引言

自20世紀90年代初開始，國際上主要 金屬材料的應用發(fā)展趨勢發(fā)生了顯著 變化，鋼鐵、銅、鉛、鋅等傳統(tǒng)材料的 應用增長緩慢，而以鎂合金為代表的輕 金屬材料異軍突起，以每年20%的速度 持續(xù)增長。鎂合金可分為鑄造鎂合金和 變形鎂合金。鎂合金按合金成分不用主 要分為 Mg-AI-Zn-Mn 系、Mg-AI-Mn 系 和 Mg-AI-Si-Mn 系、Mg-AI-RE 系、 Mg-Zn-Zr 系和 Mg-Zn-RE 系。

鎂的物理性能

密度（20° C）： 1.738g/cm3；

熔點：650°C；

沸點：1107°C；

熔化熱：8.71kJ/mol；

汽化熱：134kJ/mol；

比熱容（20°C）： 102.5J/kg.K；

線脹系數(shù)：25.2*10-6/K；

熱導率：155.5W/m.K；

電阻率：44.5nQ.rn；

電導率：38.6%IACS

鎂合金的性能特點及應用現(xiàn)狀

鎂合金具有以下幾方面的特點：

（1）重量輕：鎂合金的比重約1.7,為鋅的1/4,鋼的1/5,甚至比鋁合金（比重約2.7）的比 重也輕1-3.

（2）鎂合金具有的“高強度、重量輕”特性使其可在鋼、鑄鐵、鋅合金甚至鋁合金的傳統(tǒng)應用 中取代上述材料。

（3）優(yōu)良的導熱性、相對于工程塑料極佳的吸震性，較佳的機械強度、抗沖擊性及耐磨性。

（4）抗EMI電磁波：鎂合金為非磁性金屬，電磁遮蔽性能優(yōu)良。

（5）尺寸穩(wěn)定性高：不易因環(huán)境溫度變化及時間而改變。

（6）可回收：鎂合金具有100%完全回收的特性，更符合當今環(huán)保要求。

（7）機械加工特性：如果設鎂切削所需動力為1,則鋁是1.8,黃銅是2.3,鑄鐵是3.5；且比重輕，切削慣性小，可高速切削。

鎂合金的主要用途在于輕量化。目前鎂合金壓鑄品的應用產(chǎn)業(yè)以汽車零組件為主，約占8既 以上，其次為3C產(chǎn)業(yè)，其它如自行車、器材工具、運動用品及航天國防也都在其應用范圍之內。

鎂合金的主要用途

汽車零件一車座支架、儀表板及托架、電動窗電機殼體、升降器及輪軸電樞、油門踏板、音 響殼體、后視鏡架

自行車零件一避震器零件、車架、曲柄、花殼、三/五通零件、輪圈、剎車手把

電子通訊一筆記本計算機外殼、MD外殼、移動電話外殼、投影機外殼

航天國防---航空用通信器和雷達機殼、飛機起落架輪殼

運動用品一網(wǎng)球拍、滑雪板固定器、球棒、射弓中段與把手

器材工具一手提電動鋸機殼、魚釣自動收線匣、控制閥、相機機殼、攝像機殼 

鎂合金產(chǎn)品應用統(tǒng)計表

信息、通訊產(chǎn)品77%：其中：筆記本計算機39%,數(shù)字攝影機19%,移動電話14%,數(shù)碼相機 5%,投影儀6%,其他電子產(chǎn)品17%。

汽、機車零件18%：其中：汽車零件88%,機車零件12%。

農(nóng)林機械5%：其中：農(nóng)林業(yè)機械41%,電動工具27%,運動用品8%,其它24%。

美國政府與三大汽車公司（Ford）、通用（GM）、克萊斯勒（Chrysler）于1993年提出PNGV （Partnership for a New Generation of Vehicles）計劃，希望在 2004 年開發(fā) 6 人座省 油車，以每100公里耗油3公升為目標，主要在于車體結構與動力系統(tǒng)的輕量化設計開發(fā)。 

可以鎂合金化的汽車零件

懸吊系統(tǒng)總成一零件名稱：車輪，備用輪胎，控制臂（2個，后方），控制臂（2個，前方）, 引擎架，后方支架

內裝總成一零件名稱：儀表板、橫梁，儀表板支架，椅背椅座，氣囊零件

方向盤總成一方向盤零件

車身總成一零件名稱：保險杠補強橫梁，鑄造車門內襯，鑄造A/B柱，擋風片開關補強材， 行李架，側鏡

剎車系統(tǒng)總成一零件名稱：ABS零件,；離合器/剎車踏板托架，踏板零件

電器機械零件一交流電箱，音響/EEC零件，雨刷電機，交流電/AC托架 動力系統(tǒng)總成一傳動（閥體。箱、側蓋、啟動器），傳動箱（總重量12kg的15%）,發(fā)動機 組，支撐托架，罩套（油/水泵，機車馬達），汽缸蓋，吸氣歧管，引擎支架，油蓋，前蓋

鎂合金加工的問題

基于以上優(yōu)異的特性，使鎂合金在未來發(fā)展中具有很強的優(yōu)勢，更符合當代環(huán)境保護、可持 續(xù)發(fā)展的要求，是取代鋼鋁材的理想選擇。由于鎂金屬化學活性大，給鎂合金零部件的加工 帶來一系列的問題，妨礙了鎂合金的推廣使用，主要體現(xiàn)在：

（1）極易產(chǎn)生電化腐蝕。在冶煉、制造上需特別注意，在防蝕處理上也較其他金屬困難。 因此，為了使鎂合金的應用更加廣泛，對于鎂合金的腐蝕機制、防蝕機制、表面處理技術及 工件防蝕設計，需要有更多的處理程序。

（2）燃點低。在切削過程中必須考慮溫度的影響，以防止切削燃燒，并在加工中要釆取相應的 措施和條件才能真正杜絕事故的發(fā)生。

（3）工件變形的問題。鎂合金的線膨脹系數(shù)比鋼和鑄鐵大，切削熱、溫差等因素都會直接影響 鎂合金零件的精度，需要在選擇加工余量、刀具幾何參數(shù)。切削用量以及工裝夾具的設計、 檢測方法的選擇等方面有很好的措施。

切削加工技術要點

加工過程中防銹措施

零件應整齊排放在指定的庫位，不允許接觸地面；存放零件的地方應采取防潮措施；用布醮 汽油擦拭涂有防銹油的零件表面，吹干后才能進行加工；全部化學處理工序，即啟封、氧化 和涂漆工序應記錄在過程卡上；零件啟封后到投入加工不得超過15晝夜；零件經(jīng)過劃線后， 氧化膜會被破壞，因此劃線應在氧化前進行；采用干式切削加工，不得用潤滑油和冷卻 液冷卻，加工螺紋時允許用機油潤滑冷卻；全部機械加工工序應在氧化之前進行，特殊 情況下，允許氧化后進行個別機械加工。零件的全部銳角應倒圓，以獲得合理的保護； 從機械加工區(qū)氧化膜開始，每隔10晝夜進行氧化處理。

零件表面后續(xù)防銹處理

（1）表面預清洗（前處理）：鎂合金產(chǎn)品經(jīng)由壓鑄或鍛造等程序，其表面易混入氧化物、潤滑 劑、油脂等污染物，因此前處理的目的在于清潔鎂合金表面以利后續(xù)處理。主要用兩種方法清洗：①機械清洗，以不同研磨、粗拋光、干式及濕式磨蝕噴射等方式達到要求的表面粗糙 度；②化學清洗，以溶劑清洗、堿洗、酸洗，造成其不同的表面狀態(tài)。

（2）鈍化處理：鈍化處理是利用金屬表面與溶液間的非電解化學反應不溶解、無機鹽表面薄膜, 其目的除了可提高耐蝕能力外，其鈍化膜亦可作為涂裝之基底，以增加涂裝的附著力。

（3）陽極化處理：陽極處理可產(chǎn)生陽極氧化膜，大幅提升耐蝕能力；產(chǎn)生金屬光澤質感，具備 美觀裝飾作用，其氧化膜也作為后續(xù)涂裝基底，增加涂裝的附著力。如果能在后續(xù)封孔處理 得好，生成的致密氧化層可提高表面硬度及抗蝕性。

（4）電鍍處理：利用電鍍技術可改變鎂合金材料表面顏色、外觀，以達到所需之功能性及裝飾 性目的。一般在考慮提高電鍍廠附著力時，會在電鍍處理前進行數(shù)次打底的前置處理，如鋅 置換、銅置換、無電鍍鐐等。

（5）金屬覆層：金屬覆層可進一步防蝕及增加表面機械性質、硬度，從而達到在特殊環(huán)境條件下選擇輕量化鎂合金的目的。

鎂合金加工過程中防止燃燒的措施

（1）日常管理過程中的措施

在規(guī)定的場地加工鎂合金零件，工作現(xiàn)場需整潔、明亮、通風。要及時清理工作現(xiàn)場的鎂屑， 不準在機床旁邊堆放切屑，而應在廠房外指定專用容器放置切屑。每臺加工機床旁應配置干 粉滅火器或滅火用的干沙。

（2）技術規(guī)范措施

選擇合適的切削用量和刀具幾何參數(shù)，盡量避免小于0. 05mm的吃刀深度，保持刀具的鋒利 和斷續(xù)切削狀態(tài)，避免產(chǎn)生薄的帶狀切屑。

（3）設備環(huán)境措施

盡可能釆用干式高速切削，不適用冷卻液，空氣自然冷卻，配置沖水排屑裝備。由于遇水的 鎂合金粉末容易產(chǎn)生氫氣，所以生產(chǎn)加工時盡可能使用礦物油（嚴禁使用酸性切削劑），對 于油類切削液的機床需具有防漏設計。另外，在清除鎂屑時，盡可能不要接觸水。

減少零件加工過程變形的措施

鎂合金切削力小，切削能耗低，切削過程中發(fā)熱少，切屑易斷，刀具磨損小，壽命顯著延長, 因此，加工鎂合金可進行高速、大切削量切削，這在一定程度上抵消了鎂合金價格較高的弱 點。原則上任何刀具材料，包括普通碳素鋼都可以用于加工鎂合金，大批量切削加工時，一 般選用硬質合金刀具，金剛石刀具主要用在表面質量要求較嚴的情況，車削鎂合金一般也選 用金剛石刀具。但鎂合金燃點低（650。C）,在加工中必須用礦物油進行強力冷卻，并把鎂 的切屑迅速從加工區(qū)運走。另外，高速切削時，鎂合金有粘結刀具表面形成積屑瘤的情況。 降低變形的措施主要有以下幾方面：

（1）技術規(guī)范：將粗加工與精加工分開，在粗加工階段去除大部分余量，對框架類鎂合金零件, 特別是薄壁類零件，可以采取粘貼阻尼材料的方法降低加工時的切削振動變形?？紤]加工過 程減震處理，減小切削余量和溫差。粗加工與精加工工序間安排人工或者自然時效及相應的 回火熱處理，以盡可能釋放零件內部應力，減小加工后變形。

（2）合理的刀具幾何參數(shù)：采用大前角，一般Y =20° ~30°，粗加工取較小值，精加工時a =10° ~15° , ?s=60° ~75°。大的刃傾角可增加切削力。同時，要考慮后刀面的磨損對切削力的 影響，因此，控制后刀面的磨損保持刀具的鋒利程度也是降低切削力的有效辦法。主偏角對 切削力有直接的影響，減小主偏角、增大切削深度與走刀量的比值對切削區(qū)內的散熱有很好 的作用。一般主偏角H?=30° ~45°。

（3）選擇適合的切削用量：采用高速說削技術進行加工，切削熱基本都有切屑帶走，也可以適 當選擇大走刀量、大切削深度。

結語

鎂合金正在從一般結構鑄造件向著高性能輕合金結構框架、精密復雜應用條件的方向發(fā)展, 正在由軍工向著民用不斷推廣，同時加工技術向數(shù)控化、高速化、自動化技術方向發(fā)展，向 材料制備與構件成形同時制造的方向發(fā)展；制造技術向信息化、數(shù)字化及設計一制造一體化 方向發(fā)展。我國鎂合金制造技術正處在一個新的變革時代，它將為新一代工業(yè)與民用設備的 研制提供更先進的材料與制造技術。