铸造镁合金的应用和技术进展（二）

HEATS

    3．2．2 流变铸造 
    流变铸造采用金属熔体做原料，冷却搅拌产生半固态合金浆料后，以管路或容器输送至压铸机直接成形，对于流变铸造，由于非枝晶半固态合金浆料在保持、状态控制和输送等方面存在着困难，在很大程度上限制了其工业应用，从而慢于触变铸造工业应用的步伐。随半固态铸造技术的进展，触变铸造在预制材料均匀性及成本、感应加热控制及材料消耗、成形过程的可靠性及重复性、废料回收等方面的限制越来越明显，其经济效益很难尽人如意，因此开发流变铸造再度受到人们的重视，日本日立制作所及UBE都开发出新的流变铸造工艺及设备。总之，流变铸造不仅可以低成本生产高质量的成形件，而且生产流程将比触变铸造显著缩短，更易于与传统压铸技术接轨，减少设备投资。显然，流变铸造技术将会有更大的应用潜力。 
    4 高性能铸造镁合金的研究进展 
    4．1 耐热镁合金 
    耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件(如发动机零件)材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。 
    Mg—Al—Si(AS)系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175 cC时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是，AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状MgaSi相的形态，细化Mg2Si颗粒，提高AS系列镁合金的组织和性能。 
    4．2 耐蚀镁合金 
    镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决： 
    1)严格限制镁合金中的Pe、Cu、Ni等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金 A380，比低碳钢还好得多。2)对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢。 
    4．3 阻燃镁合金 
    镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但他们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。 
    纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。 
    最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加入几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、MP3壳体等电子产品外壳。 
    4．4 高强高韧镁合金 
    现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Mg—Zn和Mg—Y合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；加入Ag和Th能够提高Mg—RE—Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快速凝固粉末冶金、高挤压比及等通道角挤(ECAE)等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性。 
    5 我国铸造镁合金的应用概况 
    5．1 生产受技术和装备的制约 
    目前我国原镁产量居世界首位。2000年全国产量约200000t，80％以上作为初级原料低价出口，国内消费20000t左右。其中只有2000t用于桑塔纳轿车变速箱壳体，其余均作为合金制备等一般用途。由于镁合金的技术装备和开发应用相对滞后，国内镁行业表现出严重的结构性矛盾。我国有色金属压铸已有相当的基础，现拥有压铸厂点及相关企业总共约3000家，压铸机制造厂约有20家，年产压铸件300000t。其中铝压铸件占75．5％，镁压铸件仅占1％左右。上海乾通汽车附件有限公司为上海桑塔纳轿车生产镁合金压铸变速箱外壳已有多年历史。但总体上看，与发达国家相比我国的压铸件综合质量较差(加工余量大、废品率高、合金利用率低、铸造工艺装备基础条件差、环保和能耗问题较严重、缺乏专门人才和新工艺新产品开发能力)。致使产品价格较高缺乏竞争力。可以说我们现有的基础完全不能适应镁合金产业化的要求。虽然镁合金从铸造工艺性看是一种非常适合于压铸的金属材料，但生产实践表明，镁合金压铸需要很高的技术水平和经验的积累。总的讲镁合金压铸的生产技术水平现在还很低，相对铝合金压铸，镁合金压铸件的质量和产量的稳定性较差、废品率较高，致使镁合金产品价格较高，制约了镁合金产品的推广应用和新产品的开发。应充分重视实现我国镁合金产业化过程中相关应用基础工作的研究和镁合金专门人才的培养。 
    5．2 政府高度重视 
    在“九五”期间科技部已开展了“镁合金材料在轿车上的应用研究”、“阻燃镁合金的研制”、“高品质牺牲镁阳极的研制”等课题的研究。前期投入的研究工作还有镁合金标准的研究、管理与运行机制创新研究等相关内容。2000年科技部启动了“镁合金开发应用及产业化”的前期战略研究，现该项目已列为国家“十五”重大科技攻关重大专项，正组织力量联合攻关；在国家“863”计划中也安排了有关镁合金新材料、新工艺的研究内容；国家计委也将镁合金产业化列为今年高新技术产业化示范项目；兵器等军工集团也开始启动了相应的研究开发计划。 
    5．3 国际合作日益活跃 
    2001年5月，中国台湾工业研究院一行5人前来祖国大陆考察访问，并就大陆、香港、台湾地区共同开发镁合金应用技术达成合作备忘录；香港生产力促进局也曾就该项目的合作事宜派人来京进行了多次洽谈；香港力劲公司与清华大学合作成立了“压铸高新技术研究中心”；海峡两岸及香港已成立镁合金项目协调小组；清华大学成立了中俄“轻金属材料”国际合作实验室；2000年10月组织国内有关专家赴欧洲就镁合金工业化应用项目进行了考察、调研；中美有关部门也正在积极洽谈、沟通；宁夏华源与日本华源公司和日本金属株式会社还签署了共同开发耐热镁合金的合同书等。 
    5．4 企业态度非常积极 
    上海汽车(集团)公司、一汽集团、东风公司、奇瑞、长安、江铃等汽车企业都在用镁合金零部件；重庆隆鑫集团和西南铝业集团公司等单位合资组建的重庆镁业科技股份有限公司已经开发出了10多种镁合金摩托车零部件。这些镁合金零部件累计装车30多万辆。其单车用镁量达5 kS，总减重约3kg。  5 q6 c8 r6 j& R8 p. b. |& ^" x