简要概述了镁合金的特点、压铸工艺性能、 成型工艺参数提出了镁合金压铸工艺方向。

镁合金以其具有的质量轻、比强度和比刚度高、减震性好、屏蔽和导热性优良、成形加工好、易于回收等优点而被誉为“21世纪的绿色工程材料”，被广泛应用于航空、航天、汽车和电子等行业。镁合金是现有可以工业化生产金属材料中最轻的材料。我国是镁资源储藏大国，原镁储藏量占世界储藏量的1／3。但镁合金制品出口相对较少。总体上，我国镁合金的生产和应用仍然处于低端的水平，只有提高我国的镁合金产品的技术附加值，才能使我国从“镁资源大国”转变为“镁生产强国”。

镁合金具有优良的压铸工艺性能，适于压铸生产，主要表现在以下几个方面：

1.压铸镁合金与压铸铝合金和压铸锌合金一样，液体粘度低，具有良

好的流动性，易于充满复杂型腔，可用来压铸薄壁件而不会出现热裂和浇不足等缺陷。

2.镁合金的熔点和结晶潜热都低 于铝合金，充型后凝固速度快，其生产率比铝压铸高出40%~50%，最高可达到压铸铝的两倍。压铸过程中对压铸型的热冲击比铝合金小，可用于压铸薄壁件而不会出现热裂和欠铸等缺陷，且不易粘型，寿命可比铝合金长2~4倍。

3.压铸镁合金与铁基本上不发生反应，不易粘型，减轻压铸型的热疲劳现象，寿命可比铝合金长2~4倍。同时不侵蚀钢制坩埚，避免了坩埚对镁合金液的污染。

4.压铸镁合金的收缩率均匀一致且可预测，脱型力比铝合金低20%~25%。保证了压铸件的可靠性，使镁合金压铸件的尺寸精度比铝压铸件高50%。

5.镁合金铸件的机加工性能优于铝合金铸件，镁合金的切削速度可比铝合金提高50%，加工耗能比铝合金件低50%。

正是由于镁合金的上述压铸特性，有效地保证了镁合金压铸的髙生产率和低生产成本，在众多领域中获得了广泛的应用。

镁合金的压铸工艺同其他合金的压铸工艺相似，但是由于镁合金的不同特性，影响合金液充填成形的因素有很多，其中主要有压力和充填速度、金属液充填特性、压型和合金的温度、开型时间及涂料等。这里主要考察压射压力、压射速度、浇注温度和铸型预热温度以及涂料。

1.压射压力。镁合金压铸分热室压铸和冷室压铸两种形式。目前热室压铸机正向大型发展，锁型力为9300KN，设计可压铸件最大为6.4千克的大型惹事压铸机已投入使用。镁合金冷室开发较晚，镁合金冷室压铸机的冲头速度比铝合金的快30%，最大可达10m╱s，锁型力最大已到3500KN。

热室压铸生产效率高、浇注温度低、铸型寿命长、易实现焙体保护、缺点是设备成本高、维修复杂且成本

高。冷室压铸的优点正好与之相反，并配置定量浇注设备。镁合金压铸采用热室还是冷室压铸主要取决于铸件壁厚，热室压铸一般用于小尺寸薄壁、形状复杂铸件，冷室压铸主要用于壁厚相对较大的中小型零件的大批量生产。

压铸时二者的压射压力也不同，热室压铸机的压射比压在40MPa左右，冷室压铸机的比压要高于热室压铸机，通常的比压在40MPa~70MPa。另外重要的一点是增压建压时间，由于镁合金的结晶潜热低，镁合金在模具内的凝固时间要比铝合金的短的多，如果增压时间太晚，浇口和型腔的金属液已经凝固，增压的压力无法传到模具型腔里面，要求压射系统建压时间通常在20ms以内。

2.压射速度。压铸充填速度是指金属液通过浇口导入型腔的线速度。充填速度根据压铸河津和铸件结构特性确定，既不能过高特不能过低。充填速度偏低会造成铸件轮廓不清晰，甚至不成型；充填速度过高时，型腔中的空气难以排除，使铸件产生气孔，液体金属成喷雾进入型腔并粘附于型壁上，使后进入的液体金属不能与它熔合而降低铸件表面质量或是内部结构疏松，同时增加型腔内壁的磨损而

使铸件的使用寿命降低。对于镁合金，由于密度小，同时，由于镁合金的凝固速度快，要在金属凝固前充填整个型腔，适合的充填速度为 40m╱s~90m╱s。

3.浇注温度和预热温度。温度是压铸过程的热因素，为了提供良好的充填条件，保证压铸件的成型质量，控制和保持热稳定性，必须选用相应的温度规范，主要是指镁合金的浇注温度和压铸型的预热温度。

在生产镁合金压铸件时，必须合理选择浇注温度。浇注温度过高，凝固收缩越大，铸件易产生裂纹，晶粒粗大及粘型；浇注温度太低会产生浇不足、冷隔和表面裂纹等缺陷。 热室压铸机的料壶在熔炉里面，压射时的热量损失小，浇注温度通常在640℃左右。冷室压铸机的温度要高一些，一般在680℃左右。如果压铸件的成型不太理想，可以从其他方面，比如压射速度、模具温度等方面改善。不能仅提高合金浇注温度，因为镁合金熔炉用的保护气体，在温度过高（超过710℃）时会失去效用。

压铸型在浇注前需预热到一定温度以防止金属液压入后过度激冷而不成型，或虽成型但易引起铸件裂纹和表面产生“霜冻”流痕等缺陷。另外

预热到一定温度还可以避免模具剧烈膨胀，减少温度波动，提高模具寿命。压铸型的工作温度不宜过高，否则将使金属产生粘模和铸件顶出时变形，从而影响生产效率。

根据压铸浇注温度(650℃~680℃ )确定模具初始温度范围为180℃～ 190℃，镁合金压铸过程中模具的温度一般保持在180℃~ 280℃之间。

4.涂料。涂料的作用是为压铸合金和压铸型之间提供有效的隔离保护层，避免金属液直接冲刷型腔，保持金属液的流动性，还可以冷却模具，降低粘模倾向。镁合金同铝合金相比，模具和焊合性要比铝合金好，但是由于镁合金的压射速度要高于铝合金，当热金属高速冲击模具的某些部件时，可能产生焊合现象。使用合适的模具涂料可以减少这种趋势，最常用的是水基润滑剂，由于镁合金的热容小，因此不需要把润滑剂用于冷却媒介，并且使用时间应尽可能的短，一般为铝合金的50%。为减少水的含量，通常使用较高浓度的涂料。

1.镁合金的熔体保护。由于镁合金液很容易氧化，而且表面生成的氧化膜比较疏松，其致密系数α值仅为

0.79，不能阻止合金的继续氧化。因此，熔炼镁合金时，防止氧化至关重要。镁合金的熔体保护主要有两种方法，即熔剂保护和气体保护。

目前，国内外常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂。其中，使用最广泛的是RJ一2熔剂，其组分主要为氯盐和氟盐。用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题：一是氯盐和氟盐高温下易挥发产生有霉气体，如HCl、Cl

2、HF等；二是由于熔剂的密度较大，部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”；三是熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中，成为材料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。因此，寻找氯盐和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐的使用量，降低污染，提高保护效果，是开发镁合金熔炼保护熔剂的努力目标。

自20世纪60年代以来，一些专家学者开始寻找气体保护剂。通过大量试验，发现了对镁合金液有一定保护作用的气体，如 SF

4、CO2等。其 中 SF6保护性能较好，它存在的问题主要是用量的控制，生产中如何根据熔炼保护状态自动调节SF6的压力、流量，达到即有利于保护，又减少SF6用量的目的，仍是SF6气体保护有待深入研究的课题。

目前，一些研究者正在从事具有阻燃性且性能接近现有镁合金的阻燃镁合金研究，这一研究一旦获得成功，则镁合金就能像铝合金一样方便地进行熔炼和铸造，从而获得更为广泛的应用前景

2.压铸型设计。压铸模是压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺利进行，压铸件质量有无保证，在很大程度上取决于压铸模的结构是否具有合理性和技术先进性。

镁合金具有良好的压铸工艺性能，在压铸模设计过程中，应结合镁合金的压铸特性，采用适合于镁合金的工艺参数和模具设计准则，而不能完全套用铝合金压铸型的设计准则。

3.充型过程的研究。压力铸造中，金属液的充型方式对控制压铸件质量有十分重要的作用。随着镁合金铸件的应用领域日趋扩大，对压铸镁合金的充型性能提出了更高的要求。计算机及数值技术为压铸充型过程研究提供了新的途径。通过压铸充型过程流场、温度场的数值模拟，能够较准确地表达压铸充型过程的流动和传热规律，并可精确显示浇不足、冷隔、裹气和热节位置，对提高工艺设计水平、保证成形铸件的质量及提高生产率、延长模具的使用寿命等具有重要意

4.镁合金压铸过程数值模拟。虽然镁合金具有良好的压铸工艺性能，但压铸生产中充型、凝固过程相当复杂，工艺参数设置是否合理、浇注系统设计是否可行对铸件性能、缺陷产生等影响显著。目前，相关的数值模拟软件，如ProCAST被广泛认为是优化铸造工艺设计的必备工具，它能对铸造过程进行仿真，从而模拟出在铸件充型、凝固和冷却过程中的流场、温度场、应力场和微观结构，并根据这些物理场对铸件质量进行预报，直接查看工艺设计效果。

通过开展镁合金充型、凝固过程的计算机数值模拟，并在此基础上构筑专家系统，以指导压铸工艺制定、压铸型设计、压铸件质量控制，提高镁合金压铸件的合格率及压铸型的使用寿命都具有深远实际意义。近年来，在德国、美国、日本等国家镁合金压铸件以其重量轻、比强度和比刚度高、导热导电性好、合乎环保要求及使用安全等优势在广阔的领域中得到不断开发和应用，已进入了持续快速增长阶段。我国镁资源储量世界第一，是世界上最大的镁生产国和出口国。但镁合金应用开发严重滞后，压铸方面发展也比较缓慢。随着我国汽车、计

算机、通讯、信息、航空航天等产业的迅速发展，对镁合金压铸件需求潜力很大。我国压铸企业、科研单位及高校正投入大量人力和财力进行开发研究，并已取得一定成果。2l世纪将是我国镁合金压铸飞速发展的时代，必将为我国带来巨大社会效益和经济效益。 引用文献：

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摘 要：镁及镁合金是一种极具发展潜力的轻质结构材料, 但镁合金的耐蚀性较差, 因此进行适当的表面处理以提高镁合金的耐蚀性能已成为目前研究的热点。镁合金已广泛应用于汽车、电子、航空、航天等领域，其表面强化处理新技术, 主要有等离子微弧阳极氧化、加弧辉光等离子表面处理、离子束增强辅助沉积表面技术、化学转化膜、阳极氧化以及化学镀等表面处理方法。这些方法都具有各自的优点但也都存在一些不足, 比如化学镀、阳极氧化、化学转化膜等表面涂膜均有涂镀层薄, 结合强度低, 容易剥落, 膜层不致密, 不均匀, 处理液有污染等缺点, 等离子微弧氧化虽能获得较厚结合较好的渗镀层, 但镀层有表面疏松、表面粗糙等缺点; 离子束增强辅助沉积表面技术虽然能在表面形成结合好的渗镀层, 但设备昂贵, 处理面积小, 适用面小, 产业化较困难。最后展望了镁合金表面处理的发展趋势。 关键词:镁合金; 耐蚀性;

近年来，随着全球范围内能源紧张和环境污染的加剧，人们对工程材料的节能和环保要求也越来越高。镁合金具有质量轻，比强度、比刚性高，阻尼吸振性能好，成型性优良及回用处理方便等优点，符合对材料轻量化和绿色化的要求，在汽车、航天、航空等产业中应用广泛，被认为是21 世纪最有发展潜力的材料之一。但镁合金的电极电位低、耐蚀性较差，在实际

应用中必须采取有效的保护措施以提高镁合金的耐蚀性能，而对镁合金进行表面处理是最为有效的保护方法。

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。

2.镁合金化其他表明处理（化学转化、有机涂层等）

镁合金被誉为世纪的绿色金属材料。镁的密度很小镁合金的比强度高于铝合金和钢、比刚度与铝合金和钢相近镁合金能承受较大的冲击振动负荷、减振性好、具有优良的切削加工和抛光性能、易于铸造。另外镁合金的导电性和导热性好、电磁屏蔽性能优良。因此,镁合金在航空航天工业、汽车工业、电子通讯业得到了较多应用。然而, 镁合金的硬度较小、耐磨性和耐高温性能较低、耐蚀性较差这在某种程度上制约了镁合金材料的广泛应用。

镁合金的化学转化膜处理方法常用的有两类: 一类是磷酸盐作成膜剂, 另一类是铬酸盐作成膜剂。目前技术较成熟的化学转化膜处理方法是铬化处理, 以铬配酸和重铬酸盐为主要成分的水溶液进行化学处理获得保护膜。虽然含铬转化膜具有较好的防腐效果,与涂层相结合后可在较高温度的环境中使用,但铬酸盐处理工艺中含有六价的铬离子, 具有毒性, 污染环境, 且废液的处理成本高。因此, 人们正在寻找一种无铬化学转化膜处理工艺, 如磷酸盐膜、磷酸高锰酸盐膜、多聚磷酸盐膜、氟错酸盐膜等, 也具有较好的防护效果。

阳极氧化是利用电解作用使金属表面形成氧化膜的过程, 是一种特殊的化学转化膜。早期的阳极氧化处理是用含铬的有毒化合物的处理液后来逐渐发展了处理液以磷酸盐、高锰酸盐、可溶性硅酸盐、硫酸盐、氢氧化物和氟化物为主的无毒阳极氧化。镁合金的阳极氧化膜具有多孔的特点, 双层结构: 内层为较薄的致密层; 外层为较厚的多孔层。镁合金阳极氧化膜如果不被封闭,则其空隙大, 无规则, 分布不均匀, 且得到的氧化膜不透明。因此, 还要对其进行着色与封闭等后处理,使其既美观又耐蚀。否则其耐蚀性比镁合金化学转化膜

还差。进行封孔处理的封孔液根据工艺的不同有不同的配方, 也可采用有机物, 如乙烯树脂、环氧树脂、环氧酚醛等进行充填密封, 提高氧化膜的耐蚀性。

2.3等离子微弧氧化技术

在我国是近几年才发展起来的一项高新表面技术。一般认为微弧氧化过程经过个阶段第一阶段表面生成氧化膜第二阶段氧化膜被击穿并发生等离子微弧放电第三阶段氧化进一步向深层渗透第四阶段为氧化、熔融, 凝固平稳阶段。在微弧氧化过程中, 当电压增大到某一值时镁合金表面微孔中产生火花放电使表面局部温度高达以上利用这种微弧区瞬间高温的烧结作用直接在铝、镁、钦等金属表面原位生成陶瓷膜。在微弧氧化过程中电压决定了微弧氧化陶瓷层的生长厚度及表面粗糙度。对于微弧氧化陶瓷膜的生长规律, 人们发现在微弧氧化初始阶段氧化膜的向外生长速度大于向内生长速度达到一定厚度后氧化膜完全转向基体内部生长。在整个过程中热扩散和电迁移对膜的生长起较大作用。有人初步研究了镁合金微等离子体氧化膜的特征。与传统的阳极氧化相比较微弧氧化所形成的陶瓷膜与基体结合牢固、结构致密, 具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐高温性和电绝缘性能其工艺对环境无污染具有广阔的应用前景。

激光表面重熔是利用能量密度高的激光束在金属表面进行连续扫描, 使表面迅速形成一层非常薄的熔化层。激光表面合金化是通过熔化基体表面预先涂敷的膜层和部分基体, 或者在表面熔化的同时注入某些粉末膜层和表面在熔池中液态混合后发生快速凝固, 从而在表面形成一层具有期望性能的合金薄层以提高基体性能。镁合金的表面合金化一般用铜、镍、硅等元素, 有时同时使用两种或两种以上合金元素。与激光表面重熔相比,激光合金化的扫描速度较慢辐照表面经历缓慢重熔从而有利于合金元素溶解在基体之中快速固化则在表面形成致密、均匀的组织结构。

2.5有机涂层及特殊涂层

镁合金采用环氧树脂、乙烯树脂、聚氨醋以及橡胶等材料获得有

机涂层防护膜。在镁合金上涂覆油、油脂、油漆、蜡和沥青也可作为短时间防护处理的一种方法。DJB保护剂也可用来防止镁合金零件表面局部腐蚀, 它是一种人工合成的有机物质, 具有优良的三防性能和抗蚀防护, 能起到保护作用。但是有机涂层及特殊涂层只能用来起短时间地保护基体金属作用, 不能长期用作保护涂层。采用特殊涂层,如陶瓷涂层能对镁合金达到一定的防腐耐磨目的。

3.镁合金表面处理的问题及发展趋势

镁合金铬化处理液中含有六价铬,毒性大寻求一种不含铬的无毒处理液将是以后发展的方向。磷化处理是镁合金防锈与涂层前处理中有发展前途的方法有取代铬化处理的趋势。

在镁合金涂装过程中由于树脂溶解性的不同注意不同的涂料必须选用不同的溶剂和稀释剂以和底漆、面漆相配合否则容易出现起皱、发涨、渗色、橘皮等现象。尽管镁合金涂装工艺应用广泛但它属于重污染行业在前处理和涂漆过程中要产生大量的废水、废气和废渣。这些废弃物对环境污染极大必须对其进行有效的处理。

由于汽车、航空、航天等工业减重、节能、环保, 以及通讯电子器件高度集成化和轻薄小型化的迫切需求, 镁合金在这些领域得到了日益广泛的应用。目前,镁合金的主要应用有以下5 个方面

1. 冶金。镁是很重要的合金化元素, 在铝合金中有很好的固溶强化、弥散强化、加工强化作用; 也可加入锌合金中, 使其有利于压力铸造; 此外还被用于生产球墨铸铁。

2. 牺牲阳极。镁牺牲阳极作为有效防止金属腐蚀的方法之一, 广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。

3. 型材。镁合金型材、管材主要用于航空、航天等尖端或国防领域, 如飞行器机身及其发动机、起落轮, 火箭、导弹及其发射架等的制造; 也用于民用领域,如自行车架、轮椅、医疗器械、健身器材等。

4. 汽车工业。汽车工业是最近十几年来推动镁工业发展的主要动力, 镁合金可用于汽车发动机、车身、车轮、座椅架、仪表盘、变速箱等部件。

5. 电子类产品的壳体。镁合金应用发展最快的是电子信息和仪

器、仪表行业, 在这些行业的镁合金制品, 其单位质量和尺寸不如汽车零部件, 但数量大, 覆盖面大, 用量也是巨大的。目前, 已有大量电子产品采用镁合金作为外壳材料。

近年来, 镁合金的应用在世界范围内的年增长率高达20%。我国在攻关、8 63 计划中相继启动了镁合金材料的开发及产业化工作, 目前又启动了大飞机、绕月飞行器、高速轨道交通、电动汽车等大型工程项目,镁合金的应用前景十分可观。

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真空压铸法是通过在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺。主要有两种形式：1.置模具于真空箱中抽气，此工艺现在基本上已经不用了;2.从模具中直接抽气。采用真空铝合金压铸时，模具的排气道位置、截面积的设计和真空截止阀的排气截面积至关重要。排气道存在一个“临界面积”，当型腔内为1个大气压，而排气截面积只有0.1mm时就基本上不排气了。当排气道的面积大于临界面积时，真空铝合金压铸效果明显;反之，则不明显。真空系统的选择也非常重要，要求在真空截止阀关闭之前，型腔内的真空度要保持到充型完毕才能关阀，提前关阀只模具型腔内气体没有完全抽出，影响压铸产品质量;关阀滞后铝液容易把真空截止阀堵塞、卡死，就要对真空截止阀进行处理，而影响正常生产。

压铸作为有色金属铸造业的一种革命，大大的提高了铸件生产的生产率，成型率，降低了生产成本，也为铸件在各行各业的应用奠定广泛的基础。现在，即使那些对压铸一无所知的人们也无时无刻不在日常生活中得益于压铸技术的应用。

然而，压铸工艺从它的诞生起就带有严重的先天不足---型腔内的气体影响。与传统的砂型或金属固定模重力铸造相比，压铸在浇口的高速喷射比重力自然流入的高温液态金属有着更好的充型效果，但也正是由于高温高压高速的金属喷射，使金属与型腔内的空气和热金属与型腔内残留润滑剂所产生的烟气有更大可能的结合。因此，传统压铸件的金属结构远远不如砂型或固定金属模的铸造件是一个不争的事实。

为改善压铸的这种致命缺陷，业内人士早在大半个世纪前开始就对其工艺进行了不断的改进，诸如在模具上开排气槽，尽量采用小压室的压射，低速压射，以及现代压铸机采用的多段多速压射技术。但真正堪称革命性的改革是1956年瑞士方达瑞第一次将真空技术引用到压铸生产工艺中。成立于1942年的瑞士方达瑞起先也是一个压铸工厂，随着成功的将真空应用到压铸工艺中，方达瑞逐渐将研究和发展方向完全转移到压铸真空应用当中来，历经60余年的不断发展和完善，使方达瑞的真空技术和应用日臻完善。作为这个行业的先驱和领航者，方达瑞始终走在压铸真空技术和应用的最前端。

二、为什么要在压铸工艺中使用真空技术

在压铸时存在于行腔中的气体由空气和压射时产生的烟气组成。我们来看看无排气传统压铸和采用方达瑞真空系统的型腔内气体压力图。

在传统压铸中，由於在注流口处的喷射效应，50%到90%的金属熔液将与型腔内的空气和烟气充分接触，气压在最后充型点将达到3000毫巴以上至4000毫巴；在真空压铸中，最后的气压只有几百至100毫巴以下，只有极少的空气和烟气与金属接触。滞留在型腔内的空气和烟气越多，就越难形成无缺陷的金属结构铸件。所以排气就成为决定压铸件质量的重要因素。这就不难理解真空排气对压铸工艺的重要之处了。

有些人认为真空作为一种有效的排气手段是可以由其它方式替代的，诸如多段压射，模具上开排气槽或采用冷却块集中排气等等。果真如此吗？很多压铸机厂商的许诺---他们的压铸机本身就可以根本解决排气问题，比如多段多速可调节压射系统应用。不可否认的是，多段多速压射将解决一些在压室内由于金属流动所产生的裹气问题，剩下的即是寄希望于理想的金属流动将气体由内向外全部排除出型腔。但事实上，压射的喷射效应不可能在瞬间转化成理想的金属流动，无法保证金属流动于气体之后，推动气体排除型腔。气体与金属的充分结合也无可避免，型腔内的气压上升也是事实。用新压铸机解决不了排气问题，最后联手与方达瑞合作采用真空排气的情况，在欧洲和亚洲客户中屡见不鲜。印度市场的进入就是方达瑞与布勒（Buhler）合作，通过帮助Sundaram Clayton解决Volvo的汽车备件气孔率问题而实现的。

传统的积渣包和排气槽设计---被动排气的过程就是金属与气体紧密接触的过程，随着排气的进行，型腔内的气体压力会逐渐增高，更加大了气孔的形成的可能。部分气体能从气槽中排出，说明型腔内的气压大于大气压力，而最后充型点的压力将是最终型腔气压的极限点。另外众所周知的问题是，被动排气还极可能会造成金属飞料，降低压射效率，污染环境并带来安全隐患。

无真空被动排气冷却块---由于最顶端的间隙通常设计成0.2毫米，以增大金属冷凝的机会，尽管底部被设计为0.8毫米或更大，这个最窄处截面也就成为排气的“瓶颈口”，所以该形式排气能力远远小于预想中的情况。另外波浪板型的设计中，忽略金属和气体流动特性的组合优化，也会给排气和金属冷凝带来困难，金属充不满或飞料就难以避免。更有由此带来的投影面积增大的问题。

在这里要说明的是，被动排气的种种形式确实能多多少少排出部分型腔气体，但并未从根本上解决排气问题，因为此时的型腔气压会是大于大气压的“正压”，与真空压铸的小于大气压的“负压”相比，效果是差别很大的。

三、何时需要采用真空排气

不采用真空排气，完全取决于对铸件质量要求的程度。对于那些低端产品而言，由于利润低薄，质量要求不高，真空排气带来的益处并不彰显；而对于其它高端产品而言，1%的成品率的提高就可能带来丰厚的回报，就能在极短时间内收回真空系统的投资，创造更大的效益。以德国宝马6缸发动机缸体为例，1%成品率的增加意味着每天多15万人民币的收益，所以其压铸生产100%采用真空工艺。

在下列情况下，厂商应考虑采取真空技术以提高压铸质量： ★型腔充注不完全

★在下道工序出现空气和气体气孔率 ★气孔率造成抗拉强度减弱 ★铸件内部组织松弛，气密性差 ★焊接性差或无法焊接

★在喷塑或电镀或涂粉等工艺後铸件表面出现气泡

充型不好是因为残留在型腔内的气体占据了充型空间，产生表面缺陷；当在下道工序，如加工或打磨时暴露出表层下的气孔时，将造成二次废品率；气孔还会造成金属结构不密实，铸件强度达不到要求；由气孔率产生的气密性问题将会带来内部气体或液体的泄漏；焊接处如果有气孔将使焊接失效；铸件表层的气孔还将使喷塑或电镀或涂粉脱层。

众所周知的真空系统是由真空机和排气元件组成。压铸真空发展时至今日，所谓的真空系统林林总总，技术诀窍各具所长，投资成本也相差很大，但压铸商真正所关心的哪种技术更适合于自己的压铸工艺，哪种系统能产生更大的效益，一句话性价比高的才是最终的选择。

从真空机来讲，大致分为三类：

1、由继电器和手动开关控制真空机，多为国产真空泵。价格低廉，操作简单，可由计时器关闭真空，但不具备工艺参数控制要求，用于低端质量要求产品排气，与冷却块匹配，无兼容性。

2、由PLC控制，国产真空泵或进口真空泵。可与单芯阀或冷却块匹配，由于排气元件的限制，无法测量真实的型腔真空度，由计时器或行程开关信号关闭真空，无法控制纯机械真空阀。

3、由PLC加触摸屏控制，参数控制，故障显示，即时型腔真空度曲线和真空值显示，工艺菜单存储，多语言界面；可兼容机械阀，时间/路径控制的单芯阀以及冷却块。进口真空泵及所有控制元件。

从真空排气元件分，为对应的以下三类：

2、由时间或路径控制关闭的单芯真空阀

3、由金属流动能机械关闭真空的双芯真空阀 从真空技术角度看以上分类的对应组合：

1、真空冷却块排气：所谓的“形式真空”排气，用于低质量排气要求 优点:

★启动真空排除空气和烟气直至金属充满型腔

★不同数目的冷却块可以被合并入一个模具(如一模多件)

★造价相对低廉 ★维护简单容易

★可与最简单的真空机匹配 缺点:

★真空停止由冷却块中金属凝固来实现 ★真空排气能力非常低 ★所占用的投影面积相对过大 ★有飞料的危险

★无法精确的控制排气量

★金属容易粘结在表面 ★重复使用精确度无法保证

★通道污染度高(与采用的脱模剂有关联) ★真空应用需要诀窍

2、由液压或气动驱动的，依靠路径/时间提前关阀的真空排气：所谓的“半过程真空”排气，用于一般质量排气要求 优点: ★排气能力高

★投影面积占用相对较小 ★集渣包较小 缺点:

★只可达到很小的真空度，因为真空在充型过程前很早时就已结束，模外的空气由于压差将渗入型腔，同时高温金属|

★一旦压射外形改变，用于关闭真空阀的计时器或极限开关必须加以调整 ★一次性投资成本较高 ★需要维护

★需要与之匹配的真空机

3、由机械阀靠金属动能关阀的真空排气：所谓的“全过程真空”排气，用于高质量真空排气要求 优点:

★真空阀将一直开启至压铸过程结束，低真空度将得以获得 ★排气能力高 ★节省重熔成本

★投影面积占用相对较小 ★可省却集渣包

★真空阀将由合金动能关闭，压射外形的改变对真空阀的功能无影响 ★真空压铸工艺过程得以精确控制 ★极高的重复使用率

★最可能达到理想的金属结构 缺点:

★需要相配的真空机实现其诸多功能 ★需要应用“诀窍” ★需要维护 ★需要备件

真空技术从应用到压铸工艺的第一天起就面临一个排气元件的问题。从排气过程上看，“形式真空”排气虽然简单经济，但无法实现工艺控制，换句简单的话说，就是无法知道真空排气的真实情况；“半过程真空”虽然可以强调在慢速阶段或者说金属在压室时的真空排气，通过加大真空阀和真空管路以及真空罐来达到超能力排气，理论上在此时的真空度将达到一个非常低的数值，但随着真空在充型前的结束，姑且不论由模具间隙侵入的空气，单单热金属射入时产生的烟气就会因为真空结束而无法排除。不难了解到，一单位的残余液体将产生1000倍以上体积的烟气，“半过程真空”至此可以说是前功尽弃了，这可以从图7看出其结果；“全过程真空”是与压射同步，实现全过程排气，最大程度上满足低气孔率的唯一手段，也是方达瑞一直致力于研究和推广的排气方式。

五、影响真空排气的因素

一些应用了真空系统的压铸商经常被这样的问题困扰：为什么压铸采用了真空系统后效果不明显？不乏有人得出这样的结论：用不用真空系统差别不大！为了更好地说明和回答以上疑问，我们首先来看看压铸件的质量组成，可以说，任何一个影响质量的因素都可以一票否决最终的铸件质量，这里所说的组成是指综合条件下的情况，任何人都可以对其组成持不同意见，但并不影响用它来说明问题。从图8可以看出，模具和压铸机将是影响铸件质量的最关键因素。

模具：包括型腔，浇口和流道以及排气口的设计布置和加工精度；还有起模顶针和滑芯的设计布置和加工精度。对于重复使用率要求极高的模具来说，其质量的好坏直接影响了铸件的质量，即模具质量差就根本谈不上什么产品的高质量了。有人说模具不好，真空起的作用有限，这是值得赞成的观点；但对于另一些人说真空对模具要求很高，就不能这么看了。应该说明的是，要想生产高质量的产品，模具必须要高质量，至于采用真空只是在此基础上解决排气的问题。就是说提高模具的质量并不仅仅是因为排气，而是为了提高整体的铸件质量。这一点应该没有疑问！模具的平整密合是最基本要求，从现象上看，不飞料就可以满足真空排气的应用。还有人问：是否在模具间加密封？答案是不必，因为我们要做的是尽可能排除型腔内的气体，但不是要求一定得将型腔内的气压降至绝对真空零毫巴，这既不经济也很不现实，况且密封的采用效果并不理想。再有，存在于型腔中的烟气在大多数的时候会被低估，并在排气设计中没有被计算到。最后，模具的经常性的维护不仅对模具寿命有益，也对产品质量的连续性和真空排气有利。

压铸机：同样的，好产品不大可能出自于状况很差压铸机。即使最好的周边设备的使用也并不能解决压铸机自身不良的状况。所以压铸机的选择也是出于对铸件质量考虑，而不是真空应用的额外要求。模板平行，锁模力适宜，压室和冲头的间隙不飞料，对于真空的应

用已足够。还有就是冲头的速度过快的工艺过程，对真空排气|

其次，真空系统的选择也会影响到其最终效果。选择“形式真空”（黑线）还是“半真空”（棕线），还是“全真空”（蓝线）将会直接影响到其压铸工艺结果。见图9，“形式真空”的最理想的排气情况约为“全真空”的50%，而“半真空”就很难说了，多数情况下比“形式真空”还不理想。这里还包括真空机和排气元件的合理选择。

第三，真空应用的“诀窍”。即真空应用设计，包括排气点的选取，排气道的布置和截面积大小，等等。作为一种理论也好，作为一种经验也好，真空应用有着它自己一定的规律可循。如果把真空技术简单的理解为一接上真空排气问题就解决了，那不是被供应商误导，就是对真空技术有误解。对于真空系统的供应商来说，只能提供设备而不能提供应用技术的，不可能会满足压铸商的质量要求。真空系统供应商必须要将真空应用的“诀窍”传授给压铸商，用以解决不同产品的排气要求。

第四．正确理解真空排气的效率问题。一个选型得当的真空机提供的是一种充分的瞬间排气能力。型腔的真空度只能接近但永远达不到真空罐的真空度，这是个效率的问题。如果排气时间足够长，冷却块绝对可以达到机械真空阀的排气效果，可实际上压铸的全过程排气时间只是在1至2秒左右，所以冷却块不能代替机械真空阀。还有就是型腔真空度的取值处，只有双芯机械真空阀能实现真正测量型腔的真空度，也就是“全真空”系统，这是因为真空阀的关闭是使用金属自身的动能实现的；其它的系统无法实现真正测量型腔真空值，以冷却块为例，取值点越靠近型腔处越好，但也只是近似值。这里要说明的是：型腔真空度一定要单独反馈给真空机测得，取值点不能在真空排气主管线上，尤其不能在真空罐上，因为真空罐的容积远远大于型腔容积，排气时压力上升很小，测得的值与真实的型腔真空度相差甚远。另外一点影响排气效率但又不为人们所重视的是模具的清洁与干爽程度，因为残留的液体越多，产生的烟气也越多，排气量也相应增加，在给定的暂短时间内，一定会影响排气效率。

六、方达瑞真空产品特点

★与所有排气元件兼容，包括机械阀，时间/路径控制阀和冷却块 ★彩色多语言触摸屏操作面板 ★可储存多达50套工艺菜单

★最新10次压射真空度和污染度结果保存 ★即时型腔真空度曲线显示 ★真空度调节(单通道除外) ★选用5台及以上真空装置，中央式真空系统更为经济

★依靠金属动能在1毫秒内机械关阀

★可用于冷室和热室的高压压铸机 ★易于安装和维护

★中型以上采用活动衬套结构 ★适用于铝，镁和锌合金压铸 ★可完全省去积渣包设计

《模具工程技术基础》电子教案[9]

[课题编号] 1-4 [课题名称] 压铸合金与压铸机 [教材版本] 任建伟主编、中等职业教育国家规划教材—模具工程技术基础，北京：高等教育出版社，2002。

1、了解压铸工艺对合金性能的要求；

2、掌握常用压铸合金及其工艺性能；

3、理解立式冷压室压铸机、卧式冷压室压铸机和全立式压铸机的工作原理；

4、了解压铸机合模力和压室额定容量的校核。

1、能分析立式冷压室压铸机、卧式冷压室压铸机和全立式压铸机的优缺点；

2、能进行压铸机合模力和压室额定容量的校核计算。 [教学重点]

1、常用压铸合金及其工艺性能；

2、立式冷压室压铸机、卧式冷压室压铸机和全立式压铸机的工作原理。 [分析学生] 压铸工艺是一种先进的铸造工艺，学生可能没有见过，没有感性认识。 [教学思路设计] 运用动画演示、对照图片讲解，以压铸机的工作原理为主线进行教学。 [教学资源] 压铸工件、图片等。 [教学安排] 2课时

教学策略：以压铸机的工作原理为主线，利用ppt创设教学情景，启发学生思考并及时归纳总结。

[教学过程] ※复习：

1、挤出成形能用于生产哪些塑料制品？其成形原理是什么？

2、压注成形和压缩成形主要用于成形什么类型的塑料？两者相比各有哪些特点？

3、压缩成形时,成形压力有什么作用？成形温度对成形工艺和塑件质量有何影响？

※导入新课：从铸造的基本知识入手，引出先进的铸造工艺－压铸工艺。 新课内容：

※概述：压铸是压力铸造的简称。所谓压铸工艺，就是将熔融的金属合金液在高压、高速条件下充满模具型腔，并在高压下冷却凝固成形的一种铸造工艺。应用压铸工艺成形的金属合金称为压铸合金，最终制品称为压铸件。压铸工艺使用的设备称为压铸机，模具称为压铸模。

1、压铸工艺对合金性能的要求 ※简要介绍：

（2）高温下有足够的强度、可塑性和较小的热脆性； （3）结晶温度范围小；

2、常用压铸合金及其工艺性能

（1）锌合金：常用于压铸成形的锌合金有ZZnA14（4铸锌）、ZZnAl4－0.5（4－0.5铸锌）和ZZnAl4－1（4－1铸锌）三种。 ※简要分析：锌合金具有优良的压铸性能：结晶温度范围小，不易产生缩孔、缩松等缺陷，压铸件组织致密；浇注温度较低，不易粘模，模具寿命高：容易填充成形，可压铸结构复杂的压铸件；压铸件精度较高。

※简要分析：铝合金的压铸性能：在冷却凝固时的线性收缩较小，因而具有良好的填充性能和较小的热裂倾向。但铝合金仍有较大的体积收缩，在最后凝固处容易生成较大的集中缩孔。铝和铁的亲和力较强，压铸铝合金时容易产生粘模现象。压铸铝合金的浇注温度高于锌合金。

（3）镁合金：压铸用的镁合金为ZMgAl8Zn（ZM5）。

※简要分析：镁合金的压铸性能：在压铸时与铁的亲和力较小，不易产生粘模现象，模具寿命较高，同时成分和尺寸的稳定性也都较好。但是镁合金压铸时容易产生缩孔和缩松，浇注温度也较铝合金高。由于镁很容易燃烧，镁液遇水会引起爆炸，空气中镁的粉尘也会自行燃烧爆炸，在镁合金生产的各个环节都应注意安全措施。

※简要分析：铜合金的压铸性能：铜合金的熔点高，压铸时的浇注温度高，因而模具寿命较短。硅黄铜具有很好的填充性能，能够成形薄壁压铸件，铸件组织致密、表面光洁。铅黄铜的熔点稍低于硅黄铜，但其含锌较高，压铸件冷凝时易产生脆性组织降低塑性，故其压铸性能低于硅黄铜。

（一）压铸机的类型及工作原理

压铸机是压铸成形的主要设备。常用的压铸机有冷压室压铸机和热压室压铸机两大类型，冷压室压铸机又可分为立式冷压室压铸机、卧式冷压室压铸机和全立式压铸机三种。

（1）立式冷压室压铸机的工作原理： ※按图1－50讲解：

①浇注：先使模具闭合，反料冲头退至图1－50a所示位置，然后将熔融合金液浇入压室；

②压射：压射冲头向下运动对合金液加压。此时反料冲头进一步后退至露出浇道孔，合金液随即以高压、高速通过模具浇注系统进入模具型腔；

③余料切断：待合金液冷却凝固成形后压射冲头返回，反料冲头向上运动切断余料并将余料顶出压室；

④开模取件：开模取出压铸件，完成一个压铸成形周期。

※简要分析：立式冷压室压铸机的优缺点。 （2）卧式冷压室压铸机的工作原理： ※按图1－51讲解：

①浇注：模具闭合后，将合金液通过压室上的浇料口浇人压室； ②压射：压射冲头向左运动，合金液经浇道和内浇口进入模腔；

③开模取件：待冷凝定型后打开模具，取出压铸件和余料，同时压射冲头返回。

※简要分析：卧式冷压室压铸机的优缺点。 （3）全立式压铸机的工作原理：

全立式压铸机即压射方向和开、合模方向均为垂直方向的压铸机。在全立式压铸机上压射冲头可以从下向上进行压射，也可以从上向下进行压射。

※按图1－52讲解：为从下向上进行压射时的成形原理。 ①浇注：将合金液浇入压室，然后闭合模具； ②压射：压射冲头进行压射；

③开模取件：待模腔内合金液冷却凝固成形后即可开模取件。 简要分析：全立式压铸机的优缺点。

2、热压室压铸机的成形原理 ※按图1-53讲解：

①浇注：压铸机的压室浸入装有熔融合金液的坩埚池内，压射冲头回程时，熔融合金液通过进料孔进入压室。

②压射：模具闭合后，压射冲头向下运动，压室内的合金液在高压、高速条件下沿着通道流经喷嘴充满模具型腔。

③开模取件：待合金液在模腔内冷凝成形后，即可开模取出压铸件。 ※简要分析：热压室压铸机的优缺点。

（二）压铸机的规格选择

设计压铸模时，应通过对压铸机有关参数的校核来确定压铸机的规格。其中对于模具安装尺寸和开模行程的校核与注射模相同，在此仅介绍合模力和压室额定容量的校核。

在压铸过程中，进入模具浇注系统和型腔的合金液对模具有一定的作用力，这个作用力称为胀型力。作用在模具分型面上的胀型力，称为分型面胀型力；作用在型腔各个侧壁上的胀型力，称为侧面胀型力。

（1）分型面胀型力的计算：

式中：Fzf—模具分型面受到的胀型力，kN；

Fz1—合金液直接作用于分型面上的胀型力，kN；

Fz2－抽芯机构所受侧面胀型力传递到锁紧斜楔时产生的沿合模方向的分力，kN。

①合金液直接作用于分型面上的胀型力Fz1的计算：

A1—压铸件及浇注系统在模具分型面上的总投影面积，mm2。

②抽芯机构所受侧面胀型力传递到锁紧斜楔时产生的沿合模方向的分力Fz2的计算：

模具无抽芯机构时，或抽芯机构由液压油缸锁紧时，Fz2＝O。 抽芯机构仅靠锁紧斜楔锁紧时，Fz2=pbA2tanα/1000 式中：A2-侧型芯受到侧胀型力的部分在垂直下抽芯方向的平面上的投影面积，mm；

α——斜楔锁紧面的斜角。

压铸成形时，压铸机的合模力应大于分型面胀型力，以防止合金液飞溅，保证压铸件尺寸精度。合模力校核按下式进行：

式中：F——压铸机合模力，kN；

K——安全系数，一般取K=l－1.3。

2、压室额定容量的校核

压铸机压室的容量应大于每次浇注所需的合金液总量，其校核公式为：

V1—压铸件体积，cm；

V2—浇注系统、排溢系统总体积，cm3； V3—余料体积，cm3；

1、压铸工艺，就是将熔融的金属合金液在高压、高速条件下充满模具型腔，并在高压下冷却凝固成形的一种铸造工艺。应用压铸工艺成形的金属合金称为压铸合金，最终制品称为压铸件。压铸工艺使用的设备称为压铸机，模具称为压铸模。

2、压铸工艺对合金性能的要求是：较小的收缩率；高温下有足够的强度、可塑性和较小的热脆性；结晶温度范围小；较低的熔点。

3、常用的压铸合金有：锌合金、铝合金、镁合金、铜合金。

4、常用的压铸机有冷压室压铸机和热压室压铸机两大类型，冷压室压铸机又可分为立式冷压室压铸机、卧式冷压室压铸机和全立式压铸机三种。

5、压铸成形时，压铸机的合模力应大于分型面胀型力，以防止合金液飞溅，保证压铸件尺寸精度。压铸机压室的容量应大于每次浇注所需的合金液总量。

1、压铸工艺对合金性能的要求有哪些？

2、压铸机的类型有哪些？它们各有什么特点？

3、如何选择压铸机的规格？ 教学后记：

班级：材料学号：姓名：韦春阳

08A—2 摘要：镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高等特点，被广泛应用于汽车、电子等领域，要扩大镁合金的应用范围，提高其力学性能是十分重要的一项十分关键因素。

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（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，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。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

二、镁的工业发展史发展史

镁是地壳中含量最丰富的元素之一，其丰度居第8位，约占地壳组成的2.5％，主要以白云石(碳酸镁钙)、菱镁矿存在，此外，海水中含镁约0.13％，可谓取之不尽，但人类认识镁却较晚.

1828年法国科学家A．A．Bussy用金属钾将镁从熔融的氧化镁中置换出来。

1852年R．Bunsen建立了一个小型实验电解槽用电解法生产镁。

1886年以Bunsen的电解槽为基础，在德国建立了首个商业性电解镁厂。

1910年世界镁产量约10t／a，到1930年增长到1200t／a以上。二战期间镁工业获得了飞速发展，从1935年开始，德、法、苏、奥、意等国分别建立了镁厂，美国的镁产能扩大了10倍，1943年世界镁产量约为235kt／a。

1943年世界镁产量约为235kt／a。此期间镁主要用来制造燃烧弹、照明弹、曳光弹、信号弹以及军事和飞机等军用设备的零部件。

二战结束后，1946年世界镁产量降低到25kt／a，世界各国开始考虑镁合金在民用工业的开发和应用，在以后的20年中，美国Dow化学公司在开发镁合金及其生产技术方面取得了突出的成就，为镁及其合金在冶金、航空、电子、兵器、汽车、化学及防腐、印刷、纺织等民用工业部门的应用开辟了道路，使镁工业出现了连续增长的势头，实际上从二战结束以来年均增长率在7％左右，现在世界上镁产能已达到550kt／a，2000年实际产量为430kt。

四、Mg-Zn 镁合金系特点

五、熔炼镁合金的生产工艺流程

六、熔炼镁合金的反射炉结构

8—支柱托辊和炉子倾斜托辊

七、AZ91镁合金剂熔炼法

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。

九、 镁合金的防腐蚀方法

镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铬酸盐系、有机酸系、磷酸盐系、KMnO4系、稀土元素系和锡酸盐系等。

传统的铬酸盐膜以Cr为骨架的结构很致密，含结构水的Cr则具有很好的自修复功能，耐蚀性很强。但Cr具有较大的毒性，废水处理成本较高，开发无铬转化处理势在必行。镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜，耐蚀性与铬酸盐膜相当。碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀镍的前处理，取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺。化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性，并能改镀镍层的结合力与耐蚀性。

有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能，在化学转化处理的新发展中占有很重要的地位。

化学转化膜较薄、软，防护能力弱，一般只用作装饰或防护层中间层。

阳极氧化可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基底涂层，并兼有良好的结合力、电绝缘性和耐热冲击等性能，是镁合金常用的表面处理技术之一。

传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铬、氟、磷等元素，不仅污染环境，也损害人类健康。近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较经典工艺Dow17和HAE有大程度的提高。优良的耐蚀性来源于阳极氧化后Al、Si等元素在其表面均匀分布，使形成的氧化膜有很好的致密性和完整性。

一般认为氧化膜中存在的孔隙是影响镁合金耐蚀性能的主要因素。研究发现通过向阳极氧化溶液中加入适量的硅-铝溶胶成分，一定程度上能改善氧化膜层厚度、致密度，降低孔隙率。而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增长，但基本上不影响膜层的X射线衍射相结构。

但阳极氧化膜的脆性较大、多孔，在复杂工件上难以得到均匀的氧化膜层。

激光处理主要有激光表面热处理和激光表面合金化两种。

激光表面热处理又称为激光退火，实际上是一种表面快速凝固处理方式。而激光表面合金化是一种基于激光表面热处理的新技术。激光表面合金化能获得不同硬度的合金层，具有冶金结合的界面。利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可制得单层和多层合金化层。

采用宽带激光在镁合金表面制备Cu-Zr-Al合金熔覆涂层时，由于涂层中形成的多种金属间化合物的增强作用，使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。而由于稀土元素Nd的存在，在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷，晶粒得到明显细化，能提高熔覆层的致密性和完整性。

激光处理能处理复杂几何形状的表面，但镁合金在激光处理时易发生氧化、蒸发和产生汽化、气孔以及热应力等问题，设计正确的处理工艺至关重要。

4、 其他表面处理技术

离子注入是在高真空状态下，在十至数百KV电压的静电场作用下，经加速的高能离子(Al、Cr、Cu等)以高速冲击要处理的表面而注入样品内部的方法。注入的离子被中和并留在样品固溶体的空位或间隙位置，形成非平衡表面层。

有研究认为耐蚀性能的提高是由于自然氧化物的致密化、注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果。所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有关，而基体表面的MgO对改性层的耐蚀性能的提高也有一定的促进作用。

气相沉积即蒸发沉积涂层，有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。它是利用能使镁合金中的Fe、Mo、Ni等杂质含量大幅度降低，同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷，避免形成局部腐蚀电池，从而达到改善防腐性能的目的。

十、 镁合金生产火灾预防及扑救对策

1、 镁合金切削工艺的火灾危险性

（1） 镁屑性质活泼,高温下极易燃烧。镁合金切削过程中,镁屑切口处大部分是未氧化的镁和镁合金。由于金属镁属一级遇湿易燃品,着火点及最小引燃能量低,加之切屑薄而小,比表面积大,因此高温环境下在空气中极易燃烧。

（2）高速切削时会产生高温,引燃镁屑。机械加工时,为充分发挥刀具的切削性能,提高生产效率和工件质量,一般要求较高的切削速度。而高速度的切削往往会使金属切屑的温度高达700°C~ 1 000°C,当缺乏冷却液的有效供应时,高温将足以引燃镁屑起火。 （3）镁屑燃烧温度高,火灾蔓延速度快,扑救难度大。镁一旦发生火灾,其燃烧温度可达3 000°C,燃烧热值高达25 121 kJ/kg。当镁屑呈粉状时与空气混合遇火能发生爆炸。此外,由于镁高温时遇水可发生化学反应放出氢气,故金属镁火灾中,水、泡沫、四氯化碳等灭火剂都受到限制,干粉、卤代烷灭火剂的灭火效果亦不明显,扑救难度大。

2、 镁合金切削加工工艺火灾预防

（1） 控制好切削速度。切削热的产生与切削速度呈同比例增长,因此切削速度对切削温度影响极大。在实际工作中我们发现,不同的切削速度产生的切削热会使切屑的表面氧化膜颜色发生变化。因此,通过不同切削速度下的镁合金切削氧化膜颜色,便可估算出安全的车床主轴转速。

（2）正确选择切削液。除非机械构造本身限制,在镁合金切削加工时应始终充分供应切削液以及时降低切屑温度。考虑到镁的化学特性,切削液的选择应避免采用可燃、具有强氧化性及含水量较高的液体,从而防止冷却液遇高温镁屑燃烧或反应放热起火。

（3）强化易燃、可燃物品的监管。冷加工切削过程中使用的润滑油及精密机床使用的液压油、导轨油、主轴油等大多为可燃液体,而且一般储油量都较大,如普通机床液压油约有20 kg~70 kg。所以日常工作中应加强设备的检修与维护,保持机床完好,严防漏油。对清洁机床后遗留的油抹布、油棉纱等,应及时清理,并与镁屑相隔离。

（1） 严禁使用水、泡沫、四氯化碳、二氧化碳灭火剂扑救。 （2）对已燃金属镁屑应选用D级灭火器。如7150、D类干粉、干砂等,考虑到目前国内市场上7150、D类干粉灭火器并不常见,而干砂对机床(特别是精密机床)损坏大,根据实际可就地取材选用75 %~80 %的覆盖熔剂粉加20 %~25 %硫磺粉经混合制成的撒粉熔剂灌装在手提干粉灭火器中进行灭火,效果明显。

（3）扑救镁屑火灾时,应使灭火器喷嘴与起火镁屑间保持一定距离,以尽量减少灭火器喷射过程中对镁屑的冲击作用,防止镁屑扩散形成爆炸性混合物。

十一、镁合金的发展前景

进入21世纪，镁的最大也是最为持久的热点是作为汽车、笔记本电脑、手提电话及电视机零件上镁合金压铸件的使用。我国将从两个大的方面来发展镁合金的应用，一是3C产品及其它轻工消费产品，另一方面是电动车及汽车零件。镁合金有4个主要系列：Mg-Al-Zn-Mn(AZ系列)，Mg-Al-Mn(AM系列)，Mg-Al-Si(AS系列)，Mg-Al-稀土(AE系列)，它们各具特有的使用性能，能满足多种功能的需要，将会得到广泛应用。