1.3 鎂及鎂合金的物理和化學性能
1.3.1 熱性能
（1）熔點 標準大氣壓下，金屬鎂的熔點是（650±1）℃。熔點溫度隨壓力增加的情況見圖1-5。
圖1-5 金屬鎂的溫度-壓力相圖
1bar=105Pa，下同
（2）沸點 標準大氣壓下，金屬鎂的沸點是1090℃。
（3）熱膨脹 純鎂在較低溫度下的熱膨脹系數見表1-5。
表1-5 低溫狀態下純鎂熱膨脹系數
基于已發表的試驗結果和美國Dow Chemical公司的研究數據，Baker提出在0～550℃溫區內多晶金屬鎂的熱膨脹系數αt[μm/（m·℃）]可以表達為：
（1-3）
根據該公式推出的多晶鎂在該溫區不同溫度范圍內的平均熱膨脹系數見表1-6。
表1-6 多晶鎂平均熱膨脹系數
注：
，下同。
（4）熱傳導能力 金屬鎂在室溫和中溫區的熱導率見表1-7。熱導率在149～5700W/（m·K）范圍變化，并在9K時到達峰值。
表1-7 實驗測定的金屬鎂中低溫熱導率
金屬鎂的熱導率還可以根據鎂的Bungardt和Kallenbach公式計算：
（1-4）
表1-8給出了上式預測的鎂在室溫和中溫區的熱導率。熱導率在室溫區的8組試驗取值范圍是148～171W/（m·K）。在中溫區的8組試驗取值范圍是126～159W/（m·K）；去除3組取值較低的試驗數據，金屬鎂在該溫區的熱導率為147～159W/（m·K）。
表1-8 理論計算的中低溫金屬鎂熱導率
（5）比熱容（Cp） 金屬鎂在20℃的比熱容是1.025kJ/（kg·K）。比熱容隨溫度的變化見圖1-6。
圖1-6 純鎂比熱容與溫度的關系
（6）Debye特征溫度（θ） 金屬鎂在30K溫度以上的Debye特征溫度是326K（53℃）。
（7）熔解潛熱（DH） 金屬鎂的熔解潛熱為360～377kJ/kg。
（8）升華潛熱（DH） 在25℃時金屬鎂的升華潛熱為6113～6238kJ/kg。
（9）氣化潛熱（DH） 金屬鎂的氣化潛熱為5150～5400kJ/kg。
（10）蒸氣壓等 表1-9給出了金屬鎂蒸氣壓隨溫度的變化關系；燃點：空氣中加熱時，金屬鎂在632～635℃開始燃燒；燃燒熱（DH）：金屬鎂的燃燒熱為24900～25200kJ/kg；自擴散系數：金屬鎂的自擴散系數在468℃時為4.4×10-10cm2/s，在551℃時為3.6×10-9cm2/s，在627℃時為2.1×10-8cm2/s。表1-10給出了單晶金屬鎂的自擴散系數與溫度的關系。
表1-9 金屬鎂蒸氣壓隨溫度的變化關系
注：1atm=101325Pa，下同。
表1-10 單晶鎂的自擴散系數與溫度的關系
1.3.2 熱力學性能
（1）比熱容（Cp） 常壓下金屬鎂的比熱容（單位：J/mol）：
① 固體（298～923K）：
② 液態（923～1600K）：
③ 單原子氣態（298～2000K）：
④ 單原子氣態（2000～3000K）：
⑤ 雙原子氣態（298～900K）：
⑥ 雙原子氣態（900～3000K）：
（2）焓（DH） 金屬鎂在298K時的焓為（單位：J/mol）：
① 固體形成熱焓：0。
② 固體熔解熱焓：32.7±0.1。
③ 單原子氣體形成熱焓：147±0.8。
④ 雙原子氣體形成熱焓：287±2。
（3）熵（S） 金屬鎂在298K時的熵為[單位：J/（mol·K）]：
① 固體：37±0.1。
② 單原子氣體：148.65±0.02。
③ 雙原子氣體：240.7±0.5。
1.3.3 電學和磁學性質
純鎂的電導率為38.6% IACS。293K下鎂單晶a軸向電阻率ρ為45.3nΩ·m，c軸向電阻率為37.8nΩ·m。鎂的電阻率隨溫度的升高而增加。293K下鎂單晶a軸向電阻溫度系數為0.165nΩ·m/K，c軸向電阻溫度系數為0.143nΩ·m/K。多晶固態鎂和液態鎂的電阻率見表1-11。
表1-11 鎂的電阻率
298K下，以飽和甘汞電極為參比電極，鎂的接觸電極電位為44mV；300K下以銅電極為參比電極，鎂的接觸電極電位為-0.222mV。電化學克當量為126mg/C。相對標準氫電極，鎂的標準電極電位為-2.73V；Mg+的離子電位為7.65eV；Mg2+的離子電位為15.05eV。已報道的鎂的功函數有3.61eV和3.65eV兩種數值。
純鎂的磁化率為6.27×10-3～6.32×10-3mks，相對磁導率為1.000012，霍爾系數為-1.06×10-16Ω·m/（?·m）（1?=0.1nm，下同）。
1.3.4 光學和聲學性質
鎂具有金屬光澤，呈亮白色。入射光波長為0.50μm時，鎂的反射率為0.72；波長為1.00μm時，反射率為0.74；波長為3.0μm時，反射率為0.8；波長為9.0μm時，反射率為0.93。
日光吸收率為0.31。295K下輻射系數為0.07。波長為0.589μm時，吸收率為4.42，折射率為0.37。
聲波在拉拔并退火的鎂材中的傳播速度為5.77km/s；橫波傳播速度為3.05km/s；縱波傳播速度為4.94km/s。
1.3.5 化學性能
鎂的活性較大，標準電極電位為-2.37V，比鋁（-1.71V）低，是電負性很強的金屬，其耐蝕性很差。鎂在潮濕大氣、海水、無機酸及其鹽類、有機酸甲醇等介質中均會發生劇烈的腐蝕；只有在干燥的大氣、碳酸鹽、氟化物、鉻酸鹽、氫氧化鈉溶液、苯、四氯化碳、汽油、煤油及不含水和酸的潤滑油中才穩定。鎂在室溫下很容易被空氣氧化，生成一層很薄的氧化膜。這種薄膜多孔疏松，脆性較大，遠不如鋁及鋁合金的氧化膜堅實致密，耐蝕性很差。在儲存和使用過程中，必須采取適當的措施防止鎂的腐蝕，如表面氧化和涂油、涂裝等。詳見本書第5章。