鎂合金是迄今為止開發(fā)的輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高比強度、高比剛度及可回收性等優(yōu)點，在交通、醫(yī)用及電子等工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在汽車上的應(yīng)用具有很大潛力。近年來，高溫鎂合金在許多領(lǐng)域呈現(xiàn)出的應(yīng)用潛力，提高鎂合金的高溫性能已成為鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵問題。


銻元素的添加對鎂合金力學(xué)性能有著顯著的成效，因此近年來備受科研工作者的關(guān)注。Mg–Al合金仍然是目前值得深入研究的代表性輕合金，具有很好的應(yīng)用前景，元素Sb作為工業(yè)上常用的變質(zhì)劑，因加入鎂合金中可以形成Mg3Sb2相而廣受關(guān)注。Sb元素的加入使Mg3Sb2顆粒相形核，從而使Mg2Si金屬間相的形態(tài)由漢字狀變?yōu)槎噙呅危纳屏似淅煨阅堋?br />
因此，與基體合金相比，向鎂合金中添加銻元素可以改善合金的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高合金抗拉性能和韌性。而元素Sn和Si在元素周期表中屬于同族元素，元素Mg和Sn可以形成Mg2Sn相。Sb元素的加入可使細小的Mg3Sb2顆粒分布在晶界細化Mg17Al12析出物中，形成良好的微觀組織結(jié)構(gòu)而改善其抗拉性能。有研究人員報道，由于Mg3Sb2相可以作為熔體的異相成核中心，Sb元素的添加可顯著細化α–Mg基體相的晶粒尺寸。


有研究結(jié)果表明，Sb元素的加入可以降低鎂合金的織構(gòu)，細化Mg–9Al–5Sn鎂合金的晶粒，具有較好的室溫力學(xué)性能，該合金體系中有Mg2Sn和Mg3Sb2等穩(wěn)定的高溫合金相，因此推測該合金體系將呈現(xiàn)良好的高溫性能，每種晶格類型的金屬都有特定的滑移系，滑移系數(shù)量不同，晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系也不相同；晶體的滑移系越多，滑移越容易進行，塑性也就越好。

鎂合金屬于對稱性低的密排六方晶格結(jié)構(gòu)，室溫滑移系少，室溫塑性變形能力較差，這成為限制鎂合金應(yīng)用的因素之一，鎂合金在高溫變形時，隨著溫度的升高可以開啟一些其他滑移系（如非基面滑移系、滑移系），很大程度上能夠提高鎂合金的塑性變形能力。同時，由于激活了基面滑移系和棱柱面滑移系，晶界滑移也得以啟動，可以獲得較高的塑性變形，所以學(xué)者們將目光轉(zhuǎn)向鎂合金的高溫變形方面，文中基于Mg–9Al–5Sn鎂合金的研究基礎(chǔ)，對擠壓態(tài)Mg–9Al–5Sn–x Sb鎂合金進行高溫性能研究。

目前，我國工業(yè)領(lǐng)域普遍采用鎂鋯中間合金作為晶粒細化劑，市場現(xiàn)有產(chǎn)品存在鋯元素細化效率低（低于40%）、鋯顆粒大量沉積、細化劑成本高、雜質(zhì)含量高以及細化工藝操作不穩(wěn)定等諸多問題，給實際工業(yè)應(yīng)用帶來不小困難。

“鎂合金的晶粒尺寸控制技術(shù)是對鎂合金材料性能調(diào)控的根本、顯著的技術(shù)方法之一，鋯元素和稀土元素均為鎂合金的有效細化元素，如何充分發(fā)揮好這些元素在合金中的作用，是我們一直研究的。

基于前期針對稀土和鋯元素對鎂合金耦合細化機制的研究成果，包頭稀土研究院輔之以全新的冶金工藝制備方法，讓分布更密集、體積更小的鋯粒子為鎂晶核提供更多的附著機會，同時稀土元素加強了結(jié)晶過程中鎂晶核在鋯粒子表面的附著能力，可以實現(xiàn)鎂合金晶粒的率細化。

數(shù)據(jù)顯示，稀土鎂鋯晶粒細化劑中的細化粒子尺寸較傳統(tǒng)降低2/3，納米級顆粒含量占粒子總量的60%以上，顆粒之間無團聚現(xiàn)象。合金材料經(jīng)細化后，晶粒尺寸可再降低20%，達到35微米以下，晶粒細化效果顯著，更細的晶粒將為材料帶來更好的力學(xué)性能。

目前該產(chǎn)品已經(jīng)完成小規(guī)模生產(chǎn)工藝的研發(fā)，產(chǎn)品已經(jīng)客戶使用驗證，產(chǎn)品細化效率大于80%，成本較傳統(tǒng)鎂鋯晶粒細化劑降低20%以上。

這項技術(shù)對稀土鎂合金鑄錠產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化意義非凡，它可以有效地減少產(chǎn)品內(nèi)外金屬顆粒的不均勻性，讓內(nèi)外合金顆粒大小基本保持一致，地提高合金的應(yīng)力水平，讓合金更耐用。”

節(jié)約成本，性能等同現(xiàn)有材料

伴隨新能源汽車以及國內(nèi)5G通訊的高速發(fā)展，更輕、散熱性能更好、耐腐蝕性能的輕合金材料市場需求強烈，但對應(yīng)性能的要求也越發(fā)苛刻。

“針對內(nèi)蒙古地區(qū)特有稀土資源優(yōu)勢，我們對鑭、鈰等稀土元素對鎂合金散熱性能的作用機制進行研究，開發(fā)出系列低成本散熱稀土鎂合金工程材料，綜合性能已等同于現(xiàn)有鋁合金散熱材料，散熱器件的制作成本相比鋁合金節(jié)約5%以上。”

基于稀土對鎂合金散熱性能的作用機制和對鎂合金的晶粒尺寸控制技術(shù)的突破，包頭稀土研究院在半連續(xù)鑄造及冷室壓鑄的產(chǎn)業(yè)化方面取得了新突破。

目前，半連續(xù)鑄造技術(shù)，突破熔體凈化細晶技術(shù)、低頻電磁鑄造控制技術(shù)、自流式澆鑄控制技術(shù)等技術(shù)，經(jīng)過技術(shù)集成，突破性解決大尺寸稀土鎂合金棒材內(nèi)應(yīng)力大、徑向晶粒尺寸差異大、力學(xué)性能不均等技術(shù)難點。這項合成技術(shù)代表國內(nèi)的鎂合金材料半連續(xù)鑄造技術(shù)，為后續(xù)大尺寸、鍛造輪轂以及擠壓型材的低成本化奠定了技術(shù)與產(chǎn)品基礎(chǔ)。

包頭稀土研究院引進內(nèi)蒙古地區(qū)科研院所中的大噸位冷室壓鑄系統(tǒng)QC-830，現(xiàn)已實現(xiàn)工業(yè)常用泵機電機外殼的壓鑄制備，具備了300噸/年稀土鎂合金薄壁器件制備能力，相比傳統(tǒng)重力鑄造、砂型鑄造等方式，綜合效率提升30%，僅人工成本支出一項降低幅度達60%，對稀土鎂合金材料的下游終端應(yīng)用起到有力推進作用，稀土鎂合金壓鑄技術(shù)與產(chǎn)品終端市場未來可期。

對未來的技術(shù)研發(fā)，胡文鑫表示，研發(fā)團隊將面向通訊工程及民用電子行業(yè)的散熱鎂合金與功能性鎂合金材料進行研究；對鎂合金材料的低壓鑄造、半固態(tài)成型等加工成型技術(shù)進行研發(fā)，實現(xiàn)對應(yīng)器件與制品的示范化應(yīng)用。

鎂合金棒材可廣泛應(yīng)用于航空航天、高鐵、3C數(shù)碼、汽車零部件、LED、電動工具、自行車等領(lǐng)域，下面一起來看下鎂合金棒材棒材的熔化工藝。

鎂合金棒材的熔化工藝

1. 可將鎂錠預(yù)熱到150℃以上的預(yù)熱熔爐

2. 加錠到熔化爐中的設(shè)備

3. 一個熔化系統(tǒng)

4. 熔爐的坩堝為中碳鋼，外包一層耐熱鋼；

5. 料液的傳輸采用電加熱的不含鎳耐熱鋼管完成

6. 將料液加入壓鑄機內(nèi)可通過下列各設(shè)備進行，如手動給湯、虹吸管、氣泵、活塞泵、電磁泵等；

7. 熔爐上配有蓋子。上面有必需的溫度測量、液面控制、輸料管、給湯泵、保護氣體系統(tǒng)，以及用來檢查及清潔熔爐的開口。

鎂合金棒材的預(yù)熱溫度為150℃~350℃。水的沸點為100℃，所以低為150℃，隨著溫度的升高，鎂合金棒材的化學(xué)性質(zhì)越來越活躍，很容易發(fā)生化學(xué)變化（氧化）。當(dāng)鎂合金棒材加熱到350℃時，應(yīng)加保護氣體保護。

鎂合金棒材熔爐：鎂合金棒材可在用電熱絲、油或氣加熱的熔爐中熔化。因氣價低廉，美國普遍使用氣熱爐。然而，因為氣熱爐上垢塊會導(dǎo)致坩堝磨損及水氣形成的弊端，現(xiàn)正大量使用電熱爐。在歐洲，電熱爐占主導(dǎo)地位。電熱爐操作簡單，能控制溫度。在熔爐內(nèi)部和發(fā)熱元件附近都安裝了熱電偶來防止過度加熱。

鎂合金棒材在汽車有哪些優(yōu)勢：

為了提高汽車的燃油效率和降低其廢氣排放，減輕汽車的重量至關(guān)重要。為了達到這一目的，用鎂合金棒材來制造合適的汽車零部件似乎是一種顯而易見的明智之舉。作為一種輕的結(jié)構(gòu)金屬，鎂比鋼輕75％，比鋁輕33％左右。還可以提供許多好處，其中包括：

鎂合金棒材在汽車有哪些優(yōu)勢

（1）通過使汽車重心后移，減輕前部重量，可以提高汽車的加速/減速、操控/轉(zhuǎn)向響應(yīng)性能。

（2）由于鎂合金棒材可以鑄造出完整的大尺寸部件，而不必像鋼件那樣需由眾多單個零件組合而成（這些零件容易相互摩擦，并引起振動），從而可將汽車噪聲減至小。

（3）由于鎂鑄件可能比同樣的鋼制零件更廉價（尤其當(dāng)年產(chǎn)量小于20萬件時），因此可以降低制造成本。鎂鑄件的加工成本要低于由多部分構(gòu)成的鋼制沖壓件，因為加工沖壓件的每個部分都需要相應(yīng)的模具。例如，加工一件由30個部分構(gòu)成的鋼制儀表盤橫梁需要30套工裝，而鑄鎂件橫梁只需要6套工裝。

鎂合金的擠壓成形都是在熱狀態(tài)下進行，擠壓方法有正向擠壓法，也可以采用反向擠壓法，但絕大多數(shù)擠壓鎂材即約90%以上的鎂合金擠壓材是用正向擠壓法生產(chǎn)的。

擠壓是指對放在擠壓筒中的錠坯的一端施加壓力，使之通過模孔以實現(xiàn)塑性變形的一種壓力加工方法。

其優(yōu)點如下：

1）擠壓具有比鍛造、軋制更為強烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬可發(fā)揮大的塑性。對塑性變形能力較差的鎂合金尤為重要，通過擠壓，可有效細化鎂合金的晶粒組織，提高合金的強度和塑性。

2）擠壓工藝靈活，操作方便，在一臺設(shè)備上僅通過換模具即可生產(chǎn)各種板，管，棒，型材，使各種形狀產(chǎn)品在一道工序成形。擠壓是適合市場需要的多品種，多規(guī)格，小批量，短期交貨的生產(chǎn)方式。

3）生產(chǎn)尺寸精度高，表面質(zhì)量好。

綜述：AZ80特點是比強度高且耐腐蝕較純鎂大幅提升，主要用于電器產(chǎn)品的殼體、小尺寸薄型或異型支架等。A代表金屬鋁Al，Z代表金屬鋅Zn，8代表鋁的含量為8%，0代表鋅的含量為0.20-0.80%。一般為鑄造件直接進行機械加工或者采用鍛造件進行加工或者擠壓成形。

分類：AZ80屬鎂鋁鋅系合金中高含鋁量合金，高含鋁量具有較高的強度，但其塑性成形能力較差，

化學(xué)成分：

執(zhí)行GB/T5153-2016《變形鎂及鎂合號和化學(xué)成分》國家標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：