研究生文献阅读报告
学 院：机械工程学院
专业方向：高强度镁合金
姓 名：
指导教师：
2012—2013学年 下学期
评 分 ：
年 月 日
高强度镁合金发展现状及未来趋势
第1章 绪论
1．1 镁的特性
1.1.1 镁的物理化学性质性质【1】
镁属于元素周期表上的IIA（第二主族）族碱土金属元素。具有银白色光泽，略有延展性。镁的密度小，离子化倾向大。在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反应。镁和醇、水反应能够生成氢气。粉末或带状的镁在空气中燃烧时会发出强烈的白光。在氮气中进行高温加热，镁会生成氮化镁（Mg3N2）；镁也可以和卤素发生强烈反应；镁也能直接与硫化合。镁的检测可以用EDTA滴定法分析。
镁具有比较强的还原性，能与沸水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。但和卤代烃在无水的条件下反应却较为剧烈（生成格氏试剂）镁能和二氧化碳发生燃烧反应，因此镁燃烧不能用二氧化碳灭火器灭火。镁由于能和N2和O2反应，所以镁在空气中燃烧时，剧烈燃烧发出耀眼白光，放热，生成白色固体。在食醋中的变化为快速冒出气泡，浮在醋液面上，逐渐消失。一些烟花和照明弹里都含有镁粉，就是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光的性质。
1.1.2 镁的力学性能
铸造状态的镁的力学性能较低，常温下其抗拉强度为80—110MPa，伸长率为6%—8%，弹性模量为45GPa，泊松系数为0.33。
1.2 镁——绿色材料
1.2.1 丰富的镁资源
全球镁资源十分丰富，镁在地壳中的含量为2.35%，总储量估计为100亿t以上。海水中的镁含量为0.14%，全世界海水中的含镁量估计为6×1013kt。主要的含镁矿物有：菱镁矿（MgCO3），白云石（MgCO3·CaCO3），光卤石（MgCl2·KCl·6H2O），水氯镁石（MgCl2·6H2O）和蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）等。世界上所利用的镁盐矿物原料主要是菱镁矿和白云石，其次为海水苦卤、盐湖卤水及地下卤水。
我国是世界上镁资源最为丰富的国家之一，镁资源矿石类型全，分布广，总储量占世界的22.5%，居世界第一：菱镁矿储量居世界首位，已探明菱镁矿储量34亿吨，占世界菱镁矿总储量的28.3%；原镁产量居于世界第一位，占世界总产量的70%多。我国含镁白云石矿丰富，白云石资源遍及我国各省区，特别是山西、宁夏、河南、吉林、青海、贵州等省区，现已探明储量40亿吨以上；我国4大盐湖区镁盐矿产资源的远景储量达数十亿吨其中，柴达木盆地内大小不等的33个卤水湖、半干涸盐湖和干涸盐湖，蕴藏着储量占全国第一位的镁盐资源；我国海域水中的镁合金达到0.13％。
1.2.2 性能特点【2-9】
（1）镁合金密度小但强度高、刚性好。在现有工程用金属中，镁的密度最小，是钢的1/5，锌的1/4，铝的2/3。普通铸造镁合金和铸造铝合金的刚度相同，因而其比强度明显高于铝合金。镁合金的刚度随厚度的增加而成立方比增加，故而镁合金制造刚性好的性能对整体构件的设计十分有利。
（2）镁合金的韧性好、减震性强。镁合金在受外力作用时，易产生较大的变形。但当受冲击载荷时，吸收的能量是铝的1.5倍，因此，很适合应于受冲击的零件—车轮；镁合金有很高的阻尼容量，是避免由于振动、噪音而引起工人疲劳等场合的理想材料。
（3）镁合金的热容量低、凝固速度快、压铸性能好。镁合金是良好的压铸材料，它具有很好的流动性和快速凝固率，能生产表面精细、棱角清晰的零件，并能防止过量收缩以保证尺寸公差。由于镁合金热容量低，与生产同样的铝合金铸件相比，其生产效率高40%～50%，且铸件尺寸稳定，精度高，表面光洁度好。
（4）镁合金具有优良的切削加工性。镁合金是所有常用金属中较容易加工的材料。加工时可采用较高的切削速度和廉价的切削刀具，工具消耗低。而且不需要磨削和抛光，用切削液就可以得到十分光洁的表面。
（5）镁资源丰富，价格廉美。如前所述，世界镁资源丰富且随着科技的日益发展，原镁的成本也快速下降，价格也不断降低。
综上所述，镁资源丰富，镁合金有其独特的性能优势，是最轻的金属结构材料并且易回收，因此，镁被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
第2章 镁合金的发展概况
2.1 镁及镁合金发展简史【10-12】
1808年,科学家戴维以汞为阴极电解氧化镁,在人类历史上第一次制取了金属镁。19世纪30年代,法拉第第一次通过电解氯化镁得到了金属镁。第一次世界大战开始之前,法国、德国、英国和加拿大都实现了镁的工业生产,但产量有限,大约年产量几百吨,主要用于军事方面。
19世纪80年代,才由德国首先建立工业规模上的电解槽,电解无水光卤石生产氯化镁,从此开创了电解法炼镁的工业化时代。后经不断在工艺和设备方面的改进,直到目前世界上采用的就是这种电解法。
电解法炼镁的原理是在高温下电解熔融的无水氯化镁,使之分解成金属镁和氯气。高温情况下水对熔盐性质的影响是致命的,因此,高纯度的无水氯化镁是电解法制镁关键所在。依据所用原料及处理原料的方法不同,电解法炼镁又可细分为以下几种具体的方法:道乌法、氧化镁氯化法、光卤石法、AMC法、诺斯克法。
电解法因为其生产工艺先进,能耗较低的优点,是一种极具发展前景的炼镁方法。目前,发达国家80%以上的金属镁是通过电解法生产。
由于金属镁的需求越来越大,电解法生产金属不能够满足镁的需求,因此催生了金属镁的热还原法冶炼。第二次世界大战期间,热还原法生产镁的技术迅速发展起来。
使用硅作为还原剂还原氧化镁实现于1924年,但此时还未应用于工业生产。第二次世界大战期间,意大利科学家发明了在真空高温炉内用硅铁还有白云石生产镁的工艺;同期,奥地利科学家发明了用碳直接还原氧化镁来生产镁的亨氏格技术。第二次世界大战以后,这些工艺用于工业化生产。
1941年加拿大教授L.M.皮江在渥太华建立了一个以硅铁还原煅烧白云石炼镁的试验工厂,获得了成功。1942年加拿大在安大略省的哈雷建成世界上第一座皮江法生产的硅热法厂(年产量5000t),并取得成功成为炼镁的第二大方法。为了纪念这位科学家的卓越成就,特命名为“皮江法”;又由于用硅铁作还原剂高温炼镁,故又称为“硅热法”。皮江法经过不断改进,成为热还原法中使用最广泛的方法,也是目前世界上生产镁的主要方法之一。 皮江法炼镁的实质是在高温和真空条件下,有氧化钙存在时,通过硅(或铝)还原氧化镁生成镁蒸气,与反应生成的固体硅酸二钙(2CaO·SiO2)相互分离,并经冷凝得到结晶镁。该工艺过程可分为白云石煅烧、原料制备、还原和精炼四个阶段。
2.2 国内外镁合金发展现状【13-16】
近年来,北美、欧洲和日本等发达国家相继加大了对镁合金开发与应用研究的投入。镁合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等) 。特别是由于节能和环境保护的要求,汽车将成为镁合金应用的重要领域。据报道[9 ] ,使用镁合金结构件每辆汽车有减重150kg 的潜力,围绕镁合金材料的开发,争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。为此,美国、德国、澳大利亚、日本等国都相继出台了各自的镁研究计划 。例如,美国的Rheo2molding 项目重点是研究镁合金件生产新工艺,并取得了一系列成果; 德国1997 年由联邦出资2500 万马克的MADICA (Magnesium Die Casting)镁合金研究开发计划,主要研究压铸镁合金工艺、快速原型化与工具制造技术、切削加工技术、连接技术和半固态成形工艺,并将镁合金应用于诸如汽车、计算机、航空航天等领域,从而提高德国在镁合金应用方面的能力。1995 年“澳大利亚镁研究与发展计划”(简称AMRDP) 的协作研究项目由昆士兰金属公司、联邦和昆士兰州联合实施旨在发展镁金属制品的工业技术。目前, 世界各国正在加大镁及镁合金的生产。1999 年世界镁的消耗在40 万吨左右,预期在2005 年以前将达到55 万吨。镁合金公司(MAC) 正在刚果投资5. 14 亿美元,建成一家世界上最大的年产6 万吨的压铸镁合金厂,并计划于2003 年建成投产。澳大利亚目前有9 个镁项目正在研究和发展建设中。另外,以色利、日本、德国、英国、荷兰、俄罗斯等国家也已完成建新厂或正在扩大已有工厂的生产能力。为了降低轿车自重以减少汽油消耗,提高轿车的使用性能,各大汽车公司对镁合金在汽车中的应用研究投入了极大的热情 ,纷纷积极投资镁合金冶炼基地,确保原材料的供应。世界头号汽车公司美国通用汽车公司与世界上第二大镁业公司—挪威Norsk Hydro 镁业公司达成协议,就增加镁合金在汽车上的应用进行期合作,Norsk Hydro 镁业公司将稳定地长期向通用汽车公司提供所需镁合金和镁合金零部件。镁合金在电子器件中应用的增长就更快,日本松下、NEC、SON Y以及欧洲、美国、等著名公司已经用镁合金制造便携式电脑、手提电话、摄录像机壳体,显示出了极强的竟争力 。
我国目前在镁工业方面拥有三项“世界冠军”。第一是镁资源大国,储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32 亿吨,硫酸镁16 亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量,仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60 %以上,矿石品位高达40 %。第二是原镁生产大国,2003 年我国共生产原镁3514 万吨,约占全球总产量的67 %。第三是出口大国,年产量80 %以上的镁出口到国际市场。尽管如此,我国的镁工业还存在着不少问题,主要表现在:1) 原镁生产技术比较落后,质量不够稳定,镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标,难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2) 出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭,镁合金出口比重只有15 %左右,镁合金制品出口则更是微乎其微,因此出口利低效益差,而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3) 原创性的研究成果缺乏,目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产,而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。中国镁合金产品的生产和应用现状是,镁合金的优势已经被许多企业所认识,在汽车、摩托车和3C 产业中镁合金已经开始获得应用,用户汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等,例如,一汽铸造有限公司AM50 镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长,、和投资的镁压铸厂分布在几乎全国各地,各种压铸机数量超过50 台;变形镁合金加工开始起步。2000 年3 月,科技部启动了“镁合金开发应用及产业化”的前期战略研究,并于2001 年8 月正式通过项目论证,将该项目列为“十五”国家科技攻关重大项目,国家投入经费4000 余万,全国共21 个省市区的4 个研究院所、7 所高校、20 多家企业直接参与了项目实施,最终目标是充分发挥我国的镁资源优势,通过技术集成创新和机制与创新,加强镁合金应用开发,建立具有国际竞争力的镁合金高新技术产业群,将镁资优势转化为经济优势。在“863”计划中,开展了耐热镁合金、变形镁合金、高强高韧镁合金及其应用技术研究。
2.3 镁合金存在的问题及其发展趋势【17-21】
镁合金面临的问题：
（1）易燃性，镁元素与氧元素具有极大的亲和力，其在高温下甚至还处于固态的情况下，就很容易与空气中的氧气发生反应，放出大量热，且生成的氧化镁导热性能不好，热量不能及时发散，继而促进了氧化反应的进一步进行，形成了恶性循环，而且氧化镁疏松多孔，不能有效阻隔空气中氧的侵入。
（2）室温塑性差，镁属于密排六方晶体结构，其在室温下只有1个滑移面和3个滑移系，因此它的塑性变形主要依赖于滑移与孪生的协调动作，但镁晶体中的滑移仅发生在滑移面与拉力方向相倾斜的某些晶体内，因而滑移的过程将会受到极大地，而且在这种取向下孪生很难发生，所以晶体很快就会出现脆性断裂。在温度超过250℃时，镁晶体中的附加滑移面开始起作用，塑性变形能力变强。
（3）耐蚀性差，镁具有很高的化学活泼性，其平衡电位很低，与不同类金属接触时易发生电偶腐蚀，并充当阳极作用。在室温下，镁表面与空气中的氧发生反应，形成氧化镁薄膜，但由于氧化镁薄膜比较疏松，其致密系数仅为0.79，即镁氧化后生成氧化镁的体积缩小， 因此耐蚀性很差。
（4）绝对强度偏低，尤其是高温强度和高温抗蠕变性能较差。
镁合金的发展趋势：
（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。美国、日本、加拿大、以色列等国家均将耐热镁合金的研究开发作为重要的突破方向 ,其目标是在不大幅度提高成本的前提下,提高镁合金150 - 250 ℃下的高温强度和蠕变性能,同时,具有良好压铸性能和耐蚀性。目前最广泛应用的商业化AZ(Mg - Al - Zn)系、AM(Mg - Al - Mn) 系Mg - Al 基镁合金的高温蠕变性能较差,温度高于150 ℃后的拉伸强度迅速降低。为改善Mg - Al 基镁合金的高温性能,可以通过加入合金元素改善析出相的特性(晶体结构、形态及热稳定性) 来提高其耐热性能。RE 比Si 能更有效地增大Mg - Al 合金的蠕变强度,Mg - Al - RE 系的AE42 、AE41 镁合金具有比AS 系镁合金更高的蠕变强度,可以应用于压铸【18】。
（2）耐蚀镁合金，严格镁合金中的Fe 、Cu、Ni 等杂质元素的含量、控制Fe/ Mn 比,得到的高纯镁合金具有很好的耐蚀性,例如，高纯AZ91HP 镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C 的100 倍,超过了压铸铝合金A380 ,比低碳钢还好得多镁合金在熔炼浇注过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明,熔剂保和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等气体保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、降低合金性能并加大设备投资。
（3）阻燃镁合金，镁合金在熔炼浇注过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明,熔剂保和SF6 、SO2 、CO2 、Ar等气体保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降低合金性能并加大设备投资。
（4） 高强度镁合金，日本东北大学金属材料研究所开发出了具有高强度、高延展性、耐热、质轻的镁合金。这种镁合金的强度至少是以往镁合金的2. 5 倍,是目前世界上强度最高的镁合金。这种镁合金是在急速冷却条件下将镁、锌和钇的金属粉末按一定比例混合,用高压挤压而成,其中镁、锌、钇的原子数比例为97∶1∶2 。这一构成使新的镁合金既具有高强度又富有延展性,在横截面积为1mm2 的新型镁合金丝上挂600kg 的重物也不会变形,其耐热强度是目前镁合金的2 倍以上,同时也特别易于加工。另外,经过精炼加工后,还可把镁从该合金中再单独分离出来,非常利于循环利用。预计这种镁合金除广泛用于家电产品外,还将在机器人、人造卫星等要求材料既轻又结实的领域发挥巨大威力。
（5）变形镁合金，虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合
金,但经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。因此,开发变形合金,是其未来更长远的发展趋势。新型变形镁合金及其成型工艺的开发,已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品,如通过挤压和热处理后的ZK60 高强变形镁合金,其强度及断裂韧性可相当于时效状态的A17075 或A17475 合金,而采用快速凝固(RS) + 粉末冶金( PM) + 热挤压工艺开发的Mg - Al - Zn 系EA55RS 变形镁合金,成为迄今报道的性能最佳的镁合金,其性能不但大大超过常规镁合金,比强度甚至超过7075 铝合金,且具有超塑性(300 ℃,436 %) ,腐蚀速率与2024 - T6 铝合金相当,还可同时加人Si 、C、P 等增强相,成为先进镁合金材料的典范。日本1999 年开发出超高强度的IMMg - Y系变形镁合金材料,以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg - AI - B 挤压镁合金,用于Magnox 核反应堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金,法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。
第3章 高强度镁合金发展现状与面临的问题
3.1 高强度镁合金加工方法、发展现状及成果
（1）添加稀土元素强化镁合金在镁合金中, 稀土元素具有提高合金高温强度及抗高温蠕变性能和改善铸造性能的作用, 因而从上世纪70 年代就开始了添加稀土元素强化镁合金的广泛研究和应用。如20 世纪70 年代, Pet terson G 提出在M g2A l 合金中加RE, 得到了较好的效果。后来,DOW 化学公司开发了实用的A E42 合金。90 年代，有研究指出, 在M g2A l 合金中加入1% 左右的RE会形成含RE 的化合物, 如A l14RE,A l11RE3或A l2RE相, 而没有发现M g2RE 相或M g2RE2A l 相化合物, 说明在RE 加入量较少时, 稀土与镁难以结合生成化合物, 但由于RE 与A l 结合生成RE2A l 化合物, 减少了
A l 形成低熔点相M g17A l12 的数量, 有利于提高M g2A l2RE 合金的蠕变性能因此具有很高的热稳定性。又如U n swo rthWm 等对M g28%Zn21. 5%RE铸态组织进行的研究结果表明, 含RE 的M g2Zn 合金
中会产生高稀土含量的M g2Zn2RE 三元相。M g2Zn2RE 合金具有明显的时效硬化特点, 且在20 h 后才出现硬度峰值, 说明RE 具有推迟过时效作用。再如有人在M g28%L i 合金中分别加入1%～2% 的L a、Ce、N d, 经过一定的均匀化处理后, 组织中的A相细化, 并产生M g17L a2、M g17Ce2 (或M g12Ce) 及M g3N d 等稀土镁化合物。由于这些化合物具有较高的硬度, 因此使合金的硬度及强度提高。加RE 还可以提高M g2L i 合金的再结晶温度, 并促进M g2L i 合金的时效硬化。由于资源和成本的原因, 目前主要以稀土Ce 或稀土Y 或富Ce 混合稀土的形式加入镁合金。稀土Ce 在M g2A l 系合金中, 首先与A l 形成化合物A l11Ce3, 且分布于A2M g 晶界处。A l11Ce3 熔点为1
200℃, 在A2M g 中的最大固溶度仅为0. 5% , 因而它是一种耐高温的稳定相; 同时由于消耗了一定的A l而减少了高温软化B相(A l12M g17 ) 的生成量, 随着Ce的加入量增加, B相在晶界的连续性逐步减弱并有粒化的趋势。而Ce 在M g2RE 系合金中则以共晶相M g12Ce 存在, 其共晶点为560℃, 且该相也为高温硬化相, 同样分布于A2M g 晶界处; 它们在晶界处不仅能阻止晶粒长大, 而且还阻止了高温下晶界迁移和减小扩散性蠕变变形。通过上述两方面的作用, 明显地
提高了镁合金的高温强度及其高温稳定性, 并随着Ce含量的增加, 镁合金的高温性能也进一步增加, 当Ce含量达到0. 8% 时, 高温性能达到最佳状态, 其使用温度可达到250℃。稀土元素Y 与镁一样, 同样具有密排六方晶体结构, 原子半径相近, Y 在镁基固溶体中具有12. 0% 的固溶度; 在室温条件下,M g 与Y 以M g24Y5 高温强化
共晶相化合物形式弥散分布于A2M g 晶内和晶界处。所以M g2Y 合金具有很显著的时效硬化特性, 时效温度一般在200℃左右[16 ] , 时效过程分为B″→ B′→ B(M g24Y5 ) 三个时期[17, 18 ]。一方面,M g24Y5 分布在A2M g 晶内, 可以弥散强化基体; 另一方面,M g24Y5 分布于晶界, 可以阻止晶界滑移, 强化晶界, 进而能有效地提高合金的高温强度和抗高温蠕变性能。近年来, Y对镁合金的有利作用越来越受到人们的重视, 并将M g2Y 系合金视为很有发展潜力的一类耐高温合金。其它的稀土元素还包括L a、P r、N d、Gd、Dy 等, 同
样也被应用于镁合金之中。其中N d 的作用尤为优良, 由于其最大固溶度为3. 6% , 远大于Ce 的固溶度1. 6% , 以M g12N d 高温稳定共晶相存在, 所以其表现与Ce 不尽相同, 它不仅能提高镁合金的高温强度, 而且还能提高室温强度。由于上述原因, 人们又开发出了一些多元的稀土镁合金如:M g2Y2N d2Zr 合金, 室温度和抗高温蠕变性都比其它镁合金高些, 使用温度可达300℃。稀土Gd、Dy 的原子半径与镁的更为接近, 所以它们在镁中的固溶度更大, 分别为23. 5% 和25. 8% , 且随温度的降低而降低, 具有比Y 更高的时效硬化特性, 其中尤以Gd 为甚。而L a 的作用最弱。由于稀土资源的原因, 对大部分稀土元素还缺乏广泛的研究和应用。我国盛产富Ce 和富P r 的混合稀土, 对它们予以开发应用是我国镁合金发展的主要方向之一【21-22】。
（2）镁基复合材料，以镁合金为基材来制作复合材料所选增强体通常要求物理化学相容性好且避免增强体和基体合金之间
界面的不利反应。增强体的不同, 其界面反应所起的作用也不同, 例如A l2O 3 会与M g 发生置换反应生成M gO 化合物, 降低界面的润湿性和结合力, 所以镁基复合材料中较少采用A l2O 3 短纤维、晶须或颗粒作为增强体。目前镁基复合材料所采用的增强体主要为SiC、
B4C、ZrO 2 或石墨的纤维、晶须、颗粒等。增强体在镁合金中的存在, 增加了材料内部的界面面积, 加强了晶界的强化作用且细化了A2M g 基体晶粒; 由于增强体与镁基体的热膨胀系数相差较大, 在复合材料的冷却过程中, 界面处及近界面处将存在热错配残余应力, 引起基体的塑性流变, 产生高密度位错, 起到位错强化的作
用。通过以上的强化机理, 镁基复合材料便能比镁合金具有更高的室温强度、硬度、弹性模量和抗磨性。据文献报道: 通过挤压铸造制备的含SiC 晶须(体积分数为20% ) 的SiCwöAZ91D 镁基复合材料, 经过410℃×2 h 的固溶处理, 然后在170℃进行5 h 的时效处理, 其室温抗拉强度达到了392M Pa。许多研究者研究了SiC 与镁合金基体之间的界面反应, 在复合材料的制造过程及高温固溶处理(500℃×12 h) 中都没有发现任何不利的界面化学反应。由此可见,SiC 晶须或颗粒是镁基复合材料合适的增强体。但是到目前, 镁基复合材料的高温强度并未得到显著提高。研究发现B4C 与纯镁不反应, 但B4C 颗粒表面的玻璃态B2O 3 与M g 能够发生界面反应可使液态M g对B4C 颗粒的润湿性增加, 所以这种反应不但不降低界面结合强度, 反而可使复合材料具有优异的力学性能。近几年有研究表明: 将纳米级的SiC、ZrO 2 颗粒加入到镁合金中, 能通过弥散强化作用明显提高复合材料的室温和高温强度, 如: 含有体积分数为3% 的平均粒径为14 nm 的SiCö镁基复合材料, 在100℃时的抗拉强度为180M Pa, 室温抗拉强度为320M Pa。由上可见, 现有的镁基复合材料的强度虽有明显
提高, 但其结果仍不尽人意, 究其原因是基体材料的强度太低。如果基体材料的力学性能能够得到一定的提高, 再附以复合强化手段,那么就有希望研发出高强度的镁基复合材料【23-24】。
（3）RSö PM 高强度镁合金快速凝固粉末冶金(RSö PM ) 法是近十年发展起来的材料制备新工艺, 包括快速凝固制备粉末和粉末固化成形两部分, 其中快速凝固制粉技术是镁合金晶粒细化的关键。由于快速凝固制粉设备能提供非常快的冷却速度, 进而能得到极细的甚至是超细的晶粒, 一方面大幅度地增加了晶界的面积, 另一方面, 还可以使分布于晶界处的B相或其它强化相, 尤其是含稀土的耐高温强化相能更加弥散地分布于A2M g 基体上, 明显地加强了细晶强化、晶界强化和弥散沉淀强化的作用。因此, 通过快速凝固粉末冶金法可以制得高强度高塑性的镁合金。日本的和村能人等就曾利用该工艺方
法, 研制出了高强度纳米结晶M g97Zn1Y2 (原子数)RSö PM 镁合金。该合金以A2M g 相为基, 在晶界处分布有少许的M g24Y5 化合物, 其平均晶粒半径为100nm～ 200 nm , 室温抗拉强度高达610M Pa, 伸长率为5%【25-30】。
3.2 高强度镁合金的发展方向【31-39】
（1）改变合金元素，在镁中加入合金元素,无论是固溶,还是形成金属间化合物,都可以提高强度。不同的合金元素,由于其在镁中溶解度和所形成的化合物不同,强化作用也不同。开发新型高强度镁合金,对合金元素进行可能的适当组合,使之具有高的强度和良好的综合性能。
（2）提高合金纯洁度，通常认为,镁合金耐腐蚀性不佳。重金属夹杂(Fe、Cu、Ni) 含量较低的高纯合金,其耐蚀性和强度相对提高。如高纯AZ91E 合金(相对腐蚀速度为20 %)在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C 的100 倍,超过了压铸铝合金A380 (相对腐蚀速度为30 %) ,大大优于低碳钢(相对腐蚀速度为100 %) 。对镁合金进行氩气底吹和过滤复合净化处理,可以有效清除镁熔体中的夹杂物和气体,提高镁合金强度。
（3）改进铸造成型工艺，镁合金的半固态成型工艺能产生细小的微观结构,减少微观收缩,使合金具有较高的方向性。对镁合金铸锭进行后续的变形处理也可以细化其晶粒组织,从而提高其力学性能。
（4）基础研究，微观偏析、晶粒细化、亚稳相和准晶强化等一系
列基础问题是超高强度镁合金研究工作的重点。
3.3 关于镁及高强度镁合金的看法【40-41】
通过阅读文献，我认为对高强度镁合金的研究开发是切实可
行的, 但是由于资源、成本和在新材料领域的基础理论研究的滞后等原因, 镁合金的发展到了紧迫且关键的时候了。我认为, 今后应在以下方面加大研究力度：
(1) 我国富藏稀土资源, 如四川出产富P r 稀土,且P r 的作用优于Ce。所以加强对P r 的研究应用进程, 将对我国镁合金的发展和区域经济的繁荣起着推波助澜的作用。
(2) 目前在世界范围内, 对非平衡转变新工艺的基础理论研究均不深刻, 出现了一些新现象、新问题。此缺憾严重地阻止了镁合金的快速发展。因此基础理论研究尤其是对非平衡转变的研究仍将是镁合金研究领域中的重中之重。
(3) 镁基复合材料是复合强化材料家族中的新成员, 虽然已取得了一定的成果, 但关于适用于镁合金的增强体及其界面理论的研究和开发仍存在一定的局限性, 尤其是镁基复合材料的高温强度低成了发展的主要障碍。总之, 镁基复合材料还需要持续的、更全面的、更深入的理论性研究。
参考文献
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