[发明专利]一种镁合金表面硬化技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金表面硬化技术。

背景技术

镁合金被誉为2l世纪的绿色金属结构材料，是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金性能特点可以总结为以下几点：(1)重量轻。镁合金是最轻的工程结构材料，镁的密度1.74，约为钢的1/4，铝的2/3，相比，为工程塑料的1。5倍。(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)振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的l00倍，钛合金的300～500倍。(4)电磁屏蔽性佳。(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)耐蚀性好。镁合金在耐腐蚀性为碳钢的8倍，铝合金的4倍，更为塑料材料的10倍以上。(7)质感佳。镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感。(8)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。镁合金具有的这些性能使其在陆地交通工具、航空航天飞行器、3C产品(Computer，Communication，ConsumerElectronicProduct)、家居生活用品领域受到越来越多的关注。

在其它领域，镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐，作为镁牺牲阳极的镁合金有3～4万吨/年的市场需求量，且每年以20％的速度增长；镁合金型材、管材，以前主要用于航空航天等尖端或国防领域，近几年由于镁合金生产能力和技术水平的提高，其生产成本已下降到与铝合金相当的程度，极大地刺激了其在民用领域的应用，如用做自行车架、轮椅、康复和医疗器械及健身器材等。

镁合金在较多领域得到了广泛而实际的应用，镁合金的发展方向主要有耐热镁合金、耐蚀镁合金、阻燃镁合金、高强高韧镁合金、变形镁合金和镁合金成形技术。

(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。已开发的耐热镁合会中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(si)，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。

(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：一是严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。二是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。

(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烷。熔剂保护法和气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它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。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)高强高韧镁合金

现有镁合会的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在镁合金中加入Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；通过快速凝固粉术冶金、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。

(5)变形镁合金

新型变形镁合金及其成型工艺的开发，己受到国内外材料工作者的高度重视。与压铸镁合金产品相比，变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。

(6)镁合金成形技术

镁合金成形分为变形和铸造两种方法，当前主要使用铸造成形工艺，压铸是应用最广的镁合金成形方法。镁合金半固态触变铸造成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔炼、浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。