温度高于350℃，因此在挤压过程中，镁合金已经发生了固溶过程，只是进行不是十分充分，故拉伸试样的延伸率较高。此外，挤压比为9的变形，不仅是晶粒伸长，具有方向性，同时也打碎了原有的粗大晶粒，产生了细小的破碎晶粒，提高了合金的强度。图3-2为合金挤压态高倍金相。从图中可以看到，在原有的铸态晶界处，会有很多细小的晶粒存在，这说明在镁合金挤压过程中发生了动态再结晶。
图3-2 挤压态合金1000×金相组织
3.3.2 固溶处理后组织及性能分析
根据实验方案，进行了四组不同的固溶热处理研究，其力学性能如上文所述，可以看到，从拉伸强度上，经过固溶的式样相对于挤压试样，有明显的下降。但是其延伸率有很大程度的提升，其中510℃保温2小时的式样更是达到了接近25%的延伸率。图3-3为在这种固溶条件下的高倍金相照片。
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图3-3 510℃保温2小时1000×金相照片
从图片中可以看到相比于原始挤压试样，晶内的析出物减少很多，这是通过固溶处理，溶进基体内部造成的，另外，原始挤压试样中处于各个原始铸态晶粒晶界处的细小晶粒，在高温固溶的条件下，一些晶界消失，晶粒迅速长大。这两个原因造成了，在该温度下固溶，拉伸试样的强度下降而延伸率大为提高。
其他四个温度固溶条件下的金相照片如图3-4所示。
a)400℃×8h b)420℃×
4h
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c)420℃×6h d)465℃×3h
图3-4 不同固溶方案下的金相照片
从图3-4显示的照片中可以看到，在400℃进行8小时的固溶，其晶粒有长大的迹象，但是基体内部的第二相强化相没能很好的固溶到基体里，因此该种情况下的式样，力学性能较强，而延伸率相对较小。对比420℃4小时和6小时的金相照片，可以看到，固溶进行到4小时，强化相部分融入基体，细小晶粒开始长大，当到420℃时，第二相溶入更为充分。这也是其力学性能有一定差距的原因。对比420℃6小时与465℃3小时的金相照片，可以发现，两者之间的差别不是很大，从力学拉伸实验上也可以看到这点，两者力学性能也很接近。这主要是由于，温度的提高使得金属活动更为剧烈，因此只需要更短的时间就可以达到相应的效果。
通过分析，为了提高强度还确定用420℃保温6小时和400℃保温8小时的固溶方案作为与后续时效的方案进行T6实验的参数。
3.3.3 固溶+时效处理后组织及性能分析
固溶和时效的实验的研究，选择合适参数，进行了固溶+时效的实验，采用的是400℃8小时和420℃6小时两种固溶方案，而时效采用的是170℃10小时的方案。
图3-5是固溶+人工时效处理的低倍金相，与前文时效和固溶的组织对比可知，T6
态继承了固溶处理所带来的组织形貌，纤维组织被溶断、再结
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晶晶粒长大。对比图3-5中a)、b)，可见降低固溶温度可以使晶粒长大程度得到一定抑制；但纤维组织仍被破坏。MB26镁合金的时效强化效果并不显著，故在T6处理中，强度提高不是很明显。
a)400℃×8h+170℃×10h b)420℃×6h+170℃×10h
图3-5 不同固溶温度的T6态200×金相
通过对不同固溶温度和后续人工时效处理的影响进行对比发现，如图3-6，提高固溶温度，会加速第二相化合物的溶解和再结晶晶粒的长大，这有损合金的强度，但是却增大了组织均匀化程度，会使得在后续的人工时效过程中，有更多数量的弥散质点析出，增强了时效强化效果。但是，组织形态上的改变，仍然使得整体力学性能下降。
a)400℃×8h+170℃×10h b)420℃×6h+170℃×
10h
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图3-6 不同固溶温度的T6态1000×金相
3.3.4 时效处理后组织及性能分析
通过拉伸实验，已经对通过时效会提高材料的强度有一定认识，本论文进行了160℃、165℃、170℃和180℃四组不同温度、不同时间段的时效处理，具体的拉伸强度情况如图3-7所示。
图3-7 时效处理强度随时间变化曲线
从图中可以看到除了在180℃下做的实验没有达到峰值以外，其他三组实验的峰值均在实验所包括的范围以内，而根据经验180℃时效峰值的出现应比其他较低温度下进行的实验更早，因此180℃下的时效峰值，应该在8小时以前，根据其他三组实验推测，180℃的时效强化应该在4-6小时之间出现峰值，且时效强化强度应该在165℃的峰时效之下。因此根据实验数据可以得到，挤压态的MB26镁合金在165℃进行时效，其强度最高，而峰时效应该在17小时左右出现。
通过力学实验，可以初步判定在165℃和170℃下进行时效，得到的拉伸试样强度较高。因此，将针对165℃和170℃下的金相组织进行分析。图
稀土镁合金的研究现状及应用 杨素媛,张丽娟,张堡垒 (北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081) 摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。 关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06 镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。 大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。 1 稀土在镁合金中的作用 1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用 稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。 在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。在镁合金液有较大的溶解度的氢,会导致铸件产生气孔、针孔及缩松等铸造缺陷。在镁合金熔炼过程中加入稀土,稀土元素与水气和镁液中的氢反应,生成高熔点的稀土氢化物和稀土氧化物,比重较轻的稀土氢化物和稀土氧化物上浮成固体渣,从而达到除氢的目的[3]。 镁与氧结合形成稳定的MgO,是镁合金中形成氧化夹杂物的主要原因。夹杂物使合金的力学性能和耐蚀性能降低,且易使合金产生疲劳裂纹等[4]。由于稀土元素与氧的亲和力更大,因此在镁溶液中加入稀土元素,稀土将优先与氧结合而生成稀土氧化物,从而达到去除氧化物夹杂的作用。 1 2 稀土的阻燃作用 由于镁与氧极易发生反应,因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜,致密度系数 Mg<1,疏松多孔,不能有效阻止氧穿透该氧化膜;且MgO的导热系数小,不利于热量的扩散,会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后,与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE2O3,该稀土氧化物的致密度系数 >1,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 第29卷第4期2008年8月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol 29,No 4 August2008 收稿日期:2008 02 22 作者简介:杨素媛(1966 ),女,内蒙古锡林浩特人,硕士,教授,研究方向:金属材料。
稀土镁合金的研究现状 摘要：镁合金是目前最轻的结构金属材料，稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了稀土镁合金的研究现状以及压铸和快速成型稀土镁合金。 关键词：稀土镁合金；压铸；快速成型 Abstract :Magnesium alloys are the most light structure metal materials ,the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced in the paper and pressure casting and rapid prototyping the rare earth magnesium alloys were introduced. Key words: Rare-earth Magnesium Alloys; Pressure Casting; Rapid Prototyping 镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、
阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、良好的铸造性能、易于加工成型、废料容易回收等一系列优点，因此，目前被广泛应用于汽车、电子、航空航天等诸多领域，具有极为广阔的应用前景。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，表现出独特的性质，对0、S和其他非金属元素有较强的亲和力，在冶金过程中可以净化合金熔体、改善合金组织、提高合金室温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。近年来，根据对材料的性能要求而研制开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等镁合金，稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥愈来愈重要的作用[1]。 1稀土在镁中的性质 1.1 稀土镁合金与氢和氧的相互作用 由于镁与氧极易发生反应，因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜，致密度系数αMg<1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透该氧化膜；且MgO的导热系数小，不利于热量的扩散，会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后，与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE203，该稀土氧化物的致密度系数a>1，能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 在镁合金中，已知Mg-Be，Mg-Ca，Mg-Ce-La合金系的氧化速度都比纯镁小，稀土对改善镁合金熔体的氧化性质有益。 氢在镁中有较大的溶解度，比其在铝中高1～2个数量级，在液态镁中，随温度升高，压力增大，氢的溶解度也增大。氢的主要来源是潮湿的气氛，在熔炼过程中与空气中的水反应： Mg(l)+H2O(g) →MgO(s)+2[H] 氢和镁不形成化合物，在镁中呈间隙式固溶体存在，含氢量过高会使镁合金出现显微气孔。稀土对除去镁合金中的氢有明显作用。在加入稀土后，稀土与氢反应生成REH2相； [RE]+2[H] →REH2 同时，稀土与MgO发生反应： 2 [RE]+3MgO →RE2O3+ 3Mg 此反应有较强的驱动力，因此可生成稀土氢化物和氧化物而达到合金溶液除氢的效果。特别对于含锆的镁合金，由于[H]与Zr生成稳定的化合物ZrH2，使锆在镁合金中溶
本技术属于金属表面处理技术领域，涉及一种镁合金外壳表面处理方法、镁合金外壳及移动终端。本技术的镁合金外壳表面处理方法，包括表面清洁、上色和干燥；其中，上色过程中所采用的原料包括显色浆料，所述显色浆料按重量份数包括以下组分：乙二醇丁醚25～40份、丁酮5～15份、乙烯基树脂32～48份、纳米二氧化硅12～24份、金属颜料5～18份和色浆5～15份。本技术可以提升镁合金外壳表面金属质感，安全、环保、无污染，克服了对金属或金属化合物类材料的限制，在较低的成本下能实现高量的生产，能够实现真正意义上的工业批量化生产。 权利要求书 1.一种镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，包括表面清洁、上色和干燥； 其中，上色过程中所采用的原料包括显色浆料，所述显色浆料按重量份数包括以下组分： 乙二醇丁醚25～40份、丁酮5～15份、乙烯基树脂32～48份、纳米二氧化硅12～24份、金属颜料5～18份和色浆5～15份。 2.根据权利要求1所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，所述显色浆料按重量份数包括以下组分：乙二醇丁醚28～38份、丁酮6～12份、乙烯基树脂35～45份、纳米二氧化硅15～20份、金属颜料8～15份和色浆6～12份； 优选地，所述显色浆料按重量份数包括以下组分：乙二醇丁醚30～35份、丁酮8～10份、乙烯基树脂38～42份、纳米二氧化硅18份、金属颜料10份和色浆8～10份。 3.根据权利要求1或2所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，所述金属颜料包括金粉、银粉、珠光粉、银浆、铝粉和金葱粉中的至少一种； 优选地，所述金属颜料包括珠光粉和银浆；
优选地，所述珠光粉和银浆的重量比为1：1。 4.根据权利要求1所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，上色过程中所采用的原料还包括质感浆料； 优选地，上色过程中，先涂装显色浆料，再涂装质感浆料。 5.根据权利要求4所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，所述质感浆料按重量百分比包括以下组分：异丙醇20％～30％、丙二醇甲醚醋酸脂50％～70％和纳米二氧化硅10％～20％； 优选地，所述质感浆料按重量百分比包括以下组分：异丙醇22％～28％、丙二醇甲醚醋酸脂54％～68％和纳米二氧化硅10％～18％； 优选地，所述质感浆料按重量百分比包括以下组分：异丙醇24％～28％、丙二醇甲醚醋酸脂56％～64％和纳米二氧化硅12％～16％。 6.根据权利要求1所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，采用喷涂、辊涂或淋涂的方式对经过表面清洁后的镁合金外壳进行上色，优选采用喷涂的方式； 优选地，喷涂的单层涂膜厚度为6～15μm，优选为8～14μm，进一步优选为10～12μm。 7.根据权利要求1所述的镁合金外壳表面处理方法，其特征在于，所述表面清洁的步骤包括：对镁合金外壳进行脱脂处理、超声波水洗、清水润洗、封口剂浸泡和干燥； 优选地，超声波水洗的温度为20～60℃； 和/或，超声波水洗的时间为1～5min，优选为2～4min； 优选地，封口剂按重量百分比包括以下组分：锆氟化钾20％～40％、钼酸铵5％～15％和水
高性能稀土镁合金及其研究进展 镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。 1.Mg-RE系合金 Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。 除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。最近，Li等通过轧制+时效的方法制备了Mg-14Gd-0.5Zr 合金，其屈服强度、延伸率分别可高达445 MPa、2%。Mg-RE系合金是目前最适合、最有前途的可应用在航空航天或汽车上的镁合金材料，多数单位都将此系列合金的目标性能提高到550Mpa-600Mpa，稳定使用温度在200 o C。晶粒细化、形变强化、沉淀强化是目前稀土镁合金采用的强化手段。目前的研究主要集中在沉淀强化方面。Mg-RE系合金主要的时效析出强 化相为β′′ (DO 19)、β′(cbco)，其中，β′′相的化学成分为Mg 3 RE， β′相的化学成分为Mg15RE3。 β′相与基体具有半共格关系，匹配较好，大量、致密、规则析出的β′相，可有效阻止位错运动，被认为是合金强度提高的主要原因之一。 目前的研究仍有不足，主要表现在以下几个方面：（1）合金中含有大量的稀土，导致合金成本偏高；（2）合金的塑性加工性能偏差，有必要寻找改善合金塑性的新方法、新理论；（3）合金的塑性变形机制研究较少，需大研究稀土溶质原子、晶粒尺寸、晶界类型、织构等对滑移系机制的影响规律。 2.Mg-RE-Zn系合金 Mg-RE-Zn合金是现在研究的一个热点，一方面因为Kawamura于2001年用快速凝固粉/
镁合金压铸件的表面处理 摘要：按照表面成膜过程中有无 外加电压作用，将现有镁合金压铸件的表面处理技术归纳为化学成膜技术和阳极氧化成膜技术二大类。分别介绍了化学成膜技术中的铬化处理、磷化处理、锌置换处理、化学腐蚀处理等4类表面处理技术和阳极氧化成膜技术中的常规阳极氧化、等离子体微弧阳极氧化等2类表面处理技术，同时还简要地介绍了作者新近开发的镁合金压铸件交流等离子体微弧氧化处理技术，论述了上述各种技术的特点，总结了在各种表面处理过程中获得高质量膜层应注意的关键问题，并明确了镁合金压铸件表面处理技术今后的发展方向。 能源危机与环境污染问题的日益突出，使得符合"符合性能优良、可近终形加工、可回收"材料发展方向的镁合金脱颖而出，成为本世纪最受亲睐的一种应用材料。在目前和今后相当长的一段时期内，高效、节能的镁合金压铸件仍将是镁合金的主要应用产品。由于镁的负电性强（-2.36V SCE）,在大气中的耐蚀性极差，所以在使用前必须对镁合金压铸件根据具体要求进行适当的表面处理。在镁合金压铸件的生产成本中，表面处理这部分就占40%左右，因此表面处理对镁合金压铸件的生产和应用至关重要。目前，镁合金压铸件的表面处理研究不尽相同，不象铝合金表面处理那样成熟和规范，这在一定程度上制约了镁合金压铸件的应用，本文拟对现有的镁合金压铸件的表面处理技术进行简要的归纳，并分析其关键技术问题和发展方向。 一〃镁合金压铸件的表面处理技术 镁合金压铸件的表面一般需要依次进行预处理（清理、脱脂、酸洗等）、镀膜、涂装（喷漆、喷塑、镀金属等）等处理，通常所说的镁合金压铸件的表面处理指的是镀膜这道工艺，其主要作用是在压铸件表面形成与油漆、塑料或金属附着性能好的具有耐腐蚀性的保护膜层。目前，在镁合金压铸领域中主要采用的是湿法表面处理方法，也就是，使用处理溶液进行的表面处理方法。现有的表面处理技术不尽相同，我们根据成膜条件，将镁合金压铸件的表面处理技术归纳为化学成膜和阳极氧化成膜二大类，下面分别予以介绍。 表1 铬化处理规范
轻合金技术新进展 铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。 本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。 －、铝合金 1.铝合金的发展 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。 铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝 Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最
镁合金表面处理的研究现状 一.概述 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小、比强度高、刚性好、弹性模量大、消震性好、刚性好、承受冲击载荷能力比铝合金大、刚性好、耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。 但是，镁的应用和研究相对其它金属严重滞后，原因在于其韧性低、高温性能和耐腐蚀性能差，而且加工成形比较困难。与铝、钛能生成自愈钝化膜不同，镁表面生成的氧化膜疏松多孔，不能对基体起有效保护作用，因此，在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中，镁均会遭受严重的化学腐蚀，这极大地阻碍了其广泛应用。通过合金化的方法来改善其性能，特别是期望发现“不锈镁”的努力至今还没有取得进展。所以，镁合金零件在使用前须经过一定的表面改性或涂层处理。目前，电化学镀层、转化膜等工艺技术已经应用于镁合金的防护，气相沉积涂层、涂覆、表面热处理等方法也受到密切关注，高能束熔覆等新技术也被尝试应用于镁合金表面性能的提高。 二.表面处理方法 1.电镀和化学镀技术 镁合金表面镀镍技术分为电镀和化学镀两种。由于镁合金化学活性高，在酸性溶液中易被腐蚀，因此镁合金电沉积技术与铝合金电沉积技术有着显著的差异。目前，镁合金电镀工艺技术有两种工艺：浸锌-电镀工艺和直接化学镀镍工艺。为了防止镁合金基体在酸性溶液中被过度腐蚀，需要在处理前溶液中添加F-(F-与电离生成的Mg2+形成MgF2沉淀，吸附在镁合金基体表面可以防止基体过度腐蚀。 镁合金表面化学镀Ni-P合金是一种很成熟的工艺。通常化学镀方法制备的Ni-P合金层是非晶态的，这层致密的非晶态Ni-P合金层可以有效地防止镁合金基体被腐蚀。结合使用化学镀镍技术和滚镀技术可以在镁合金基体上形成一层晶态的Ni-P合金层。测试表明，该晶态Ni-P合金层中晶体颗粒细小，镀层致密，耐蚀性能也优于传统的非晶态Ni-P合金层。 2.化学氧化技术 镁合金化学氧化处理是指用氧化剂在镁合金表面生成一层薄且致密的氧化膜。覆盖在基体表面的氧化膜比自然形成的氧化镁层更致密，因此，该氧化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能，同时，还能作为镁合金涂装的底层，增大涂层的结合力。 铬酸盐处理虽然具有良好的效果，但是铬酸盐对环境污染大，对人体毒性高。在不久的将来，铬酸盐处理工艺将会被环保、无毒的处理方法如钼酸盐、高锰酸盐和P-Ca复合磷酸盐等处理工艺取代。用钼酸盐氧化法在Mg-8Li合金表面生成一层致密、均匀的氧化膜，然后再用传统的化学镀镍法制备一层结合力好的Ni-P合金层，使基体获得了良好的耐蚀性能。磷酸盐-高锰酸盐处理是一种环保、低成本的化学氧化法，但是该方法有较为明显的缺陷：在用该法处理含铝的镁合金时，氧化反应会优先发生于β-Mg17Al12相，因而不能在整个镁合金基体表面生成均匀、覆盖度高的氧化膜层，这在一定程序上影响了其提高镁合金基体耐蚀性的效果。 一种新型的P-Ca复合磷酸盐处理工艺，它能在镁合金表面形成含有Mg、Al、Ca等元素的复合磷酸盐保护膜。该膜层与基体金属结合牢固，具有类似于铬酸盐膜层的耐蚀性能。
稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 （中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051） 摘要：镁合金具有许多优异的性能，如高比强度、高比刚度等。但它强度不高，高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状，并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词：镁合金；稀土；现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength，high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation
RE对镁合金性能的影响 Effect of rare earth on the pro perties of magnesium alloys 摘要：镁合金因其密度小，比强度及比刚度高且能循环再利用，被誉为21世纪的绿色工程材料。然而镁合金的强度不高，高温蠕变性能及耐热和耐腐蚀性较差，这些缺点极大地限制了镁合金的发展和应用。稀土元素因其与镁元素晶体结构相同，原子半径接近，能够掺于镁合金中，通过形成固溶体和第二相来改善镁合金的性能，从而扩宽了镁合金的应用范围。本文主要结合本课题组的目前工作，研究了当向镁中加入稀土元素后，其高温蠕变性能的增强机理，又研究了当向稀土镁合金中加入适量的Zn,Cu,Ni元素后，其内部形成的长周期堆垛有序结构对镁合金性能的影响，最后做了一些稀土镁合金未来研究和发展展望。 关键词镁合金稀土元素高温抗蠕变性能长周期堆垛有序结构 镁合金因其具有密度小、高比强度、比刚度以及优秀的易回收利用等优于传统金属材料的特性，目前在航空航天、军工特种材料及交通电子等领域有着广阔的应用空间。作为被誉为“21 世纪的绿色工程材料”的镁合金目前却普遍存在合金强度不高( 尤其是高温性能较差) 、耐蚀性及耐热性不佳等问题，对镁合金的广泛应用带来了极大的障碍［1］。 稀土元素作为目前镁合金中的主要合金元素，可以通过其扩散能力提高镁合金的重结晶温度，通过其很好的时效作用以及析出对合金
性能具有显著影响的弥散相，提高镁合金的抗蠕变性能及耐高温强度，稀土元素对镁合金的性能改进是其他元素所无法替代的［2,3］。我国镁和稀土资源极为丰富，稀土镁合金可在解决镁合金的性能缺陷的同时突显我国的资源优势，为镁合金应用领域的拓展起到推动作用。 1 稀土元素在镁合金中的行为 1． 1 稀土元素对镁合金熔体的保护及净化作用 目前镁合金的熔炼保护方法主要以熔剂覆盖保护和SF6 气体保护为主，但无论是哪一种保护方式，依旧会在熔炼过程引入少量的氧元素，进而形成导热系数较小且易破裂的氧化镁膜，导致合金液出现燃烧。将稀土元素加入镁合金之后，稀土元素将形成致密的稀土氧化物膜，阻止氧化镁膜的形成，实现对镁合金熔体的保护［4］。该保护特性在合金熔炼制备难度较高( 如WE43 合金) 的过程中尤为重要。 稀土元素在保护合金熔体不易氧化的同时，还可以对镁合金中的熔炼缺陷进行消除。图1 为AM60B 合金在加入1% ＲE 前后的合金金相组织图片，从图中可以看出，在AM60B 合金中加入稀土元素后，可以显著消除在AM60B 合金中的黑色缺陷( 主要成分为MgO) ，显著减少合金中的氧化物夹杂等缺陷，提高合金品质。此外，稀土元素还可以对镁合金熔体中的氧、氢、铁和硫等杂质进行去除，达到对合金的净化作用。 图1 1． 2 稀土元素对镁合金结构组织的影响
表面工程技术 镁合金表面处理国内外研究应用现状Magnesium alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号： 3110706055 指导教师：张松立
2014 年 6 月 摘要：介绍了国内外镁合金表面处理的最新研究进展，其中包括 化学转化、自组装单分子膜、阳极氧化、电镀与化学镀、液相沉积 与溶胶凝胶涂层、气相沉积、喷涂、激光熔覆合金技术等，并对镁 合金表面处理的发展趋势作了展望。 关键词：镁合金表面处理涂层 引言 镁是金属结构材料中最轻的一种# 纯镁的力学性能很差。但镁合金 因体积质量小、比强度高、加工性能好、电磁屏蔽性好、具有良好 的减振及导电、导热性能而备受关注。镁合金从早期被用于航天航 空工业到目前在汽车材料、光学仪器、电子电信、军工工业等方 面的应用有了很大发展。但是镁的化学稳定性低、电极电位很负、 镁合金的耐磨性、硬度及耐高温性能也较差。在某种程度上又制约 了镁合金材料的广泛应用，因此，如何提高镁合金的强度、硬度、耐磨、耐热及耐腐蚀等综合性能，进行适当的表面强化，已成为当 今材料发展的重要课题。 镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.3g/cm3 ~ 1.9 g/cm3，约为Al 的2/3，Fe 的1/4。镁合金具有比强度高，比刚度高，减震性、导电性、导热性好、电磁屏蔽性和尺寸稳定性好，易回收 等优点。以质轻和综合性能优良而被称为21 世纪最有发展潜力的绿 色材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯等各个领域。 但是镁合金的化学和电化学活性较高，严重制约了镁合金的应用， 采用适当的表面处理能够提高镁合金的耐蚀性。 一、微弧氧化处理 微弧氧化技术又称微等离子体氧化或阳极火花沉积, 实质上是 一种高压的阳极氧化, 是一种新型的金属表面处理技术。该工艺是 在适当的脉冲电参数和电解液条件下, 使阳极表面产生微区等离子 弧光放电现象, 阳极上原有的氧化物瞬间熔化, 同时又受电解液冷 却作用, 进而在金属表面原位生长出陶瓷质氧化膜的过程。与普通 阳极氧化膜相比, 这种膜的空隙率大大降低, 从而使耐蚀性和耐磨 性有了较大提高。目前, 微弧氧化技术主要应用于Al、Mg、Ti 等有 色金属或其合金的表面处理中。镁合金微弧氧化技术所形成的氧化
镁铝合金表面处理简介 Introduce the Surface Processing of the Alloy of Magnesium and Aluminum ?镁铝合金材质特性 ?Characteristic of the alloy of MG and AL 镁是一种非常活泼之元素，相对的其材质本身亦非常易生锈蚀，因此必须仰赖表面处理来保护其本身之材质。 MG is an active element ,it is more rustied than others. So it must depend on surface processing to protect it. ?金属材质表面处理项目 ?Item of mental surface processing 1.铬系皮膜处理与涂装 Phosphating filming and coating of chromium series 2.非铬系皮膜处理与涂装 Phosphating filming and coating of not chromium series 3.电镀镍处理 Electroplated nickel processing 4.电镀铬处理 Electroplated chromium processing 5.电镀18K金处理 Electroplated 18K gold processing 6.阳极处理与染色 Plating and dyeing
镁铝合金表面处理项目之说明与检验方式 Instruction the Surface Processing of the Alloy of Magnesium and Aluminum and check mode 1.铬系皮膜处理Phosphating filming of chromium series a.说明instruction： （1）铬系皮膜处理是目前最为普遍处理之方式亦为最安定、最成熟之处理方式，惟其原料特性具毒性，因此在未来几年内会禁止使用。其流程请参考图表。 Phosphating filming of chromium series is the most universal process manner, also is the most stable and mature. Only does it’s materials have poison , it will be forbid to use. It’s process flow refer to the diagram. （2）注意事项：＜注＞若需要表面涂装时，请务必注意其涂装制程是否有破坏到其表面之皮膜层，因其表面皮膜层最重要的是防止锈蚀，而其最重要的是当作镁合金与涂料之介质使密着性会更好，因此涂装时不能有破坏皮膜之现象发生。 Remarks: If the surface need coating , please be sure to notice if the coating process damage the surface film. Because the surface film the most important is prevent to rusting b.检验方式check manner： （1）电阻值：皮膜表面其电阻值＜0.3Ω，以三用电表检测之。 Resistance value: when resistance value to film surface < 0.3Ω, examined by three-purpose galvanometer. （2）涂装密着性：指皮膜处理后，再涂装、以有格刮刀分割为100格并以3M610胶带测试98%以上，不能有剥落现象。 Coating adhesion: it will not peel off coating again then cut 100 cross with a scraper and check 98% products with 3M610 adhesive tape after phosphating filming. （3）耐蚀性：以盐雾测试机检测皮膜层与涂装层，最基本皮膜层必须超过24小时98%无腐蚀现象，而涂装层则必须超过96小时以上98%无腐蚀现象，才视之为合格。 Corrosion resistance: 2.非铬系皮膜处理与涂装Phosphating filming and coating of not chromium series 其特性与铬系是类似的，除了具有非毒性外其检验方式与处理方式皆与铬系相同，因此请参考铬即可。 The characteristic is similar with chromium series’ ; besides it is poisonous the man ner of inspection and phosphating filming is the same with chromium series’ . so please ref er to chromium . a.说明instruction：
稀土元素在镁合金中的作用及其应用() 稀土元素在镁合金中的作用及其应用(1).txt爱情是艺术，结婚是技术，离婚是算术。这年头女孩们都在争做小“腰”精，谁还稀罕小“腹”婆呀？高职不如高薪，高薪不如高寿，高寿不如高兴。稀土元素在镁合金中的作用及其应用.. 张景怀1,2,唐定骧1,张洪杰1,王立民1,王..军1,孟..健1* (1.中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室,吉林长春130022;2.中国科学院研究 生院,北京100039) 摘要:综述了稀土元素在镁合金中的主要作用和效果,从冶金物理化学角度对稀土元素在镁合金中的作用行为进行了初步分析。结合中国科 学院长春应用化学研究所的初步研究成果介绍了含稀土镁合金Mg..Zn..RE,Mg..Al..RE,Mg..RE等系列的性能及其应用,展示了含稀土镁合金的 优良综合性能,特别是高强、高韧、耐热和抗蠕变性能、耐腐蚀性能,稀土镁合金将成为研制高性能镁合金的重要方向。 关键词:镁合金;力学性能;耐热性;稀土 中图分类号:TG146.2;O614.33....文献标识码:A....文章编号: 0258-7076(2008)05-0659-09
....镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料, 具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点,在航天、军工、电子通讯、交通运输等领域有着巨大的应用市场,特别是在 全球铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下,镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥,镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。面临国际镁金 属材料的高速发展,我国作为镁资源生产和出口 大国,对镁合金开展深入研究和应用前期开发工 作意义重大。然而目前普通镁合金强度偏低、耐热耐蚀等性能较差仍然是制约镁合金大规模应用的 瓶颈问题[1~5]。 稀土元素由于具有独特的核外电子结构,作 为一种重要的合金化元素,在冶金、材料领域起着独特的作用,例如净化合金熔体、细化合金组织、提高合金力学性能和耐腐蚀性能等。作为合金化 元素或微合金化元素,稀土已经被广泛应用于钢 铁及有色金属合金中[6]。在镁合金领域,尤其是在耐热镁合金领域,稀土突出的净化、强化性能逐渐被人们认识与把握,稀土被认为是耐热镁合金中 最具使用价值和发展潜力的合金化元素。我国的 镁资源和稀土资源特别丰富,近年来国内科研工
镁合金的表面处理 镁合金的表面处理 刘祖明黎前虎 摘要：综述了镁合金的腐蚀机理及腐蚀防护研究的现状、进展与问题。重点介绍了压铸镁合金制品的表面特性、表面处理原理、工艺、应用实例及未来发展方向。关键词：镁合金腐蚀与防护表面处理 0 前言 以质轻和可回收为应用特点的镁合金，日益成为现代工业产品的理想材料，特别是汽车零部件的大量应用，电讯产品向轻、薄、短、小方向发展的需求，使得这种新兴材料的发展呈现极为乐观的前景。 随着现代科技的发展，曾经困扰镁合金产业的相关技术问题如压铸问题、回收问题已经相继得到解决，镁合金产品后段工序——表面处理技术亦取得重大进展，这使得镁合金的应用范围不断扩大，使用量也迅速增大，镁产业正以几何级数高速增长。
适当的表面处理能使产品具有保护性和装饰性，并可赋予某些特殊功能。对于活泼的镁来说，通过表面技术获得较高的装饰性和功能性肯定重要，而提高其防腐蚀性能则是现阶段最最重要的一面。 １镁合金的腐蚀与防护 1.1 镁的性质 镁元素符号Mg，原子序数为12，电子结构为2-8-2，标准电极电位很负（-2.36V），较易失电子而发生氧化反应，从而导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，在腐蚀性介质中很容易发生严重的腐蚀。镁合金自然形成的氧化膜疏松多孔，以MgO、Mg2+为主要成份的膜的致密度系数为0.8左右（<1），对基体的保护能力较差，不适用于大多数的腐蚀性环境。 1.2 镁合金的腐蚀方式 镁合金的腐蚀方式通常有两种情况：一是在一般环境中的腐蚀，称“一般腐蚀”或“环境腐蚀”，也称“化学腐蚀”，二是在原电池环境下产生的“电化学腐蚀”。暴露在干燥的空气中时镁合金表面会形成一层很薄的膜，这层膜在没水接触的情况下很稳定，此时就不会发生腐蚀现象。但在实际操作环境中可能会与水或水气接触，这时就会导致膜（表面）的颜色变深（从浅灰到深灰）。如果进一步暴露在液态水和空气中，就会继续跟空气中的CO2与H2O反应生成碳酸盐，使这层膜变厚。一般情况下这层膜足够稳定，具有一定的保护性，此时不需要作任何
镁铝合金表面处理工艺 大全 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
铝表面处理工艺一、选材 铝合金6061：镁铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；镁铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。 6061典型用途：代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 电镀是在表面添加一层金属保护层。阳极氧化是把表面一层人为按要求用电化学进行氧化，用这层氧化层作保护层。铝不好电镀，但氧化铝很硬（可作磨料），化学性能又特好（不会再氧化，不受酸腐蚀），比一般金属还好，还可以染成各种颜色。所以铝件一般用阳极氧化。 二、工艺类型、效果图、厂家调研 氧化工艺 喷砂可以使丝印时，印料和承印物的结合更加牢固。均匀适当的喷砂处理，基本上可以克服铝材表面常见的缺陷。详见附录 、喷涂工艺 1、表面处理工艺：机壳漆
机壳漆金属感极好，耐醇性佳，可复涂PU或UV光油。玩具油漆重金属含量符合国际安全标准。包括CPSC含铅量标准、美国测试标准ASTMF 963、欧洲标准 EN71、EN1122。 2、表面处理工艺：变色龙 随不同角度而变化出不同颜色。是一种多角度幻变特殊涂料，使你的商品价值提高，创造出无懈可击的超卓外观效果。 3、表面处理工艺：电镀银涂料 电镀银漆是一款无毒仿电镀效果油漆，适用ABS、PC、金属工件，具有极佳的仿电镀效果和优异的耐醇性。 4、表面处理工艺：橡胶漆 适用范围：ABS、PC、PS、PP、PA以及五金工件。 产品特点：本产品为单组份油漆，质感如同软性橡胶，富有弹性，手感柔和，具有防污、防溶剂等功能。这种油漆干燥后可得涂丝印。重金属含量符合国际安全标准。包括CPSC含铅量标准、美国测试标准ASTMF 963、欧洲标准EN71、EN1122。5、表面处理工艺：导电漆 适用于各种 PS 及 ABS 塑料制品；导电导磁、对外界电磁波、磁力线都能起到屏蔽作用；在电气功能上达到以塑料代替金属的目的。电阻值可根据客人要求调试。重金属含量符合国际安全标准，包括 CPSC 含铅量标准、美国测试标准 ASTMF-963 、欧洲标准 EN71 、EN1122。 6、表面处理工艺：UV油
稀土合金的研究进展 作者：濮军指导教师：吴根华 （安庆师范学院化学化工学院，安庆246011） 摘要：稀土元素独特的 4f 层电子结构使得稀土金属或合金具有耐腐性、高磁性、超导性、光电转化等许多显著的物理、化学性质，在新型功能材料开发研究中占重要地位。稀土合金是指含有稀土金属的合金，稀土合金作为一种重要的材料广泛的运用在各国的钢铁及其他工业生产中,稀土合金已经被广泛地应用于纳米材料的合成，而且稀土金属热还原法制取单一稀土金属的重要原料, 此外，它还运用于各国军事工业上，如隐形涂料等等，近年来利用稀土镁、铝合金等材料的特性也不断开发出多种新用途。因此，稀土材料合金越来越受到国际社会的关注。 关键词：稀土合金；络合物；功能材料；稀土材料；应用；磁性材料；研究性能 引言 稀土，系指元素周期表中第ⅢB族镧系元素以及与镧系元素在化学性质上相近的钪和钇，共计17种元素。是芬兰学者加多林(Johan Gado1in)在1794年发现的[1]。 稀土合金的作用非常之大，特别是在钢铁方面，出现了众多与稀土有关的课题，炉外精炼、模铸、连铸等不同工艺的稀土应用领域，极大地推动了稀土处理钢生产的发展。 我国拥有丰富的稀土资源，所以对稀土合金及其材料的研究显得尤其重要。近年来已经开发出像Mg-Y-Ce 稀土阻燃镁合金、Ni-Nd-P 稀土合金薄膜等多种稀土合金材料。 1 稀土元素的性质 1.1 稀土元素的一般性质 在过渡元素中，稀土元素是强化学活性的金属，它们的氧化还原电位较负，从-2.52V(镧)到-1.88V(钪)[2]，电离能较低，它们的第一电离能接近于碱金属，它们的电负性也在钙附近，这足以说明它们是活泼的金属，稀土金属是强还原剂，有较大的氧化物生成热，它能将铁、钴、镍、铜等金属氧化物还原成金属，稀土金属能与周期表中绝大多数元素作用，形成非金属的化合物和金属间化合物，稀土金属还能分解水，在冷水中作用缓慢，在热水中作用较快，并迅速地放出氢气：
稀土镁合金 稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE 或R)。 1. Mg-Al-RE 系镁合金组织与性能 摘要: 通过铸造和挤压变形工艺, 研究了AE (Mg-Al-RE)系合金的显微组织及稀土和铝含量的变化对AE 系合金显微组织和力学性能的影响. 实验结果表明: AE 系合金的铸态显微组织由M g α-基体相和沿晶界分布的Al4RE, 1712M g A l 相组成. 随着稀土含量的增加, 1712M g A l 相逐渐消失, 4A l R E 相的体积分数增加, 并逐渐沿晶界处形成连续网状结构. 挤压实验结果显示: AE 系合金具有良好的形变加工性能, 挤压后合金的强度和塑性均比铸态合金大幅度提高. 稀土元素的加入对合金形变过程中的动态再结晶有一定的抑制作用. 在AE 系稀土镁合金中增加Al 含量, 可以使合金的综合力学性能上升到一个较高的水平. 结论 1) AE 系合金的铸态显微组织由M g α-基体和沿晶界分布的4A l R E 及1712M g A l 相组成. 随着稀土加入量的增加, 1712M g A l 相在显微组织中逐渐消失, 4A l R E 体积分数增加, 并 逐渐沿晶界处形成连续网状. 2) AE 系列合金具有良好的形变加工性能. 挤压后合金的强度和塑性均比铸态合金大幅度提高.稀土元素的加入对合金形变过程中的动态再结晶有一定的抑制作用. 3)在AE 系稀土镁合金中增加A l 含量可以使合金的综合力学性能上升到一个较高的水平. 2. 高性能稀土镁合金的研发现状及应用 摘要:介绍高性能稀土镁合金中的铸造稀土镁合金、快速凝固稀土镁合金、变形稀土镁合金、稀土耐热镁合金、稀土阻燃镁合金,并对高性能稀土镁合金在国内外的研发现状及在军民品上的应用状况作了较详细的叙述. 1 稀土镁合金的研发动向 1. 1铸造稀土镁合金 传统的镁合金耐热、抗高温蠕变等性能较差,通常只能用于120 ℃以下的场合,达不到交通工具发动机和传动部件需要耐温150～200 ℃、250 ℃甚至更高的要求,从而限制了它的应用. 围绕着如何提高铸造镁合金的力学、耐腐蚀、耐高温、抗蠕变等性能,研究人员对稀土作为