镁合金简介
发布时间：2024-05-27 10:30
镁是一种轻质有延展性的银白色金属，在地壳中的储藏量丰富，其蕴藏量为2.7%，仅次于Al和Fe而占第3位。海水中也含有丰富的Mg，含量为0.13%，为人类提供了取之不尽的Mg资源。Mg于1755年被发现，1808年Davey将Mg分离出来，1852年Bunsen建成了电解熔融MgCl2的实验室。在1886年德国就开始生产Mg，但在1900年以前，全世界Mg产量仅有10t。1915年上升到350t，第一次世界大战的最后一年Mg产量猛增到3000t。在1920年回落到仅330t。在第二次世界大战影响下，1939年的Mg产量达到3200t，产量几乎增长了近10倍。
由于Mg合金的成分及组织结构，其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。正是这些特点，使镁合金用途十分广泛。无论是作为结构材料，还是功能材料，镁合金具有其他合金所不具有的优越性。
结构材料
近10年来，3C（computer，communication，consumer esectronics products）产品发展速度极快，该产品常常需要有便携性，故需要轻质的材料，目前主要是工程塑料，这是因为工程塑料有足够的强度，且具有质轻、成本低和制造简单的特笥。但随着3C产品的小型化，工程塑料在结构刚度、散热性方面已不能满足要求，而且新的3C产品要求材料具有屏蔽性和可回收性，只有Mg合金才具有这些优点。所以，日本和中国台湾地区已经广泛地将Mg合金应用于3C产品上。
现在，全球大气污染的范围越来越广，汽车尾气排放大量占了大气污染的65%。随着能源紧缺、环境污染问题的日益突同，全世界的汽车制造厂正面临降低CO2排放量和节约能源的压力。欧洲和北美汽车生产商承诺2005年以前将降低25%的能源消耗，并在些期间减少约50%的CO2排放量。降低交通工具重量是降低能源消耗和由此产生的废气的一个行之有效的办法。车重每降低100kg，油耗可减少7×10-3L/km。在所有商业金属中只有密度最小的Mg可以在这方面发挥重要作用。汽车自重每减轻10%烯油效率可提高5.5%。所以，Mg合金是汽车的轻量化的必然选择。目前已有科技报道，使用Mg合金结构件每部汽车有减重150Kg的潜力。
当前，北美、欧洲和日本等发达国家加大投入进行Mg基轻质材料的开发与应用研究，其中包括现有的商业 化Mg合金、开发中的Mg合金和Mg基复合材料。合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业（如汽车、电脑、通信和家电等）。汽车将成为Mg合金应用的重要领域。围绕Mg和Mg基轻质材料的开发，争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。
功能材料应用
镁合金作为功能材料主要应用贮氢材料和超导材料之中。
目前市场上的手机电池大多是镍氢电池或锂电池。科学家们正在实验室中研究镁氢电池。由于金属镁表面通常会形成氧化物或是氢氧化物的薄层，纯的金属镁很难具有储氢性能。研究表明，通过催化剂的作用或是在一个相对高的温度下，纯金属镁能够吸收氢气，并且在镁的表面表成一层约为30μm的紧密氢后，吸氢停止。但通过一些特殊的处理，使镁基合金非晶化，室温下电化学可逆吸放＞500mAh/g的氢，是目前容量最高的贮氢电极合金。镁基合金作为电极活性物质在二次电池中的应用前景是十分诱人的，极有可能取代镍氢电池和锂电池而成为新一代的贮氢材料。
而更为神奇的是，去年元月日本青山学院大学教授秋光纯所领导的研究小组在镁合金中发现了迄今为止为止临界温度最高的金属化合物超导体——二硼化镁（MgB2），其超导转变温度达39K。MgB2这种合金超导体的超导转变温度达到甚至超过经典电声耦合理论（BCS理论）预言的极限。二硼化镁的发现使世界凝聚态物理学界为之兴奋。世界主要媒体都相继报道了这项超导研究领域的新突破。一年多以来，世界各国的研究人员使用各种现代化的研究手段，对二硼化镁超导体的物理性质进行了重点研究，研究论文大量涌现。
目前，氧化物高温超导体的临界温度已达160K左右，是二硼化镁超导体的4倍。
但构成氧化物高温超导体的化学元素昂贵，合成的超导材料脆性大，难以加工成线材，使其应用受到极大的局限。而硼元素和镁元素的价格低廉，二硼化镁超导体的最大特征是：易合成，易加工，具有较好的应用前景。与氧化物高温超导体不同，二硼化镁容易制成薄膜或线材。因此，可以广泛地应用于电力传输、超级电子计算机器件以及CT扫描成像仪等方面。二硼化镁超导体的发现，使冷落了近30年的简单化合物超导体研究升温。此类全机关报体系发发现完全可能促成人们找到除原来氧化物超导体（1986年发现）以外的新的高温超导体，同时为此领域的科学家提供了许多非常有价值的科学问题。
正是由于镁合金具有这么多神奇的特性，世界各国均对镁合金投入了大量的人力物力进行开发和研究。由国际镁协会（IMA）组织召开了57次年会。旨在开展与Mg产业相关的学术活动，推进调查和研究，进行情报交流。还有各种行业和地区召开的有关Mg的会议，如Mg汽车会议，矿物、金属和材料学会（TMS）Mg技术会议，欧洲Mg合金年会，Mg科学和技术以色列国际会议等。
镁合金特点：
其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。
应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。
镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。
在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%回收再利用。
镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。
镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
镁合金应用：
镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200～300兆帕(20～30公斤/毫米2)，主要用于制造低承力的零件。镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂漆。德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管，又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机、尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。例如，B-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤，挤压件90公斤，铸件超过200公斤。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件，如中国“红旗”地空导弹的仪表舱、尾舱和发动机支架等都使用了镁合金。中国稀土资源丰富，已于70年代研制出加钇镁合金，提高了室温强度，能在300°C下长期使用，已在航空航天工业中推广应用。
目前,镁合金在汽车上的应用零部件可归纳为2类。
(1)壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。
(2)支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。
根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100 kg,每百公里油耗可减少0.7 L左右,每节约1 L燃料可减少CO2排放2.5 g，年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大，汽车的轻量化成必然趋势。
手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。
虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。
在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。
电磁波屏蔽性:镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金，可减小振动达到低骚音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化，在方向盘和坐椅上使用镁合金。
合金名称 特征 应用范围
AZ91D 强度高且耐腐蚀性好 电器产品的壳体等
AM60B 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AM50A 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AS41B 抗蠕变性能好 汽车上的减速箱等
机械加工性能:镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。
表:各种金属的切削阻力(以镁合金的切削阻力为1)
金属名 切削阻力
镁合金 1.0
铝合金 1.8
黄铜 2.3
铸铁 3.5
耐凹陷性好:镁合金与其他金属相比抗变形力大，由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。
对振动•冲击的吸收性:由于镁合金对振动能量的吸收性能好，使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外，冲击能量吸收性能好，比铝合金具有更好的延伸率的镁合金，受到冲击后，能吸收冲击能量而不会产生断裂。
再生:镁合金与塑料不同，它可以简单地再生使用且不降低其机械性能，而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比，熔点低，比热小，在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。
表:各种材料的物理性质比较
材料名 密度(g/cm3) 熔点(℃) 导热系数(W/Mk) 抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(%) 比强度 杨氏模量(GPa)
镁合金(触变成形)
AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45
AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45
铝合金
(压铸成形) 380 2.70 595 100 315 160 3 117 71
钢铁 碳素钢 7.86 1520 42 517 400 22 66 200
塑料 ABS 1.03 90(Tg) 0.2 35 * 40 34 2.1
PC 1.23 160(Tg) 0.2 104 * 3 85 6.7
由于Mg合金的成分及组织结构，其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。正是这些特点，使镁合金用途十分广泛。无论是作为结构材料，还是功能材料，镁合金具有其他合金所不具有的优越性。
结构材料
近10年来，3C（computer，communication，consumer esectronics products）产品发展速度极快，该产品常常需要有便携性，故需要轻质的材料，目前主要是工程塑料，这是因为工程塑料有足够的强度，且具有质轻、成本低和制造简单的特笥。但随着3C产品的小型化，工程塑料在结构刚度、散热性方面已不能满足要求，而且新的3C产品要求材料具有屏蔽性和可回收性，只有Mg合金才具有这些优点。所以，日本和中国台湾地区已经广泛地将Mg合金应用于3C产品上。
现在，全球大气污染的范围越来越广，汽车尾气排放大量占了大气污染的65%。随着能源紧缺、环境污染问题的日益突同，全世界的汽车制造厂正面临降低CO2排放量和节约能源的压力。欧洲和北美汽车生产商承诺2005年以前将降低25%的能源消耗，并在些期间减少约50%的CO2排放量。降低交通工具重量是降低能源消耗和由此产生的废气的一个行之有效的办法。车重每降低100kg，油耗可减少7×10-3L/km。在所有商业金属中只有密度最小的Mg可以在这方面发挥重要作用。汽车自重每减轻10%烯油效率可提高5.5%。所以，Mg合金是汽车的轻量化的必然选择。目前已有科技报道，使用Mg合金结构件每部汽车有减重150Kg的潜力。
当前，北美、欧洲和日本等发达国家加大投入进行Mg基轻质材料的开发与应用研究，其中包括现有的商业 化Mg合金、开发中的Mg合金和Mg基复合材料。合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业（如汽车、电脑、通信和家电等）。汽车将成为Mg合金应用的重要领域。围绕Mg和Mg基轻质材料的开发，争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。
功能材料应用
镁合金作为功能材料主要应用贮氢材料和超导材料之中。
目前市场上的手机电池大多是镍氢电池或锂电池。科学家们正在实验室中研究镁氢电池。由于金属镁表面通常会形成氧化物或是氢氧化物的薄层，纯的金属镁很难具有储氢性能。研究表明，通过催化剂的作用或是在一个相对高的温度下，纯金属镁能够吸收氢气，并且在镁的表面表成一层约为30μm的紧密氢后，吸氢停止。但通过一些特殊的处理，使镁基合金非晶化，室温下电化学可逆吸放＞500mAh/g的氢，是目前容量最高的贮氢电极合金。镁基合金作为电极活性物质在二次电池中的应用前景是十分诱人的，极有可能取代镍氢电池和锂电池而成为新一代的贮氢材料。
而更为神奇的是，去年元月日本青山学院大学教授秋光纯所领导的研究小组在镁合金中发现了迄今为止为止临界温度最高的金属化合物超导体——二硼化镁（MgB2），其超导转变温度达39K。MgB2这种合金超导体的超导转变温度达到甚至超过经典电声耦合理论（BCS理论）预言的极限。二硼化镁的发现使世界凝聚态物理学界为之兴奋。世界主要媒体都相继报道了这项超导研究领域的新突破。一年多以来，世界各国的研究人员使用各种现代化的研究手段，对二硼化镁超导体的物理性质进行了重点研究，研究论文大量涌现。
目前，氧化物高温超导体的临界温度已达160K左右，是二硼化镁超导体的4倍。
但构成氧化物高温超导体的化学元素昂贵，合成的超导材料脆性大，难以加工成线材，使其应用受到极大的局限。而硼元素和镁元素的价格低廉，二硼化镁超导体的最大特征是：易合成，易加工，具有较好的应用前景。与氧化物高温超导体不同，二硼化镁容易制成薄膜或线材。因此，可以广泛地应用于电力传输、超级电子计算机器件以及CT扫描成像仪等方面。二硼化镁超导体的发现，使冷落了近30年的简单化合物超导体研究升温。此类全机关报体系发发现完全可能促成人们找到除原来氧化物超导体（1986年发现）以外的新的高温超导体，同时为此领域的科学家提供了许多非常有价值的科学问题。
正是由于镁合金具有这么多神奇的特性，世界各国均对镁合金投入了大量的人力物力进行开发和研究。由国际镁协会（IMA）组织召开了57次年会。旨在开展与Mg产业相关的学术活动，推进调查和研究，进行情报交流。还有各种行业和地区召开的有关Mg的会议，如Mg汽车会议，矿物、金属和材料学会（TMS）Mg技术会议，欧洲Mg合金年会，Mg科学和技术以色列国际会议等。
镁合金特点：
其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。
应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。
镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。
在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%回收再利用。
镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。
镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
镁合金应用：
镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200～300兆帕(20～30公斤/毫米2)，主要用于制造低承力的零件。镁合金在潮湿空气中容易氧化和腐蚀，因此零件使用前，表面需要经过化学处理或涂漆。德国首先生产并在飞机上使用含铝的镁合金。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管，又因在旋转和往复运动中产生的惯性力较小而被用来制造摇臂、襟翼、舱门和舵面等活动零件。民用机和军用飞机、尤其是轰炸机广泛使用镁合金制品。例如，B-52轰炸机的机身部分就使用了镁合金板材635公斤，挤压件90公斤，铸件超过200公斤。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件，如中国“红旗”地空导弹的仪表舱、尾舱和发动机支架等都使用了镁合金。中国稀土资源丰富，已于70年代研制出加钇镁合金，提高了室温强度，能在300°C下长期使用，已在航空航天工业中推广应用。
目前,镁合金在汽车上的应用零部件可归纳为2类。
(1)壳体类。如离合器壳体、阀盖、仪表板、变速箱体、曲轴箱、发动机前盖、气缸盖、空调机外壳等。
(2)支架类。如方向盘、转向支架、刹车支架、座椅框架、车镜支架、分配支架等。
根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100 kg,每百公里油耗可减少0.7 L左右,每节约1 L燃料可减少CO2排放2.5 g，年排放量减少30%以上。所以减轻汽车重量对环境和能源的影响非常大，汽车的轻量化成必然趋势。
手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。
虽然镁合金的导热系数不及铝合金，但是，比塑料高出数十倍，因此，镁合金用于电器产品上，可有效地将内部的热散发到外面。
在内部产生高温的电脑和投影仪等的外壳和散热部件上使用镁合金。电视机的外壳上使用镁合金可做到无散热孔。
电磁波屏蔽性:镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
在硬盘驱动器的读出装置等的振动源附近的零件上使用镁合金。若在风扇的风叶上使用镁合金，可减小振动达到低骚音。此外，为了在汽车受到撞击后提高吸收冲击力和轻量化，在方向盘和坐椅上使用镁合金。
合金名称 特征 应用范围
AZ91D 强度高且耐腐蚀性好 电器产品的壳体等
AM60B 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AM50A 延伸率和抗冲击力大 汽车上的方向盘和坐椅等
AS41B 抗蠕变性能好 汽车上的减速箱等
机械加工性能:镁合金比其他金属的切削阻力小，在机械加工时，可以较快的速度加工。
表:各种金属的切削阻力(以镁合金的切削阻力为1)
金属名 切削阻力
镁合金 1.0
铝合金 1.8
黄铜 2.3
铸铁 3.5
耐凹陷性好:镁合金与其他金属相比抗变形力大，由冲撞而引起的凹陷小于其他金属。
对振动•冲击的吸收性:由于镁合金对振动能量的吸收性能好，使用在驱动和传动的部件上可减少振动。另外，冲击能量吸收性能好，比铝合金具有更好的延伸率的镁合金，受到冲击后，能吸收冲击能量而不会产生断裂。
再生:镁合金与塑料不同，它可以简单地再生使用且不降低其机械性能，而塑料很难在不降低其机械性能再生使用。镁合金与其他金属相比，熔点低，比热小，在再生熔解时所消耗的能源是新材料制造所消耗的能源的4%。
表:各种材料的物理性质比较
材料名 密度(g/cm3) 熔点(℃) 导热系数(W/Mk) 抗拉强度(MPa) 屈服点(MPa) 延伸率(%) 比强度 杨氏模量(GPa)
镁合金(触变成形)
AZ91 1.82 596 72 280 160 8 154 45
AM60 1.79 615 62 270 140 15 151 45
铝合金
(压铸成形) 380 2.70 595 100 315 160 3 117 71
钢铁 碳素钢 7.86 1520 42 517 400 22 66 200
塑料 ABS 1.03 90(Tg) 0.2 35 * 40 34 2.1
PC 1.23 160(Tg) 0.2 104 * 3 85 6.7
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