镁及镁合金

  Mg

  镁的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。20℃时金属镁的密度是1.738g/cm3，液态金属镁的密度为1.58g/cm3；在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。在空气中加热时，金属镁在632℃～635℃开始燃烧。因此决定了镁的制备及合金冶炼工艺比较复杂。工业用镁的纯度可达到99.9%，但是纯镁不能用作结构材料，在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度，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。

  镁合金的特性

  ①质轻

  镁的比重只有1.8G/CM3,铝合金的比重为2.7G/CM3，镁合金比铝合金轻30%，比钢轻80%。所以，汽车及手提电子产品中镁合金已成为零件制造成理想材料。

  ②强度

  镁合金在金属及塑料等工程材料中，具有极佳的强度/重量比。屈服强度160MPa ，抗拉强度240MPa.

  ③ 压铸性

  在保持良好的结构条件下，镁合金允许铸件壁厚最小达到0.6mm，这是塑料在相同强度下无法达到的。铝合金的压铸性能也要在1.2-1.5mm以上时才能与镁合金相比。镁合金较易压铸成型，适合大批量压铸生产（生产速度可达铝的1.5倍）。此外，镁合金模的磨损也较铝为低。主要原因就是铝的粘度高。

  ④减震

  镁有极好的滞弹吸震性能，可吸收震动和噪音，用作设备机壳可减少噪音传递、预防冲击和防止凹陷损坏。作为LCD或是LED的背板是好的。

  ⑤刚性

  镁的刚性为铝的2倍并比大部分塑胶为高。镁有良好的抗应力阻力。

  ⑥高电磁干扰屏障

  镁合金有良好的阻隔电磁波功能，适合生产电子产品。

  ⑦良好的切削性能

  镁比铝和锌有更好的切削性，使镁成为更易切削加工的金属材料。

  ⑧镁合金的比热容较小，合金液的冷却速度快。

  ⑨镁合金和模具钢材的亲和力小，不易粘附模具。

  镁合金材料的优点

  ①重量轻

  镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，它的比重为铝合金的６８％，锌合金的２７％，钢铁的２３％，它除了做３Ｃ产品的外壳、内部结构件外，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。

  ②比强度、比刚度高

  镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的10倍。

  ③耐振动性好

  在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300～500倍。

  ④电磁屏蔽性佳

  3Ｃ产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过１００ｄｂ的电磁干扰。

  ⑤散热性好

  一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。

  ⑥质感佳

  镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。

  ⑦可回收性好

  只要花费相当于新料价格的4%，就可将镁合金制品及废料回收利用。

  ⑧稳定的资源提供

  镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。

  镁合金压力铸造的优点

  ①高的生产率

  ②高精度

  ③好的表面质量

  ④精细的铸件晶粒

  ⑤可压铸薄壁和复杂结构的产品

  镁合金压铸和铝合金压铸相比

  ①生产率高50%

  ②可使用钢模，延长服务寿命

  ③更低的潜热，节省能量

  ④好的机加工性

  ⑤模具成本节省50%

  ⑥熔体具有更高的流动性

  镁合金压力铸缺点

  ①由于极高的液体填充速度和凝固速度，易产生卷入性气孔，进胶，排气和冷料处理尤为重要

  ②铸件不能太厚，壁厚只能局限于一定的尺寸

  ③便宜的压铸合金，有限的机械性能

  ④有限的可使用压铸合金种类，一般手机行业用AZ91D

  ⑤由于铸件晶粒尺寸细小，抗蠕变能力较差

  ⑥抗蠕变的Mg-Al-RE镁合金的铸造性较差，而且昂贵

  ⑦不能进行热处理

  ⑧不适合焊接。需要用保护气体

  铝合金

  铝合金

  以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。

  铝合金密度低，但比强度高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

  铝合金分类

  铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。

  铝合金加工方法

  铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

  铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。

  铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。

  铝合金和镁合金对比

  ADC-12（ADC-12含硅高，流动性好易于压铸

  铝合金和镁合金没有太大的区别，只是铝合金稍重一些。加工性比较粘。而且压铸的铝合金由于含有较高成分的Si，所以在做Anodizing（阳极氧化）时，直接与药液产生反应。以致失败。镁合金是可以的，而且颜色比较鲜艳，有用Anodizing做后期外观工艺的。不过，不是每一家都能做的。

  锌合金

  锌合金特点

  通常用于电镀的锌基合金材料的牌号为ZnAl 4-1, 成分（ %）： Al 3.5～4. 9 ,Cu 0.75～1.25, Mg 0.03～0.08, 余量为Zn。

  ①比重大

  ②铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑

  ③ 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆

  ④熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模

  ⑤有很好的常温机械性能和耐磨性

  ⑥ 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型

  使用过程注意的问题

  ①抗蚀性差。

  当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。

  铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。

  ②时效作用

  锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件的形状和尺寸略起变化。

  ③锌合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

  钛合金

  钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

  合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：

  ①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素，有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。

  ②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。

  ③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。