鎂合金具有高比強度、高比彈性模量、高阻尼減震性、高導熱性、高靜電屏蔽性、高機械加工性和極低的密度等優(yōu)點(diǎn)。
從20世紀40年代開(kāi)始，鎂合金被廣泛地應用在汽車(chē)、航空、航天等領(lǐng)域，進(jìn)入90年代后期，鎂合金產(chǎn)品開(kāi)始用于自行車(chē)、電子產(chǎn)品以及其他民用領(lǐng)域。
當用鎂合金制作汽車(chē)、飛機零件時(shí)，可大大減輕重量，降低燃油消耗；當采用鎂合金制造手機、筆記本電腦和一些家用電器的外殼時(shí)，能顯著(zhù)增強產(chǎn)品的散熱能力和抗震能力，并能有效地減輕對人體和周?chē)h(huán)境的電磁輻射危害；當采用鎂合金制造汽車(chē)零件時(shí)，能增強汽車(chē)的_性。因此，鎂合金在汽車(chē)和電子器材中的用量都在以20％ 的速度增長(cháng)。這是近代金屬工程材料中的。另外鎂合金可全部回收利用，是有利于環(huán)保的一種綠色金屬，又被譽(yù)為“21世紀的綠色工程材料”。
1．鑄造鎂合金的發(fā)展
按成形工藝，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，兩者在成分、組織性能上存在很大差異。鑄造鎂合金主要用于汽車(chē)零件、機件殼罩和電氣構件等；變形鎂合金主要用于薄板、擠壓件和鍛件等。鑄造鎂合金比變形鎂合金的應用要廣泛得多。本文主要介紹鑄造鎂合金的發(fā)展。
鑄造鎂合金大致可以分為三個(gè)階段：
（1）一個(gè)階段是一個(gè)基礎階段 主要在鎂中加入鋁和鋅，即Mg-A1-Zn系合金。這類(lèi)合金可得到與鑄造鋁合金相近的抗拉強度。我國的ZM5、英國的L121及AM80A都屬于這類(lèi)合金，主要添加元素為鋁，而鋅的含量較低，主要是因為鋅含量增加時(shí)，容易出現顯微疏松。
（2）二個(gè)階段是一個(gè)改進(jìn)階段 在鎂中加入鋯，常見(jiàn)的含鋯合金系有Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr等。鋯在鎂合金中的主要作用是細化鎂合金晶粒，從而提高鎂合金的屈服強度，并使鎂合金具有良好的性能和較低的缺口敏感性。缺點(diǎn)仍然是因為結晶間隔較寬，容易出現顯微疏松和熱裂傾向。所以目前應用多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg-Al。另外為了提高鎂合金高溫抗蠕變性能，產(chǎn)生了以稀土元素為主要組元的鎂合金。
（3）第三個(gè)階段是提高階段 在鎂合金中加入銀，銀合金化后能增強時(shí)效強化效應，大大提高了鎂合金的高溫強度和蠕變抗力，但會(huì )降低合金耐蝕性能。
2．鎂合金的液態(tài)成型方式
當前，鎂合金的液態(tài)成型仍然以壓力鑄造、重力鑄造為主，鎂合金采用其他鑄造方式，如低壓鑄造、熔模鑄造等形式較少，其中壓鑄為鎂合金主要的成型方式。
2.1 鎂合金壓鑄
壓鑄是鎂合金主要、應用廣泛的成形工藝。因鎂合金熱流動(dòng)性好，很適合于薄壁件的壓鑄生產(chǎn)。鎂合金壓鑄始于20世紀20年代中期的德國VolksWagen 汽車(chē)公司。之后，前蘇聯(lián)、日本以及歐洲的一些相繼在汽車(chē)制造行業(yè)采用鎂合金壓鑄結構件，如曲軸箱、傳動(dòng)軸外殼、空調機外殼、變速箱殼體、駕駛艙儀表板、輪箍、汽缸體、汽缸蓋、分配支架、油泵殼體、過(guò)濾器外殼等。自20 世紀80 年代以來(lái),隨著(zhù)鎂合金成本的不斷降低,鎂合金開(kāi)始在汽車(chē)、計算機、通訊設備上得到越來(lái)越多的應用,其中絕大部分為鎂合金壓鑄件。
盡管范圍內鎂合金及制備技術(shù)發(fā)展比較早，但是我國在解放后才開(kāi)始有自己的鎂工業(yè)。近幾年來(lái)，隨著(zhù)我國汽車(chē)工業(yè)、電子通訊工業(yè)的飛速發(fā)展，對鎂合金壓鑄件的需求與日俱增，我國的鎂壓鑄行業(yè)發(fā)展很快。我國鎂合金壓鑄件產(chǎn)量由1995年的1562噸提高到2005年的8960噸，7年里產(chǎn)量增長(cháng)了4倍多，平均年增長(cháng)率達60％。利用鎂合金壓鑄件代替傳統鑄鐵、鑄鋼件，甚至代替鋁壓鑄件，正成為制造業(yè)特別是汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展趨勢。已有許多家工廠(chǎng)在從事鎂合金壓鑄件生產(chǎn)和研究，如深圳、東莞等數家工廠(chǎng)在生產(chǎn)筆記本電腦外殼、手機外殼鎂合金壓鑄件等。重慶鎂業(yè)科技股份公司，將以摩托車(chē)和輕型汽車(chē)用鎂合金及其零部件為重點(diǎn)，同時(shí)開(kāi)發(fā)鎂合金的各類(lèi)加工材；青島金谷鎂業(yè)股份公司著(zhù)力開(kāi)發(fā)3C電子類(lèi)產(chǎn)品用鎂合金制品。
雖然傳統的壓鑄方法生產(chǎn)的鎂合金壓鑄件得到廣泛利用，但其不能進(jìn)行熱處理強化,也不能在較高的溫度下使用。為了消除這些缺陷,提高壓鑄件的內在質(zhì)量,擴大壓鑄技術(shù)的使用范圍,_們近些年來(lái)在傳統壓鑄工藝的基礎上研究開(kāi)發(fā)了一些新的壓鑄技術(shù):如半固態(tài)壓鑄、真空壓鑄、充氧壓鑄和高速壓鑄法等。這些新技術(shù)在消除鎂合金壓鑄件的鑄造缺陷,提高其力學(xué)性能及表面和內在質(zhì)量上均取得良好的效果。其中真空壓鑄以其極低的鑄件含氣量、較好的設備兼容性和優(yōu)異的鑄件性能等優(yōu)點(diǎn)得到了高度重視和大力發(fā)展。
2.2 鎂合金重力鑄造
重力鑄造是鎂合金成型方法中比較傳統的，壁厚較厚的鑄件目前仍多采用這種方式。重力鑄造又包括砂型鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、殼型鑄造、熔模鑄造。
鎂合金的砂型鑄造經(jīng)歷了自然砂、二氧化碳砂、自硬樹(shù)脂砂的發(fā)展階段。它主要用于航天領(lǐng)域，因為它們與鋁和其他材料相比具有重量輕的優(yōu)點(diǎn)。
熔模鑄造在鋁合金、鈦合金中應用很廣，但在鎂合金中采用的比較少，尚處于研發(fā)階段。
2.3 鎂合金低壓鑄造
低壓鑄造是介于重力鑄造和高壓鑄造的一種鑄造方法，具有充型平穩，補縮效果良好的特點(diǎn)，同時(shí)密封充型可以防止鎂合金暴露在大氣中而引起氧化燃燒，是鎂合金成型方法中一種比較好的方式，但長(cháng)期以來(lái)這種成型方式在鎂合金中應用很少，主要是人們對于鎂合金低壓鑄造的過(guò)程缺乏了解。
3．鎂合金鑄造時(shí)存在的問(wèn)題
3.1 鎂合金的熔體保護
由于鎂合金液很容易氧化,而且表面生成的氧化膜比較疏松,因此熔煉鎂合金時(shí),防止氧化至關(guān)重要。鎂合金的熔體保護主要有兩種方法,即熔劑保護和氣體保護。
目前國內外常使用的保護熔劑是商品化的RJ系列熔劑。其中，用得廣泛的RJ-2熔劑的組分主要為氯鹽和氟鹽。用保護熔劑熔煉通常會(huì )帶來(lái)以下問(wèn)題：①氯鹽和氟鹽高溫下易揮發(fā)產(chǎn)生有毒氣體，如HCl，HF等。②由于熔劑的密度較大，部分熔劑會(huì )隨同鎂液混入鑄型造成“熔劑夾渣”。③熔劑揮發(fā)產(chǎn)生的氣體有可能滲入合金液中，成為材料使用過(guò)程中的腐蝕源，加速材料腐蝕，降低使用壽命。因此，尋找氯鹽和氟鹽的代用材料或減少氯鹽和氟鹽的使用量，減少污染，提高保護效果，是開(kāi)發(fā)鎂合金熔煉保護熔劑的努力目標。
自20世紀60年代以來(lái)，一些_學(xué)者開(kāi)始尋找氣體保護劑。通過(guò)大量實(shí)驗，發(fā)現了對鎂合金液有保護作用的氣體，如SF6，BF3，CF4，CClF2，CO2等。通過(guò)進(jìn)一步研究，SF6的保護性能較好，使用SF6存在的問(wèn)題主要是用量的控制問(wèn)題，生產(chǎn)中如何根據熔煉保護狀態(tài)自動(dòng)調節SF6的壓力、流量，達到既有利于保護，又減少SF6用量的目的，仍是SF6氣體保護正在有待深入研究的課題。
3.2 鎂合金鑄件的質(zhì)量問(wèn)題
在鑄造生產(chǎn)中，鑄件的質(zhì)量是諸多因素的綜合反映，是多工藝流程配合的終體現，與成形工藝、模具條件、環(huán)境狀況等密切相關(guān)。目前鎂合金鑄件在生產(chǎn)中會(huì )出現變形、欠鑄、留痕、冷隔、拉痕、縮孔、裂紋等鑄造缺陷。有的缺陷會(huì )影響后續工序的加工質(zhì)量，影響性能，降低使用壽命。為避免缺陷產(chǎn)生，需采取工藝對策，主要從鑄造設備、生產(chǎn)環(huán)境、原材料等方面提出改進(jìn)意見(jiàn)和對策，為鑄造工藝指明改進(jìn)方向，提高鑄件質(zhì)量。
另外鎂合金強度不高，尚不能用于重要的結構件上；耐蝕性低，尤其是耐電化學(xué)腐蝕性能不高；高溫使用性能明顯偏低。
4．今后的發(fā)展方向
4.1 鑄造過(guò)程數值模擬
通過(guò)數值模擬，在計算機上進(jìn)行虛擬鑄造成型，觀(guān)察鑄造生產(chǎn)全過(guò)程，了解合金液在充型和凝固過(guò)程中發(fā)生的各種現象，為型腔、澆注系統和排溢系統設計提供更科學(xué)的依據。
通過(guò)對充型過(guò)程流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的數值模擬，能夠較準確地表達鑄造成型過(guò)程中流動(dòng)和傳熱規律，并可精地顯示澆不足、冷隔、熱節的位置，對提高工藝設計水平、_成型鑄件的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率、延長(cháng)模具的使用壽命等具有重要意義。而目前對壓鑄鎂合金的充型規律、充型性能與壓鑄工藝參數的關(guān)系、充型臨界壁厚等了解甚少，因此，亟需進(jìn)行系統研究。
4.2鑄型設計
由于鎂合金的化學(xué)、物理參數及鑄造特性與鋁合金有很大差異，因此鑄型設計則不能全套用鋁合金壓鑄型設計原則。由于目前實(shí)際應用的鎂合金種類(lèi)很少，鎂合金鑄型的研究亦未引起重視。隨著(zhù)鑄造鎂合金種類(lèi)和數量的日益增多，研制開(kāi)發(fā)成本較低的鑄型材料、加工工藝、制定鑄型設計原則將成為今后鎂合金鑄造不可忽視的一個(gè)課題。
