镁合金压铸件生产技术的研究

1、镁合金压铸件生产技术的研究重庆大学硕士学位论文镁合金压铸件生产技术的研究姓名：谭钦平申请学位级别:硕士专业:材料学指导教师:龙思远2002. 11. 10 塑茎重壅查堂堡主堂笆笙芒摘要镁合金作为一种工程材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度，以及良好的电磁屏蔽能力、良好的铸造性能和易于再生利用等一系列独特的优点，在汽车、 摩托车上的规模应用能减轻产品重量、减震降噪、降低油耗和排放污染、提高产 品动力学性能。/本研究在没有镁合金压铸生产基础的条件下，用现有的试验设备 和生产设施，进行了摩托车镁合金压铸生产技术研究开发。研究过程屮，以现有压铸生产技术为基础，针对镁合金的铸造工程物理化学性，研究了镁合

2、金压铸生产中所需的原材及辅料、设备、工艺等方面的内容, 解决了镁合金物理化学性能并界为压铸牛产带來的技术难题，建立了由镁合金熔 炼保护、浇注、压铸工艺、压射参数选择及控制、压铸件表面处理组成的摩托车镁合 金压铸生产技术系统。木课题通过对熔盐的热物理性质和功能研究，配制了一种有效的保护精炼熔 剂，其成分为。同时还研究了气体保护效果与镁合金熔体温度的关系。通过对摩托车十多个零部件的试验性生产，研究了镁合金压铸与铝合金压铸 的区别，得到了获取高质量镁合金压铸件的压铸工艺参数的调控原则和措施, 用该工艺获得的镁合金压铸件铸态本体抗拉强度在以上，延伸率为以上。通过分析和总结镁合金常见的表面处理方法及研究

3、项目实际,形成了一种有的表面处理方法;此外，还初步研究了镁合金压铸件堡堕些三鳖关键词:镁合金压铸保护剂，压铸工艺表面处理一羔兰鲨妄 薑窦盔堂孽:兰壁笙茎勰,，秘% %9,.%,) o99%魏笙兰?量鱼垩塵查堂堡土笙芒第一章绪论引言资源和环境已成为世纪可持续发展的首要问题。从世纪末到世纪初，由于人类文明的飞速发展，金属材料的消耗与闩俱增，一些金属矿产资源逐 渐趋于枯竭。有些金属如铜、铅、锌只能持续儿十年，有些如铝、铁也只够使用一百年到三百年。我国是贫铜的国家，铁的储藏量也不是很丰富，铝土矿的品 质不高,从蕴藏量和品质上讲，上面儿种矿产资源我国都不占优势。枇界镁矿资源 及其丰富，而镁作为一种轻质工

4、程材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度，以及 良好的电磁屏蔽能力、良好的铸造性能和易于再生利用等一系列独特的优点，其 潜力尚未充分挖掘出來，片发利用远不如钢铁、铜、铝等成熟。在很多传统金属矿 产趋于枯蝎的今天，加速开发镁金属材料是社会可持续发展的紧迫任务之一。镁是地球上储量最丰富的轻金屈元素z,地壳表层的含量为.%,镁在盐湖及海洋中的含量也十分巨大。我国是镁的资源大国，菱镁矿储量居世界首位,亿吨，占全球储量的%?。此外,在青海盐湖述有储量巨大、我国所独有的廉价高品质镁资源。镁合金是世纪绿色金属结构材料，具有优越的比性能和阻 尼吸震降噪特性，在汽车、摩托车上的规模应用能减轻产品重量、减震降噪、降

5、 低油耗和排放污染、提高产品动力学性能。年我国原镁产量已届世界首位，占全球产量的。由于国内还没有形成镁加工产业体系，应用领域的开拓更为滞后，年全国原镁产量的以上作为 初级原料低价出口。在国内消费的/原料小，只有多吨以压铸件形式用于 桑塔纳轿车变速箱壳体，其余均作为合金制备等普通用途，产业结构极不合 理,属典型的以牺牲资源和环境为代价的原料出口型工业。因此，利用镁合金的诸 多优良特性，推动镁合金在我国交通工具上的应用及产业化，是将我国的镁合金资 源优势转化为产品、技术优势的必然途径。随着全球经济一休化进程的加速，为迎接加入后带来的挑战，降低能源消耗、提高能源利用率、减少环境污染以及节约地球有限资

6、源是当今人们所 面临的一个十分重要而紧迫的问题。制造加工业在产品设计时越來越迫切考虑产品 的轻量化问题。因此，我国汽车、摩托车等交通行业的骨干企业，已经结合具体产品或部件制订出采用镁合金的新产品研究开发计划。世纪年代以來，镁合金的应用领域的快速扩展，已经引起了世界各国政府的普遍重视。美国、德国、h本和澳大利亚等国相继出台了各h的镁研究 计划，将镁资源作为世纪的重要战略物资，加强了金属镂及镂合金在资源、加工、 应用第一章绪论重庆人学硕十论文等方而的研究开发，并着力扩大应用数量和范围。这些计划的共同点都是以 产业化为目标，以技术集成为特征，以汽车工业和电子信息工业为主要用户，由政府 组织协调，以研

7、究单位与生产厂家联合开发为主要形式。其中，德国推岀的划最有代表性。该计划由德国所人学、研究所和余家企业联合实施，其日标是解决模具制造、装备、加工工艺和表面处理等镁合会铸件成形过程的 各种关键技术难题,建立一套完整的镁合金压铸及加工的工艺规范。这些计划的制 定与实施极大地推动了德国镁合金的开发和在交通上的应用。由于看好镁合金在汽车上已存在和潜在的巨大市场，一些国际性仓业、财团纷纷斥巨资进行开发研究，抢占由场。因此，自世纪年代以来，在世界范围内，镁合金作为一种迅速崛起的新兴汽车结构材料，每年以的速率连续保持速増长，远远高于铝、铜、锌、牒以及钢铁的应用增长速度，这在近代工程金 属材料的应用中是前所未

8、有的。镁合金产品的加工和应用在国际上近几年刚刚形成需求市场,主要市场在欧 盟、北美、二木和韩国等地区。就镁合金产品国际市场需求来看,市场容量大、 层次多。世界发达国家和地区的镁合金产品生产会在我国加入后会逐步向我国转移， 现在应是形成镁合会产品生产应用能力、提升镁合金产品出口附加值的最好 时机。因此,一项十分紧迫而艰巨的任务摆在我们面前:针对我国交通镁合金生产 应用技术落后，生产装备少、能力弱，产;端错质低的现状，从镁合金在交通上应用及 产业化急需的关键共性技术入手，实丿施科技攻关，尽快形成具有独立知识产权的 镁合金、亚用技术，促进传统制造业的改造，形成一批新兴的高新技术镁合会加工 产业，加快

9、在交通领域的应用，提高我国产品的国际竞争力，带动我国镂资源优势向 产品和经济优势转化。镁合金在交通工具上应用的优势及其成型工艺的现状.镁合金在交通工具上应用的优势眨。世纪年代以来，各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提岀了越 來越严格的限制。年欧洲汽车制造商提岀“公汽油轿车”的新概念。美国提岀了 “”新一代交通工具的合作计划。其目标是生产出消费者可承受 的每百公里耗汕公升的轿车，且整车至少以上的部件可以回收。这些耍求迫 使汽车制造商采用更多高新技术,生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新 代汽年。据测算，汽年自重减轻%，其燃油效率可提高.%,如果每辆汽年能使用 公斤镁，的年排放量就能减少以上

10、。镁作为实际应用屮最轻的金属结构 材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。口前，用于汽车减重的结构材料有高性能比的铝合金，工程塑料,镁合会，复 第一章绪论重庆人学硕士论文合材料等，复合材料的工艺较复杂，用复合材料制造的零部件常用于特殊要 求的场合;表.是汽车用结构材料的性能比较表：表.：汽车州结构材料的性能比较导热系数减震系数拉伸强度比拉伸强比重弹性模量比弹性模°。ii量度强度/比重vi%9 口 3l99 合金？ ？ 工程塑料99 匚i .击.由表可以看出，镁作为一种轻质工程材料，具有比重轻、高比强度，以及 良好减震降噪能力。此外，镁合金还有铸造性能好、机加工性能优越

11、和易于 再生利用等一系列优点，因此，在汽车、摩托车上应用镁合金,在改善车辆动力性能 和降低能耗的同时，还能提高车辆的驾驶舒适度改善了车辆动力性能和降低能耗, 提咼了车辆的驾驶舒适度。近年来许多汽车用零部件已山其它结构材料逐步改用 镁合会材料，这也是未來汽车轻量化发展的趋势。近年來，世界各国高度重视镁合金的研究与开发，将镁资源作为世纪的重要战略物资，加强了镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发 研究，镁合金已成为令人瞩目的绿色坏保工程材料。 镁合金铸造成型工艺的现状对于镁合金铸造成形而言，摩托车、汽车零件生产可采用砂型铸造、金属型 铸造及压力铸造等生产工艺。由于砂型铸造工艺成品率低、

12、易产生显微缩松而 降低其使用性能;金属型铸造工艺虽然克服了砂型铸造工艺的一些缺点，但其生产 效率低，不适合大批量生产，因此摩托车、汽车零件大部分采用压力铸造工艺进行生 产。压力铸造是液态或半液态金属在高压作用下，以合理的速度充填铸模型腔, 并在压力下快速凝固成型而获得铸件的一种铸造方法，可以成型薄壁、形状复 杂、轮廉清晰的铸件。该工艺生产效率高平均每小时可压铸次，可进行连续的大量生产，产品质量好尺寸精度高,表面光洁度高，机械性能高，经济效益好金属利用率高，节省加工工时。压力铸造工艺目前已成为移动电话、笔记本电脑、摄像机等家电产品外壳、摩托车汽缸体、曲轴箱体、曲轴箱盖、发动机缸 体、缸盖等摩托车

13、零件以及轿车方向盘、仪表面板、变速箱壳体等汽车零件的主 要成形工艺,在欧、美、同等国以及我国的台湾省已有不少的应用实例，尤其是我国 台湾第一章绪论重庆人学硕十论文省自年以来大举向镁合金压铸：；进军，口前无论其生产规模述是技术水平均居亚洲第一，并跻身世界先进z列。由于压力铸造使镂合金液高速充填铸模型腔，弥散状态的金属流与型腔内的 空气高度混合，最终在压铸件内形成弥散分布的气孑。因此，压铸件一般不能进 行热处理强化。为了消除这种缺陷，提高压铸件的内在质量，近年來美、同等国和继研究,？发岀了金属半固态成形，真空压铸和充氧压铸等新工艺。金属半固态成形工艺可分为半固态铸造成形和半固态压射成形阿种工艺技

14、术。它具有充型平稳、无金属喷溅、金属氧化损失少、节能、操作安全、铸件组 织致密等优点，但目该工艺尚不完全成熟，仅有国外少数厂家采用该工艺进行生产。着该工艺技术的不断完善，以及镁合金应用的日渐广泛，金属半固态成形工 艺的应用必会越来越广。国内外镁合金应用及研究现状综述国外镁合金应用现状及发展趋势“ ” “世纪年代以后，由于全球范围的能源紧缺和环保压力，轻量化、无污染和可再生的材料逐渐成为现代汽乍材料的发展方向，发达国家下在逐步用镁 合金取代钢、铝合金和工程塑料生产汽车零部件。年代仞，北美汽车制造商为达到 平均燃油标准目标,用镁合令代铝减轻汽车的重量获得成功.年代术到年代初，欧洲、闩木以及南韩也，

15、始启动各自的研究和发展计划.年欧洲汽车制造商提出“公升汽油轿车”的新概念,美国提出了 “”新一代交通:具的合作计划，目标是生产出每百公里耗油公升的人客车，且整车以 上的部件可以回收。这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量 轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。镁合金以其比重轻、比强度和日度高、 减震性能好、成本低以及冋收率高等特点在与其它诸如铝合会、工程塑料等结构 材料的竞争小已取得明显优势并再度受到各国特别是发达国家的重视和青睐。h前 镁压铸件的应用已超过余种。国际镁协提供的资料表明，从到年问，全世界对镁的需求量将成倍増长年世界镁压铸件用量为万吨,而年高达万吨。预计年间全球压铸镁的

16、用量以年平均的速率增长，北美达%，欧洲高达%近十年來,铸造镁合金汽车零部件在欧美、日木等发达国家汽车工业中的应 用岀现了持续快速增长势头。镁合金以很高的年增长率逐步取代钢、铝甚至工 殍塑料等传统材料，正在成为门类众多的汽车材料小的重要角色。根据国际镁协会 的预测，随着世界汽车业的不断发展，将促使镁需求持续增长,到年世界汽车 保有整将比目前増加一倍，达亿辆。今后年汽车工业需求镁増长将达%。笙二主丝笙垩盛垒堂堡土丝芒日前，国外单车镁合金平均用量约公斤/柏单车镁合金用量达公斤,掘评估，在年，镁合金用量将提高到公斤，辆最高车镁合金用量超过公斤。据福特公司评估，到年，轿车镁合金用量将达到公斤。进入世纪,

17、在欧美发达国家汽车工业轻量化、节能、环保的要求和改善汽车的结构和动力性能的促成卜，镁合金压铸件在汽车上得到。泛应用。因此，镁合 金铸件生产已成为镁的最重要、发展速度最快的应用领域。在美国和欧洲，汽车业处于世界领先地位,均：多汽车零部件采用镁合金铸造 生产。h镁合金压铸汽车零部件至少已超过种，如:汽车仪表板、座位架、方 向操纵部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂等。表是欧美采用镁合金制 造的汽车零部件。表欧美采，镁合金制造的汽车零部件,，】汽车厂家用镁合金制造的汽车零部件汽车盖、滤油器壳、空气滤清器壳、配电器、挡泥板支架、方向盘、狄渣盒门、前大灯罩、前大灯托架、前大灯框架、发动机盖格栅、通用 进

18、气格栅中心座。配电器、挡泥板支架、离合器壳休、制动器及离合器踏板托架、转福特向柱定位机架、分动器壳体。大众曲轴箱、变速器壳、增压器壳、离合器壳奔驰座椅架沃尔沃节气门连杆、手制动器连杆、车门外把手仪表盘奥迪镁合金压铸件的优点主要有:减震性能优越、重量轻、产品集成化高。例如:轿车镁合会仪表板可将原设计中个零件集成为一个压铸件;意大利用镁合 金替代铝合金生产的轮毂不仅能提高其疲劳性能，还节约重量以上:瑞典最新出的轿车是高科技设计及新材料开发应用的结晶，仅重，共用轮毂等镁合金占毛重的%铸件:镁合金叮降低零部件加工及组装费用；减少发动机及动力传动系统的震动与噪声等口 ' l世界各大汽车公司已经将

19、 镁合金制造零件作为重要发展方向。在欧美国家屮，齐国的汽车厂商极力争取采用 镁合金零件的多少來作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷 纷使用镁合金。目前欧美绝大部分新开发的轿车均规模采用镁合金压铸件公斤。随 看汽车轻量化、节能和环保的要求同益迫切驱动的批界性镁合金应用，各大汽 车制造商为了获得稳定的镁合金供应、确保镁合会价格和质量,纷纷投资原镁产业, 为镁合金在其产品二的规模应用奠定基础。如:世界头号汽车公司美国通用公司 与世界:第一大的镁业公司挪威诺斯克?海德罗镁业公司达成协议，就增加镁合金在 汽车茎二兰堕釜篓篓鑫堂篓圭鑒奎上的应用进行长期合作，诺斯克?海徳罗镁毗公司将稳定长期

20、向通用汽车公 司供应所需镁合金和镁合金零部件，o表列出了各大汽车公司为了保证镁供应而投资建设的镁厂。袁.：备汽车公镯岀瓷级建靛镁厂工厂所在国家生产能力/年：始时间岀资公司年以色列第一期德国大众公司矩第二期年熄塞大第一瓢瞬本事罔公司第二麓年澳太零受美围福特公司、溪大刹亚亚特公司纯俄罗斯美围通用公司为了充分开发利用镁会金的潜力和优势,欧美发达国家政府均赢度重视镁合 金应溪接零开发磷究,荚戮、徳国、滨大裂翌、霞本、鸯嚣拿大等工数发达睿 于年代以来榴缝出台了各自静镁合金研究计划,投资数i 亿美元，、协调和细织齐方 面的力量,实施人型的综合性研究计划【。如徳国年由徳国科技教掰部牵头,联合徳国余家企业、所

21、大学及研究所、投资万马克实施了为期年的“”，以解决镁合金压铸生产，以及镁合金压铸生产年哪加工中的各种关键技术难 题,建立起一褰完整麓镁合金压铸及麴工憊工艺娥范，劳将镁合金莲铸馋应趨予汽 车、计算辘、簸空航天、通讯、陵疗、轻工等领域。该硬磊取得了丰硕戒黎,显著促 迸了镁合垒在德国及欧共体汽车工业的应用】。年月在德国召开的“镁合金及其应用”的国际会议上，联帮德国教育和科技部部长助理做了从材料创新到通 过材料而创新的报告并宣布，投资亿t万马克支持镁合金的发展，包括信息技术、交道、§ §源饗与专造衣互麓技术稷关约薪榜辩巅交叉学秘豹顼鑿。近霉 來,曩木也良越鬻矮的速度开发镁会金。疆本

22、教育、辩学、运动帮文纯厅联合资魏国内 知名高校，组织了个镁合金的研究组，开展儿十个围家级的研究项目。其中应用研究 主要集屮在电子、通讯领域。而基础研究主要涉及镁合金在航天、航就技术领 域中与应用榻关的基础研究和探索性研究,.镁合金被认为是新髓妻鲍将广泛用于航空、宇航、电子等离秘投领域以及交通运输等支柱 产业中最瑾憋,袋实矮静轻矮绒秘搴茸辩。镁台金及箕弱侮浆设诗、开发帮应燔驭及 与其担关基础悔研究已被各国，特刚是发达国家视为新徽纪的全球竞争中的一项重大 战略选择.必须指出的是，耍进一步扩人镁合金在汽车产品上的应用，现存的镁合金难 以重庆人学硕:论文第一章绪论满足要求。冃前镁合金在汽车上的应用还仪

23、局限于一些在常温运行的壳体型 零件如手动变速器壳和盖、离合器壳等和车内部件如方向盘系统、仪表而板等， 而这些零件在整车中所占晕量比是十分有限的。要达到每台车上用公斤镁合 金的口标，必须实现在包括发动机、底盘和轮毂等零件小使用镁合金。这就对 镁合会的性能提“ 了更高要求。发动机和传动机构的零件要求材料具有优良的耐热 性能高温强度和抗嚅变性能，而底盘和轮毂等零件则需要高强度、高塑性、高韧性、 抗疲劳和酬腐蚀性能。在摩托车方面，除在意大利、西班牙等南欧国家外仍被较普遍地用作市内交 通工具外，摩托车在西方发达国家早已演变为年轻族的娱乐和消遣工具，摩托 车年产量和工业产值份额都变得微不足道。因此，镁合金

24、在摩托车上的应用在现 阶段则被西方企业界和政府机构的研发部门所忽略。尽管如此,西欧和h本市场上 已经岀现装配镁合金轮毂的大排量赛车，但价格十分高昂。，国内镁合金应用现状及发展趋势胫'我国拥有丰富的镁资源,年在东北生产岀第一块合格的变形镁合金铸锭，现在已经成为原镁生产大国和岀口大国，年全国产量约万吨,以上为初级原料低价出口，国内消费万吨左右。其小只有'吨用于桑塔纳轿车变箱壳体，其余均作为合金制备等一般用途。由于镂合金的技术装备和丿发应 用相对滞后，国内镁行业表现出严重的结构性孑盾。据统计，全国目上方家镁原材料 生产企业,规模小，技术落后，为出口而无序竞争，竞相压价，曾受到国际反倾

25、 销的制裁，属典型的以牺牲资源和环境为代价的原料岀口型工业。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:一方面原镂生产严重过剩，另一方而镁合金在民用产品上的应用受技 术和市场制约而严重滞后,尤其在汽车等交通类镁合金产品的开发、生产、应用能 力远远落后于国外。目前只有上海乾通汽车附件制造有限公司生产桑塔纳轿车变速 箱壳体年消耗吨，镁合金用量仅占年全国原镁产嚣万吨的。我国是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个成长中的汽车生产和消 费大国。在改革开放的二十年中，我国已经在重庆、十垠、长春、上海等地形 成了以汽车、摩托车为龙头的生产基地。我国年已形成年产万辆各型汽车

26、的能力,各型摩托车的产量己占世界产量的/。按年汽车产量万辆其小轿车和微车力辆，摩托车产量万辆，每辆汽车镁合金用量公斤，每辆摩托车用量公斤计算，该产业将提供万吨镁合金的消费市场。随着我国加入，我国汽车、摩托车、列车等行业参与全球经济一体化的进 程正在加速。我国汽摩企业必将提高自主开发能力，迫切需要利用和发挥我 国的各种资源优势，加强和扩人镁合金、复合材料等新材料的应用，在进行产业结构 调整、第一章绪论重庆人学硕士论文新产品开发的同时，顺应产品轻量化、环保、提高驾乘舒适度的国际汽摩发 展趋势，通过提高产品技术含量来增强企业创新能力和国际竞争力。凶此，在我国交 通领域推动镁合金应用及产业化具有嚷实的

27、产业结构和国内市场基础。据专家预测，我国镁合金零部件在汽车上的应用量以年増长的速度増长。 我国加入后，充分利用我困制造业基础雄厚、劳动力价廉的优势，将我国的 镁资源优势转化为镁产品、镁技术优势,为我国制造业利用汽车等零部件全 球采购的渠道进入国际山场创造了得天独厚的机遇。因此，国际汽车零部件市场我 出镁合金应用及产业化事业提供了巨大的发展空间。而对国外镁合金应用技术的飞速发展，近年来,提高我国镁合金的应用和产 业化技术的水平得到了我国政府相关部门的高度重，镂合金研究领域也十分活 跃。在政府支持，北京有色金属研究总院、上海交大、东南大学、重庆大学等单位 在“九五”期间己开展了“镁合金材料在轿车上

28、的应用研究”、“阻燃镁合金的研制”、 “耐热阻燃镁合金研究”、“高品质牺牲镁阳极的研制”、“镁合金半固态铸造”、 “镁合会铸造复合材料”、“镂合金第二相的研究”等丿发研究项目；清华大学与力劲 公司合作创立了 “清华一力劲压铸高新技术研究中心”，许多大学与科研部门对新 型镁合金的开发进行了卓有成效的研究，为我国造就了一批镁合余研究开发研究、应 用技术队伍，为我国镁合金产:业化的发展积累了一定的经验，为我国镁合金研 究，：发的持续发展打下了良好的技术基础。年始，重庆大学与隆鑫集团合作，用经有限技术改造的铝合金压铸生产线、实现了摩托车曲轴箱体等一余个镁合金压铸件的工艺性试生产，并在国产挤ii三机上实

29、现了摩托车轮毂的挤压铸造，并成功组製了世界第一台镁合金铸件用量达 余公斤的镁合金绿色概念摩托年。'一五'期间，国家启动了 '镁合金应用及产业化'的攻关项口，集团内镁合金研究基础较好的院所如:北京有色金属研究总院、上海交通大学、重庆大 学、沈阳工业大学、清华大学、镁合金生产应用金业如:长安、隆鑫、重庆镁业、汽、二汽、成都发动机公司、海尔、海信等、地方政府如:重庆、青海、宁夏、 青岛、深圳等，以，“、学、研、用、资相结合的形式,推动我国镁合金应用及产业 化健康有序的发展，以期在三年内，完成常规镁合金应用技术的开发、推。应用, 在万台隆鑫摩托车上实现单车镁合金用量公斤

30、，在万辆长安微型车上实现单车 镁合金用量公斤,在万台列车制动机上实现镁合金用量公斤，在/辆小红 旗轿车上实现单车镁合金用量公斤，在万辆东风汽车上实现镁合会单车用量 余公斤。目前，参与该项目的相关院校、研究所和企业研发人员达余人，其 中岁的工作人员达以上，博士学位占-%、：程技术人员占各课题的主要负责人有长期在国内从事铝、镁等轻金屈材料的研究工作，积累 了，富第一章绪论重庆大学硕士论文的经验，也有曾长期在国外从事镁合金研究工作，常握了国外镁合金产业的发展动态。国内外镁合金的表面处理的现状镁合金零件的表面处理主要提高它的抗腐蚀能力和改善外观。随着工作环 境,外观要求,合金成分不同，其处理方式也不同

31、。镁合金铸件的表面处理流程图 及分类如图所示。.机械清理方法进行机械清理的镁合金产品应不含有机油。如果有应在用化学方法去除。常 见的机械清理方法有:砂轮打磨，钢丝刷刷除，振动抛光、抛丸抛光。 化学清理方法镁合金的化学清理方法有蒸汽去脂、溶解法、电解清理法、碱洗和酸洗。用 來去除油、成型润滑油、蜡、淬火油、抗腐蚀的保护油、抛光液、固体粒子如 机加工切屑和其它可溶解的灰尘及污染物。一般用在喷涂、化学处理之前，选择化 学清洗方法主要取决于需去除的油数量和类型零件机械清理图镁合金铸件的农面处理流程图第一章绪论重庆大学硕i 论文在喷涂、化学钝化处理、阳极氧化前最常用的工艺便是碱洗。碱洗也常用來 去除镁表

32、面的珞酸盐。与铝不一?样,镁合金不与碱反应磷酸盐和磷酸一氢盐除 外，甚至值为时也不与镁合金反应。用于低碳钢的碱洗液都适用镁合金。镁合金 的碱洗液值常为。碱洗液常用的含有一、。、。浓度为厂 温度为？°co用于喷洗的碱液不能含有表面活性剂。喷液的机械力有利于去除赃物。 碱处理后的冲洗能防止处理液的侵蚀。有些表面杂质不能用碱洗法去除，这需要进 行酸洗。镁件的酸洗的重要性常被忽视。当表面的杂质不能溶解在溶解液和碱液中 时，酸洗是非常必要的，这些朵质有常有中性氧化物、抛丸时嵌入的砂子或铁粒、 焊接残余物等。压力铸造的铸态表面常有宦铝的化学偏析现象，它不与溶解液和 碱液反应，因此必须进行酸洗以确

33、保钝化层的均匀性。在选择酸处理时，需综合考虑耍去除的表面朵质的类型、镁合金的类型、去的厚度以及所需求的表面外观。如果后续不进行钝化处理，用硝酸铁一鎔酸或者醋酸-硝酸一磷酸处理时, 能够使得铸件具有吸引力观的同时，还具有抗点蚀的能力；用硝酸铁洛酸处理液时，在镁件表面形成氧化洛膜，从而提高抗腐蚀能力；用醋酸一硝酸一磷酸 处理液能有效地去除镁件表而的其它金屈，阻止内部的化学腐蚀。 化学钝化处理为改善镂件表面质量，人们研究出许多处理方法，常用碱或酸來改善有机涂 层的粘结性和保护性能。比较成功的化学钝化处理有銘酸处理、磷酸盐处理和 重銘酸处理。钮酸处理基本成分是：钮酸处理后表面颜色由于不同的合金、【艺、

34、热处理、处理液，常出现出从灰色到金黄色等多种色态。最适合于后续涂层 处理的是灰色或黄红色的表而。銘酸处理是在镁合金表而上去除一薄层，而后形成 镁和珞的氧化物保护层。故钮酸处理不适用于高精度的镂装配件，除非己经考虑到 镁件的表面金屈损失;如果前处理为氢氟酸，则銘酸处理时间短。近年來，还发展了磷酸盐处理方法，如:,用磷酸盐处理时更经济;这种不含的处理方法有着广泛的市场，处理的镁件己用于汽车、运动器材、动 力设备;但是在严重腐蚀的情况f,钻处理是首选。重洛酸处理口是在洛酸处理的基础上发展起来的一种化学钝化方法。与銘酸 处理相比:重銘酸处理去除的金属少，能用于高精度的部件。用重銘酸处理 比銘酸处理得到

35、的保护层更厚将近，在大气环境下直接使用时保护能力强， 如计算机磁盘驱动器，已加工好的敏感部件的表面，可以用重銘酸处理做为 最终处理。处理时间较长，溶液温度高，表面氧化需要有前处理，这样重珞酸处理的 第一章绪论重庆大学硕士论文成木高，因而如果需要一个较好的涂层基面,一般不用重辂酸处理。重珞酸处 理能获得更大的厚度，同时具有更高的电阻率，i大i而不适合电器元件的接触 导电面的处理。 阳极氧化与其它金属的阳极氧化一样，在阳极氧化时,镁合金零件作为阳极，将它们放入电解液后，通直流电，将在镁合金零件阳极表面生成一层绝缘膜，人们把这表而处理工艺叫做阳极氧化。与化学氧化相比，阳极氧化不用銘酹，因而不会 引起

36、坏境污染。冃前，阳极氧化发展非常成熟，广泛用于铝合金和镁合金的表面处 理。.微弧氧化近年來兴起的微弧氧化技术是一种新型的金属表面处理技术其原理是通过脉冲电参数和电解液的匹配调整，在阳极表面产生微区弧光放电现象，进 而在金屈表而原位生产出一层陶瓷膜层，以起到改善材料的耐磨、耐饰、耐热冲击 和绝缘性能的作用。一般认为，镁合金的微弧氧化陶瓷层由过渡层、致密层和疏松 层组成；等发现:将镁陶瓷层主要由、无定型相等组成。薛文斌合金样品放入电解液中，通电后表面立即生成很薄一层绝缘膜，这属普通阳 极氧化阶段。当电极间电压超过某一临界值时，氧化膜某些薄弱部位被击穿，发生微区 弧光放电现彖，浸在溶液里的样品表面出

37、现无数游动弧点。微等离子体区瞬间温度高 达儿千度，溶液中离子也参与微弧区物理化学反应,微弧区熔融物凝固后形成和晶休相。微弧氧化膜表层多孔，孔底气泡首先被击穿放电，从而在膜内部形成放电通道。初始阶段样品表面游动弧点较大,部分熔融物向外喷出，形成孔隙率高的 疏松层。随着氧化时间延长，膜厚度增加，击穿变得越来越困难,试样表面较大的弧点 逐渐消失，这时出现大量细碎火花。膜内部微弧放电仍在进行，使氧化膜继续向内部生 长,形成密层。此吋，疏松层一方面阻挡密层内部放电时熔融物进入溶液,使其尽量保留 在密层内，另一方面，疏松层外表面同溶液保持着溶解和沉积平衡，使疏松层厚度基木 维持不变。他们认为，微弧氧化过程

38、屮，热扩散和电迁移对膜生长起较大作用。微弧区瞬 间的高温高压大大促进壁附近膜里的氧和镁离子间互扩散。另-方而膜内气孔微弧 放电时,放电通道也直接向膜内部输送氧。在整个过程中电迁移对氧化膜生长 起关键作用。蒋百灵等口】认为，微弧处理初期，膜层主要为致密层，随着处理时间的延长 和厚度的増加，其开始出现疏松层,其比例随着厚度的増加持续増大，直至以疏松层为主;陶瓷层屮的含量随陶瓷层厚度的增加而增加，无定型相则反之。微弧氧化是在阳极氧化的基础上发展起来的，与阳极氧化膜相比，微弧氧化更厚一些,耐蚀性更好。冃前，国内外从事镁合金微弧氧化研究的单位比较多, 仃的已经投入了实际的生产应用，重庆镁业就已经建立了一

39、条微弧处理生产 线。里盎盔堂堡主笙茎塑二兰?量坠有机涂层镁合金的有机涂层常用来提高镁合金构件的抗腐蚀能力和改善外观。镁合金 仃机涂层有环氧树脂封漆、底漆、单层或多层顶漆等方法。如何选择取决于合 金成分、外观要求、使用环境、使用要求、成本等。要达到好的抗腐蚀效果，在进行有机涂层处理之前应进行化学钝化或阳极氧 化处理。这些处理能使基体表面的硬度提高或改善了表面与有机涂层的粘结性 能。在铸件的浸渗处理或雾化处理后，烘干之前应进行干燥，以保证零件气孔的水 分全部去除。据报道，将阳极氧化膜用底漆进行涂封其微孔,其抗腐蚀能力大大增 强。但如果不用油漆或树脂涂层还不能用在盐雾坏境下。镁合金的底漆必须有抗碱腐

40、蚀的能力。常用的树脂有已烯类和环氧类,如:已烯、环氧树脂，它最好含有脂类,如：醇酸树脂或硝化纤维。其中环氧树脂 因其好的抗碱腐蚀能力应用较广。在进行底漆处理时需要进行烘干，烘干的口的 是:去除溶剂和促进聚合物的交联，烘干温度取决于合金的热传导性能和树脂的固 化温度o銘处理的压铸件其最高烘干温度为。，一些航空镁合金的硅树脂涂层的烘干 温度可高达°c。已成功用于镁合金外涂层的材料有醇酸漆、坏氧树脂、聚酯、丙烯脂和聚亚 氨酉罷空中干燥和烘干干燥的方法都能适用。烘干干燥所得的涂层硬度高，抗 腐蚀的能力更强。一般來说:聚已烯一醇酸能抵抗碱腐蚀;丙烯脂能在盐雾环境下使 用；醇酸瓷釉能用于抗磨损;

41、环氧树脂的抗腐蚀性能好,聚已烯耐热温度为。；还有的涂层高温性能耍好一些，从低到高依次为：改进的聚已烯、环氧树脂、改 进的环氧树脂、环氧树脂一硅树脂、硅树脂。能用于镂合金的涂层种类众多，下表总结了各种应用情况下，不同的机械处 理、 化学前处理、涂层所呈现的外观效果。应用环境是齐种处理选择的首要依据。 表.：镁合金的有机涂层类型外观效果使用坏境室内环境 室外环境光亮金属光泽软皮抛光硝酸铁光亮酸处理软皮抛光硝酸铁光亮酸处光滑的坏氧树脂或丙烯酸涂层 理光滑的坏氧树脂或丙烯酸涂层软缎了光泽 金属刷清除硝酸铁光亮酸处理金属刷清除硝酸铁光亮酸 光滑的环氧树脂或丙烯酸涂处理光滑的环氧树脂或层丙烯酸涂层彩色涂层

42、硝酸铁光亮酸处理彩色的坏氧树脂涂层染色涂层硝酸铁光亮酸处理光滑的环氧树脂涂层染色处理第一章绪论重庆人学硕十论文洛酸处理或稀释洛酸处理珞酸处理或稀释珞酸处理环氧仿金属涂层聚已烯一丁缩醛底漆含有树脂、丙烯酸、聚已烯一丁缩醛或金属粉末的坏氧树脂或丙含有金属粉末的已烯涂层烯酸涂层一般用于室外皱纹涂层洛酸处理或稀释洛酸处理标准的皱纹处理高光泽的瓷釉 珞酸处理或稀释钻酸处理环氧 珞酸处理或稀释珞酸处理树脂、丙烯酸、聚亚氨酯或醇酸树 聚已烯一丁缩醛底漆丙烯脂瓷釉层。酸、醇酸树脂、聚亚氨酯瓷釉层仿人造皮涂层洛酸处理或稀释洛酸处理已烯鎔酸处理或稀释洛酸处理覆层已烯覆层銘酸处理或稀释銘酸处理已烯銘酸处理或稀释銘酸

43、处理涂层聚已烯一丁缩醛或已烯底漆已烯涂层对于在非常恶劣的环境下使用的镁合金压铸件，其表面处理更为复杂。为满 使用要求，在标准表面处理的基础上常采取一些补充措施。如:加厚阳极氧化层、用环氧树脂进行表面涂封和“湿法装配线”技术。湿法装配线技术是一种防止电化学腐蚀的重要技术，它包括惰性底漆的使用、装配时填充材料、对镁合金与 其它金屈材料的缝隙和结合处进行涂封。木研究的目的、意义及研究内容 本研究的目的通过该项目的实施，形成比较成熟的镁合金压铸生产技术，促进和实现镁合 令在我国汽车、摩托车;掘.模应用；同时,为镁合金应用的进一步研究提供-些 借鉴和经验。研究内容一、镁合金压铸生产技术系统开发：主要针对

44、压铸企业缺乏镁合金压铸工艺设计能力的现实，建立镁合金压铸生 产技术系统，提供压铸生产力快速形成必需的：二艺优化技术，实现复杂结构 镁合金压铸件生产工艺质量及成品率咼同一铝合金产品的相应指标，同时性能满足 标准和产品的使用要求：、了解镁合金熔化时的各种物理化学性能,研究镁合金熔炼保护技术；、进行成型过程进行研究、优化镁合金压铸工艺。二、镁合金压铸件表而保护技术系统开发：根据镁合金零部件的服役条件，为镁合金压铸件在汽车、摩托车上的应用提 供第一章绪论重庆大学硕士论文和应表面处理工艺系统,确保其抗腐蚀能力满足零件设计使用寿命要求：、研究各种镁合金零部件在与自然坏境相对隔离和在自然坏境中使用条件下 的

45、氧化腐蚀行为；、根据各镁合金压铸件的氧化腐蚀行为选择或开发相应的农面处理技术；三、镁合金压铸件各种性能测试、强度性能实验、金相组织观察、各种缺陷分析、抗腐蚀测试.本研究的技术路线以现有的成熟压力铸造原理和工艺控制技术，利用现有的设备和条件，在尽 可能的利用原有的设备的基础上,在生产现场用工业性试验方法确定岀镁合金 压铸件生产技术系统和工艺条件,并在工业条件下生产出工艺质量和组织性能均合 格的镁合金压铸件。下面是技术实施框图：、模具温度合金的流动合金热裂倾向合金的抗氧化性、保压时间合金的收缩率铸造模具的准备铸造设备的改造第二章压铸合金及辅助材料重庆大学硕士论文第二章压铸合金及辅助材料压铸合金大多

46、数镁合金适合压铸，但是，相对重力铸造而言，为了得到好的铸件，压铸的成分耍求更为严格。在进行压铸生产时，首先便耍选择合适的合金材料, 有时根据特殊场合的需要,还要开发新型镁合金，研究合金的依据便是各种合金元 素在镁合金中作用。 镁合金中各元素的作用铝压铸镁合金以铝作为主要合金化元素如表所示，在合金小主要以固溶和的形式出现，铝在所有合金元素中对镁合金的性能的影响最大，它的加入能够提高铸造性能、强度性能以及防腐性能。当铝的含量超过%时,金在热处理后具有固溶强化的效果，但是，随着含铝量的增加，合金的韧性逐 渐降低，一般來说，铝含量在%时可获得强度和韧性的最佳组合如。锌锌在镁合金小作为一种合金化元素，其

47、有效性仅次于铝，在。的共晶温度下,镁中可以溶解 的锌，凝固时还能与化合物六方晶格，堆垛顺序为。值得提岀的是，在?合金中加入锌以后,？共晶就呈现出一种完全离异共晶形式。在这种离异共晶中，如果锌与铝的比率超 出,凝固时形成被镁固溶体所包围的颗粒状或,，因而，锌常和铝一起使用以提高合金的室温强度;但当镁合金中含有?的铝而锌的加入量乂大于%时将会增加合金的热脆性。锌也常和错、稀土或饪一起用來制备具有 很好强度的可沉积硬化镁合金。锌也有助于减轻镁合金中的铁和银杂质的有害 腐蚀作用。锚加入锚元素叮以提高合金的抗腐蚀性能。锚能与铁形成高熔点的化合物，从而减轻了铁的有害作用。稀土常用镁合金合金化的稀土有含钟的

48、稀土化合物和不含钟的稀土两类。含肺的稀土金屈化合物是大约的肺以及剩余物主要为舗和钱的口然混合物;不含肺的稀土金属化合物主要是近似%的钱和的错自然混合组成的混合物。稀土元素的加入叮増加镁合金高温时的强度；由于缩小了合金的凝同区间，稀土述可以减少焊接裂缝和铸造针孔的形成。稀土元素的加入可以提高压铸镁合金的抗蠕变的能力，铸件在左右，有优良的蠕变抗力， 同时也具有好的室温机械性能，但是这类合金中铝的含量不宜过高的高 温性能差。铜如果镁合金中的铜含量超过时将对合金的腐蚀抗力产生负面第二章匿 铸台金及辅助材料重庆大学硕士论文影响，但帮可提高合金的高温强度。铁铁是镁合金小相对有害的合会z- is为即使存在:

49、量的铁也会极大 地降低合金的抗腐蚀抗力。在?般的工业牌号的台众中，铁的含量一般为 ?. %,但是为了保证抗腐蚀的能力，对于满纯度合金的一个基本要求是， 铁翹最大会燮不翹超过°镰镣类似子铁，在镁合金是另一类较有害游元素，因为即使存在少量的银也会极大地减少合金的腐蚀抗力。在-般工业牌号合金屮鎳的的含撬为. %。但为了保证合金的腐蚀抗力，牒的最大含赞不能超过。.常用压铸镁合金毯翦,遽非上使塌豹压铸镁台金以铝搏为主要合鑫:诧元素如农联示，困 为铝的拥入熊够提高铸造瞧朧、强度往能以及防痛后能。如莱把锌加入其小， 当钵的含量为左右时，可使台企的耐饰性及强度得以的提高。除此之外,还可加锚元素来提高

50、防腐性。这样就形成最常见的压铸合盒，有非常好的铸造性能及强度性能，同时有适当的延展性。除非有特殊的性能要求，将是最好豹选择。隧羲禽韬堂静减少，合会熬锈整逐濒攀翘,低锈麓兹系列台金同时甑锌如和现在止广泛地用于全口动的安全性部件，例如方向盘及其支架、座椅镣。但是，由于含铝辍的减少广定程度上合金的铸造性能降低了, 因此在选用合会吋，必须耍选择能达到所需机械性能的含铝量最高的合金类型。 下表是这两种镁会龛豹成分表。袋压铸镁台金的成分袭'麟.：因而，本研究试验性压铸生产时选用的镁合龛均为；在试验性生产对韧性要求比较商的连接板和轮毂时，选用，结果用重力铸造的方法无法获得高 凌量的铸件，蹋挤压铸造方

51、法对，铸李翡工艺合摇攀波较低，这都说明了的 蒋造瞧笈魄要井一些。熔炼保护剂目前,镁合金熔体的保护怒一个热门的研究课题，有熔剂保护法，气体保护 法。第二章压铸合众及辅助材料重庆火学硬寸:论文传统的熔荆覆盖不持久，精炼不彻底，特刚蹙在使用过程中放出超过国家标准的有辔气体，污染坏境，谶成厂房严重锈蚀，影响工人及周围居民的身体 健康。上海交大研发了覆盖剂”“”，这种覆盖剂具有较低的熔点？。，适当的表露张力，在合金熔炼温度下熔化成液态，口动形戚连续的覆盖屡。覆盖 层中肯特臻熬添翔嬲，瑟无视添热物軀持续遂效塞游竣气俗,爱覆盖裁发淡，从焉 整镁液表西受至熔剂气体的复合保护。此覆盖剂在炉中畿长时闯静置不破确沉

52、, 有效时问大于，减少了覆盖剂的使用量，从而减少了籽害气体。表熔盐的热物理性质熔点°c沸点°c物质名称 化学式 熔化澄热一 <o】氯化镁】。 氯化钳光卤石氯化锁莹石§。】民冰燕葛以上的熔剂'一般含有,，等熔盐，表是这腮熔盐的性质。它们在镁液中所起的作用如下：:高温下能部分与大气小及反应，在镁液表而形成及的缀护气氛，疆缓了镶滚診氧纯，滚态对镁滚中診,等夹杂秘具有良好瓣澜澈能力，并麓与形成.复台讫台物淀到嬉竭藏部，因而具有较强的去除氧化夹杂的能力。由于表面张力、粘度均较小,它的存在能显著降低熔剂的表面张力和粘度。:用寒提高熔荆的襁发釉精练牲麓，在一?三元系中有一定豹滚辫蓑。当麓入懿超过诧溶瓣度时，液悉兹混合麓中出蕊了未溶解质点,人人提高了混合赫的粘度。另外,生成的在氯盐小溶解度很小，且其溶解度不随温度变化，