第1章　鎂合金的特性及發(fā)展

1.1　鎂及鎂合金的特性

1.1.1　鎂礦資源及生產(chǎn)方法

1.1.1.1　鎂礦資源及開(kāi)發(fā)

鎂合金是最輕的商用金屬工程材料，也是一種理想的現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料。在世界范圍內(nèi)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的材料中，鎂及其合金材料因具有密度小及可回收利用等優(yōu)點(diǎn)而格外引人注目。它有許多優(yōu)良的物理及力學(xué)性能，具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，容易切削加工，易于鑄造，減震性好，能夠承受較大的沖擊震動(dòng)負(fù)荷，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，磁屏蔽性能優(yōu)良。正是因這些符合“21世紀(jì)綠色結(jié)構(gòu)材料”的一系列特征，使其特別適合在汽車(chē)、摩托車(chē)等交通工具和計(jì)算機(jī)、通信、儀器儀表、家電、輕工、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用。此外，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，金屬材料的消耗日益增多，對(duì)鐵、鋁、銅等金屬的需求持續(xù)增長(zhǎng)，常用的金屬資源已經(jīng)表現(xiàn)出逐年短缺的勢(shì)態(tài)，而鎂是世界上最豐富的礦產(chǎn)資源之一及地殼中分布較廣的元素之一，其在地殼中的儲(chǔ)量極其豐富，約占地殼總儲(chǔ)藏量的2.77％，居第8位。與地殼中其他金屬元素的含量相比，鎂元素在地殼中的含量?jī)H在鋁、鐵之后，位居第三。在大多數(shù)國(guó)家都能發(fā)現(xiàn)鎂礦石，但最主要的資源還是海水。海水中含有豐富的鎂，其含量為0.13％，也就是說(shuō)每立方米海水中約含有0.13kg鎂。因而湖水、海水成為人們?nèi)≈槐M的鎂資源。僅死海一處的鎂，若能得到全部的開(kāi)發(fā)，就可供人類(lèi)使用22000年。可見(jiàn)，占地球表面積70％的海洋也是一個(gè)天然的鎂資源寶庫(kù)。表1-1為地殼中分布最廣的化學(xué)元素的含量。鎂以化合物形態(tài)存在的鎂礦，在1500種礦物中占200多種，但能作為煉鎂原料的鎂礦并不多，如表1-2所示。

目前具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的鎂礦資源有菱鎂礦、白云石、水氯鎂石（濃縮的海水、鹵水或MgCl₂·6H₂O）、光鹵石四種。

（1）菱鎂礦　菱鎂礦（MgCO₃）是碳酸鹽礦物，理論上含MgO 47.82％、CO₂52.18％，礦物有結(jié)晶形與無(wú)定形兩種。結(jié)晶形菱鎂礦屬于六方晶系，有玻璃光澤，而無(wú)定形菱鎂礦則沒(méi)有光澤，并有角質(zhì)斷口。菱鎂礦外觀色澤為白色或淡黃色，由于常含有碳酸鈣、碳酸鐵、碳酸錳、二氧化硅等雜質(zhì)，因此其顏色各種各樣。菱鎂礦許多國(guó)家都有，如中國(guó)、前蘇聯(lián)、印度、意大利等。世界上儲(chǔ)量最大、質(zhì)量最好的菱鎂礦礦床在中國(guó)的遼寧省大石橋。中國(guó)山東掖縣、河北邢臺(tái)等地均有菱鎂礦，其質(zhì)量不如遼寧省大石橋的。能作為煉鎂原料的菱鎂礦，其品位為：MgO 45％～46％，CaO 0.8％～1.0％，SiO₂0.5％～1.0％。菱鎂礦可作為電解法煉鎂的原料，也可作為熱法煉鎂的原料。

（2）白云石　白云石（MgCO₃·CaCO₃）是碳酸鎂與碳酸鈣的復(fù)鹽。理論上含MgO 21.8％、CaO 30.4％、CO₂47.68％。CaO與MgO的質(zhì)量比為1.394，摩爾比為1.0。大多數(shù)天然白云石中CaO與MgO的質(zhì)量比為1.4～1.7。白云石有結(jié)晶形與無(wú)定形兩種。白云石因含有不同的雜質(zhì)而具有不同的顏色。白云石分布很廣，許多國(guó)家、地區(qū)都有。白云石主要作為硅熱法煉鎂的原料，也可以先提取MgO，再成球氯化為MgCl₂，用電解法生產(chǎn)金屬鎂。能作為硅熱法煉鎂的白云石，其品位為：MgO 19％～21％，CaO 30％～33％，F(xiàn)e₂O₃+Al₂O₃<1.0％，SiO₂<0.5％，Na₂O+K₂O<0.01％，Mn<0.0005％，燒損率為46.5％～47.5％。

（3）水氯鎂石及光鹵石　水氯鎂石（MgCl₂·6H₂O）與光鹵石（KCl·MgCl₂·6H₂O）是兩種含水的氯鹽。這兩種原料必須經(jīng)過(guò)徹底脫水成為無(wú)水MgCl₂或無(wú)水光鹵石（KCl·MgCl₂）后才能按電解法來(lái)生產(chǎn)金屬鎂。MgCl₂·6H₂O與KCl·MgCl₂·6H₂O在中國(guó)青海省鹽湖中有極為豐富的資源，其組分為：MgCl₂30.75％，KCl 24.98％，NaCl 0.77％，H₂O 34.55％。

正是由于鎂及其合金材料表現(xiàn)出的這些優(yōu)異特性和其具有的潛在價(jià)值，自1808年金屬鎂被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們就從未停止過(guò)對(duì)鎂的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。僅僅是在最初的一百多年里，由于鎂價(jià)格和技術(shù)兩大瓶頸問(wèn)題，加之鋁的使用而推遲了鎂的廣泛應(yīng)用。鎂較早作為工程結(jié)構(gòu)材料使用較少，主要用于制備鋁合金、鋼鐵脫硫等，也主要應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。但到20世紀(jì)80年代，隨著兩大瓶頸問(wèn)題的突破，鎂及其合金材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用高速增長(zhǎng)，鎂合金在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用越來(lái)越受到重視，在90年代之后得到迅猛發(fā)展。近幾十年來(lái)，全世界的鎂產(chǎn)量翻了一倍，世界各國(guó)紛紛把鎂資源作為新時(shí)代的重要戰(zhàn)略資源進(jìn)行規(guī)劃。美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)為攻克鎂合金對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的綜合性研究。中國(guó)具有豐富的鎂資源，菱鎂礦儲(chǔ)量，原鎂產(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位。中國(guó)是世界上鎂資源最豐富的國(guó)家，菱鎂礦探明儲(chǔ)量約占世界的1/4，具有發(fā)展鎂產(chǎn)業(yè)的先天性基礎(chǔ)條件。此外，中國(guó)不但是一個(gè)摩托車(chē)生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，也是一個(gè)潛在的汽車(chē)生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，鎂及鎂合金產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。但是在鎂和鎂合金的研究和應(yīng)用方面我們有很大的空間待開(kāi)發(fā)。因此，充分利用中國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì)，將鎂的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增強(qiáng)中國(guó)在鎂行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，是擺在我們面前的迫切任務(wù)。所以，大力發(fā)展鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)對(duì)于中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展將具有非常重要的戰(zhàn)略意義。雖然目前在鋁合金領(lǐng)域所消費(fèi)的鎂最多，但近年來(lái)增長(zhǎng)速度已減緩，而在壓鑄件中的用鎂量（目前主要是汽車(chē)和IT行業(yè)）則呈快速增長(zhǎng)之勢(shì)。

1.1.1.2　鎂的生產(chǎn)方法

鎂的生產(chǎn)方法分為兩大類(lèi)，即氯化鎂或光鹵石熔鹽電解法和熱還原法。金屬鎂從發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了200多年的歷史（即1808～2016年），工業(yè)生產(chǎn)的年代已有130余年（1886～2016年）的歷史。在這130年中，鎂的發(fā)展可分為三個(gè)階段。

19世紀(jì)初（1808年）英國(guó)科學(xué)家H.戴維從氧化鎂中分離出了鎂。1929年法國(guó)科學(xué)家A.布西用鉀或鈉的蒸氣去作用熔融氯化鎂得到了金屬鎂。到了19世紀(jì)60年代，英國(guó)和美國(guó)才開(kāi)始用化學(xué)法得到多一點(diǎn)的鎂。此階段經(jīng)歷了78年（1808～1886年），但沒(méi)有形成工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模。1830年英國(guó)科學(xué)家M.法拉第首先用電解熔融氯化鎂的方法制得了純鎂。1852年P(guān).本生在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)對(duì)此法進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，直到1886年在德國(guó)開(kāi)始鎂的工業(yè)生產(chǎn)。1886年以后，鎂的需求量增加，1909年由于“電子”鎂基合金（作結(jié)構(gòu)材料）的發(fā)明和使用，對(duì)鎂生產(chǎn)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響，奠定了電解氯化鎂生產(chǎn)鎂的方法。直到現(xiàn)在，電解法仍然是具有先進(jìn)水平的工藝方法。無(wú)水光鹵石熔體采用MgCl₂-NaCl-KCl三元系電解質(zhì)電解，電解溫度為720℃。電解質(zhì)中MgCl₂含量為9％～12％，電流效率為75％。由于鎂的需求量越來(lái)越大，僅靠電解法生產(chǎn)鎂不能滿足鎂的需求，所以許多科學(xué)家在化學(xué)法的基礎(chǔ)上，研究了熱還原法煉鎂。硅熱法煉鎂的特點(diǎn)是真空條件下的固相反應(yīng)，反應(yīng)速率與爐料的細(xì)度、還原溫度及體系的剩余壓力有關(guān)。氧化鎂真空熱還原法煉鎂是1913年開(kāi)始的，到現(xiàn)在已有100余年的歷史。第一次用硅作還原劑還原氧化鎂是1924年由Л.Χ.安吉平和A.Ф.阿拉貝舍夫?qū)崿F(xiàn)的。1932年安吉平、阿拉貝舍夫用鋁硅合金作還原劑還原氧化鎂。1941年加拿大Toronto大學(xué)教授L.M.皮江在渥太華建立了一個(gè)以硅鐵還原煅燒白云石煉鎂的試驗(yàn)工廠，并獲得了成功。1942年加拿大政府在哈雷白云石礦建立了一個(gè)年產(chǎn)5000t金屬鎂的硅熱法煉鎂廠。皮江法煉鎂成為工業(yè)煉鎂的第二大方法。第二次世界大戰(zhàn)以后，1947年法國(guó)著手研究了連續(xù)生產(chǎn)的硅熱法煉鎂工藝流程，1950年建立了擴(kuò)大試驗(yàn)爐，1959年第一臺(tái)日產(chǎn)鎂2t半工業(yè)爐投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究試驗(yàn)，1969年建成年產(chǎn)4500t鎂的半連續(xù)硅熱法鎂廠（半連續(xù)還原爐日產(chǎn)鎂3.5t），1971年擴(kuò)建到年產(chǎn)9000t鎂（半連續(xù)還原爐日產(chǎn)鎂6.5t）。半連續(xù)法煉鎂（即熔渣導(dǎo)電半連續(xù)還原爐）成為鎂工業(yè)生產(chǎn)中主要工藝方法之一。

1.1.1.3　世界鎂產(chǎn)量及市場(chǎng)的變化

20世紀(jì)50年代以前，鎂工業(yè)的發(fā)展主要依附于軍事工業(yè)。60年代以后，由于金屬鎂在民用市場(chǎng)和空間技術(shù)的應(yīng)用得到發(fā)展，推動(dòng)了鎂的增長(zhǎng)。表1-3～表1-5所示為2000年前后世界總產(chǎn)鎂量及鎂的消耗量。美國(guó)、加拿大、挪威、前獨(dú)聯(lián)體、法國(guó)、意大利、前南斯拉夫、巴西、印度、朝鮮都生產(chǎn)金屬鎂，日本于1995年10月宣布永久性退出鎂冶煉行業(yè)。從表1-3～表1-5可以看出，西方國(guó)家鎂的供需在20世紀(jì)80年代后期及90年代初基本上是平衡的。由于世界經(jīng)濟(jì)衰退，鎂的需求量及產(chǎn)量同時(shí)下降。隨著西方經(jīng)濟(jì)逐步復(fù)蘇，鎂的需求量逐年增長(zhǎng)。2000年，全球鎂消費(fèi)量為47.32萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了5.39％，其中西方世界為44.27萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了4.65％，西方世界的缺口為18.97萬(wàn)噸，其缺口的85％需要從中國(guó)進(jìn)口，中國(guó)已是西方最大的鎂供應(yīng)國(guó)。盡管在2000年全球鎂產(chǎn)量增長(zhǎng)了6.5％，但中國(guó)增長(zhǎng)率已達(dá)到21.7％，西方世界原鎂產(chǎn)量幾乎沒(méi)有增長(zhǎng)。2001年起，西方原鎂產(chǎn)量已開(kāi)始出現(xiàn)下降形勢(shì)。到2002年需求量達(dá)到了48萬(wàn)噸，在這個(gè)大發(fā)展時(shí)期，西方國(guó)家也開(kāi)始擴(kuò)大生產(chǎn)能力。2004～2009年期間，世界鎂消費(fèi)量在增長(zhǎng)，2007年達(dá)到最大。據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鎂業(yè)分會(huì)統(tǒng)計(jì)，2012年，中國(guó)原鎂產(chǎn)量69.83萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的82％。2014年中國(guó)原鎂產(chǎn)量87.39萬(wàn)噸，與2013同期相比增長(zhǎng)13.53％。陜西省作為中國(guó)最大的金屬鎂產(chǎn)地，2014年累計(jì)生產(chǎn)40.46萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)17.86％，占中國(guó)產(chǎn)量的46.30％。其中榆林地區(qū)累計(jì)生產(chǎn)39.63萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)19.08％；府谷地區(qū)累計(jì)生產(chǎn)34.81萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)29.89％，占中國(guó)總產(chǎn)量的39.83％。

鎂具有豐富的資源，鎂合金的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)符合汽車(chē)工業(yè)、電子工業(yè)和航天工業(yè)等的發(fā)展要求，因而受到了各國(guó)政府、企業(yè)和科技界的高度重視。20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出臺(tái)了各自的鎂合金研究計(jì)劃，將鎂資源作為21世紀(jì)的重要戰(zhàn)略物資，推動(dòng)了鎂合金在交通、計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類(lèi)電子、國(guó)防軍工等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。如德國(guó)政府制訂了一個(gè)投資2500萬(wàn)德國(guó)馬克的鎂合金研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，主要研究壓鑄鎂合金的生產(chǎn)工藝、快速原形化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、連接技術(shù)和半固態(tài)成形工藝，以提高德國(guó)在鎂合金應(yīng)用方面的能力。國(guó)際企業(yè)界對(duì)鎂合金的研發(fā)也不遺余力，如汽車(chē)業(yè)為了降低轎車(chē)自重以減少汽油消耗、減輕環(huán)境污染，同時(shí)使轎車(chē)的使用性能更加優(yōu)良，各大汽車(chē)公司對(duì)鎂合金的應(yīng)用研究投入巨大的人力、物力，將鎂合金制造零件作為重要發(fā)展方向。同時(shí)世界大牌汽車(chē)公司如美國(guó)通用公司與世界第二大鎂業(yè)公司——挪威諾斯克·希德洛鎂業(yè)公司達(dá)成協(xié)議，就增加鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用進(jìn)行長(zhǎng)期合作，由希德洛公司長(zhǎng)期向通用汽車(chē)公司供應(yīng)所需的鎂合金和鎂合金零部件。大型的汽車(chē)廠家對(duì)鎂資源開(kāi)發(fā)進(jìn)行控股，與鎂金屬生產(chǎn)廠家聯(lián)合投資，共同參與，進(jìn)行鎂金屬的大型生產(chǎn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，以確保經(jīng)濟(jì)而穩(wěn)定的鎂的供應(yīng)，滿足汽車(chē)工業(yè)和其他行業(yè)對(duì)鎂合金的日益增長(zhǎng)的巨大需求。如美國(guó)福特（Ford）公司于1997年與Normandy礦產(chǎn)公司、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究院（CSIRO）合作組成澳大利亞鎂業(yè)公司，在澳大利亞昆士蘭（Gueesland）合股投資建設(shè)全球最大的鎂生產(chǎn)基地。同時(shí)，聯(lián)合開(kāi)展低成本的鎂冶煉工藝研究。德國(guó)大眾汽車(chē)公司與以色列鎂生產(chǎn)廠家合作，在鎂資源豐富的死海地區(qū)合資興建鎂加工廠，其中大眾公司占35％股份，以色列占65％。日本通過(guò)“家電回收法”限制工程塑料的使用，率先將鎂合金用于制造筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等先進(jìn)的電子裝置殼體，并計(jì)劃逐步推廣到電視、投影儀、音響等大型家電中，目的是保持環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。許多大型項(xiàng)目的實(shí)施和完成，必將推動(dòng)鎂工業(yè)的低成本生產(chǎn)工藝的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，加上鎂合金回收容易的因素，將使全球鎂及鎂合金的價(jià)格穩(wěn)步下降。

首先應(yīng)用鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的是德國(guó)VolksWagen汽車(chē)公司。之后，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本以及歐洲的一些國(guó)家相繼在汽車(chē)制造行業(yè)采用鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件，如曲軸箱、傳動(dòng)軸外殼、空調(diào)機(jī)外殼、變速箱殼體、駕駛艙儀表板、輪箍、氣缸體、氣缸蓋、分配支架、油泵殼體、過(guò)濾器外殼等。這個(gè)階段全世界的最高年產(chǎn)量曾經(jīng)達(dá)到24000t。大眾汽車(chē)公司是生產(chǎn)鎂合金壓鑄件的最大廠家，在早期的比特（Beetle）型汽車(chē)中就開(kāi)始使用鎂合金。到1981年，該公司已生產(chǎn)2000多萬(wàn)輛這種型號(hào)的汽車(chē)，使用了40萬(wàn)噸鎂。最初這些零件是用金屬型鑄造的，接著在1949年用壓鑄法生產(chǎn)小零件，1960年又有了進(jìn)一步的發(fā)展，用壓鑄法生產(chǎn)了變速箱體和曲軸箱。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，空冷發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)達(dá)到頂峰，1971年生產(chǎn)了200多萬(wàn)輛汽車(chē)，鎂的使用量達(dá)42000t。20世紀(jì)70年代中期推銷(xiāo)前輪驅(qū)動(dòng)帶液冷發(fā)動(dòng)機(jī)的新車(chē)型，與此同時(shí)鎂的價(jià)格與鋁比較顯著地上漲，面對(duì)這種形勢(shì)，為保持靈活，公司規(guī)定變速箱體可用鎂或鋁壓鑄件，兩套方案供生產(chǎn)選擇，作為降低鎂成本的措施，實(shí)際上擴(kuò)大了除自產(chǎn)廢料以外的其他廢舊金屬的回收使用。但到20世紀(jì)80年代中期，世界汽車(chē)制造鎂合金壓鑄行業(yè)開(kāi)始衰弱，以德國(guó)VolksWagen汽車(chē)公司所屬Kassel變速箱廠為代表的世界汽車(chē)鎂合金壓鑄骨干企業(yè)相繼將鎂合金壓鑄的生產(chǎn)資源轉(zhuǎn)移至巴西、墨西哥、中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家，而中斷了自己的鎂合金壓鑄生產(chǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，以加拿大Meridian公司、美國(guó)Ltmt公司為代表的一批新興的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)鎂合金壓鑄汽車(chē)零件的企業(yè)重新出現(xiàn)在汽車(chē)制造業(yè)。近幾年，鎂合金汽車(chē)壓鑄零部件在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)工業(yè)上的應(yīng)用呈現(xiàn)出持續(xù)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。轎車(chē)的進(jìn)氣歧管材質(zhì)主要為鋁合金，近年來(lái)，應(yīng)用鎂合金材質(zhì)的進(jìn)氣歧管有逐漸擴(kuò)大之勢(shì)（主要為AZ91D），通用（20世紀(jì)90年代初就在其北極星發(fā)動(dòng)機(jī)中采用）、奔馳、大眾等歐美汽車(chē)公司都在生產(chǎn)或積極研制。1997年，德國(guó)組織了44個(gè)企業(yè)（其中5個(gè)汽車(chē)公司）、5所大學(xué)及研究所投資2500萬(wàn)馬克實(shí)施鎂壓鑄計(jì)劃（MADICA），計(jì)劃實(shí)施為期3年，計(jì)劃中的5個(gè)子項(xiàng)目為壓鑄研究與發(fā)展、快速成形、鎂合金加工、鎂合金裝配及流變鑄造。德國(guó)母線實(shí)施的SFB390項(xiàng)目投資5300萬(wàn)馬克，歷時(shí)15年研究鎂合金。該項(xiàng)目共有17個(gè)子項(xiàng)目，其中7個(gè)項(xiàng)目涉及鎂合金壓鑄生產(chǎn)，另外3個(gè)項(xiàng)目涉及新型鎂材料。

1.1.1.4　中國(guó)原鎂生產(chǎn)及產(chǎn)品的發(fā)展

中國(guó)原鎂產(chǎn)能及產(chǎn)量主要分布于能源（煤、電）和資源（白云石、光鹵石）較豐富的省區(qū)，其中山西、寧夏、河南是中國(guó)鎂發(fā)展的優(yōu)勢(shì)地區(qū)，2000年分別占中國(guó)產(chǎn)量的67.64％、11.1％、6.7％。另有吉林、河北、青海、陜西、內(nèi)蒙古、山東、云南等省區(qū)有部分產(chǎn)量。盡管世界范圍內(nèi)鎂合金及制備技術(shù)發(fā)展較早，但是中國(guó)自己的鎂工業(yè)只是在新中國(guó)成立后才開(kāi)始建立。新中國(guó)成立前，中國(guó)的鎂工業(yè)，僅1938年日本在中國(guó)撫順建立了一個(gè)鎂車(chē)間，以后這個(gè)鎂車(chē)間未恢復(fù)生產(chǎn)。隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)、電子通信工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)鎂合金的需求與日俱增，鎂行業(yè)發(fā)展很快。1957年在蘇聯(lián)專(zhuān)家的指導(dǎo)下，在原來(lái)的基礎(chǔ)上，采用菱鎂礦干團(tuán)爐料氯化生產(chǎn)氯化鎂熔體再電解生產(chǎn)金屬鎂的方法建成了年產(chǎn)3000t金屬鎂的車(chē)間（即撫順?shù)X廠鎂分廠）。1963年后將菱鎂礦干團(tuán)爐料氯化改為菱鎂礦顆粒氯化生產(chǎn)MgCl₂，再電解MgCl₂生產(chǎn)金屬鎂。1986年中國(guó)著手將青海民和鎂廠的半連續(xù)硅熱法煉鎂工藝改造為年產(chǎn)4000t鎂的電解法鎂廠（生產(chǎn)工藝為菱鎂礦顆粒氯化——電解法）。1992年后，利用青海鹽湖資源，將天然光鹵石脫水為無(wú)水光鹵石，增加了電解無(wú)水光鹵石制取金屬鎂的生產(chǎn)工藝，并解決了生產(chǎn)工藝中氯氣的利用與平衡問(wèn)題，使青海民和鎂廠成為中國(guó)利用鎂資源生產(chǎn)金屬鎂的重要基地。1987年起，皮江法煉鎂在經(jīng)過(guò)多年的研究及引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上，開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。由于皮江法煉鎂具有工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單、投資少，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)規(guī)模靈活，所需原料白云石及煤炭資源豐富且分布較廣等特點(diǎn)，符合當(dāng)時(shí)的中國(guó)國(guó)情，得到了迅速發(fā)展。在經(jīng)歷了1988年、1992年兩次皮江法建設(shè)高潮后，1995年起，中國(guó)皮江法在國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格上漲的拉動(dòng)下又形成了第三次建設(shè)高潮。1995～1996年中國(guó)共建有皮江法鎂廠近500家，分布于20個(gè)省區(qū)，其中90％以上為1000t以下的小廠，又以300～500t的居多。1996年起，嚴(yán)重的供過(guò)于求導(dǎo)致價(jià)格大幅下跌，而發(fā)展條件的差異，又使大量鎂廠停產(chǎn)倒閉。在短暫的市場(chǎng)繁榮之后，鎂生產(chǎn)企業(yè)又在歐美反傾銷(xiāo)及國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇的雙重壓力下生存與發(fā)展，并在調(diào)整中仍保持著高速發(fā)展的勢(shì)頭，1999年起中國(guó)已成為世界最大的原鎂生產(chǎn)國(guó)。

1.1.1.5　中國(guó)鎂行業(yè)的發(fā)展條件及新材料研發(fā)

中國(guó)是鎂的資源大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó)，原鎂產(chǎn)量居世界首位，但80％以上作為初級(jí)原料低價(jià)出口，鎂深加工能力薄弱，鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓更是嚴(yán)重滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家。為適應(yīng)21世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，擴(kuò)大鎂合金等輕質(zhì)合金材料的應(yīng)用，增強(qiáng)鎂工業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，“十五”期間，特別是在西部大開(kāi)發(fā)和加入世貿(mào)組織的歷史機(jī)遇下，國(guó)家不僅組織實(shí)施了“鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”重大科技攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)，還在“863”計(jì)劃中也安排了耐熱、變形、高強(qiáng)、高韌等鎂合金新材料、新工藝的研究?jī)?nèi)容。這些舉措改善了中國(guó)鎂合金的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)了中國(guó)鎂合金產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。中國(guó)鎂工業(yè)的發(fā)展，具備良好的資源條件、能源條件，具備勞動(dòng)力便宜、投資成本低的優(yōu)勢(shì)，加之不斷的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步，因此，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中顯現(xiàn)出了后發(fā)優(yōu)勢(shì)。

①具有豐富的煉鎂資源：目前世界上的煉鎂原料主要有菱鎂礦、白云石、光鹵石、蛇尾石、海水和鹽湖水等。這些資源在中國(guó)都十分豐富，且分布較廣。中國(guó)是菱鎂礦儲(chǔ)量最多的國(guó)家，已探明儲(chǔ)量27億噸；白云石儲(chǔ)量為40多億噸；青海鹽湖鉀鎂鹽有16.55億噸氯化鎂和8.54億噸光鹵石，隨著西部大開(kāi)發(fā)中鹽湖資源的綜合利用，將副產(chǎn)更多的煉鎂原料。中國(guó)的煉鎂資源不僅豐富、分布廣，而且易于開(kāi)采，為鎂工業(yè)提供了資源保證。

②具有良好的能源條件：煉鎂是高耗能產(chǎn)業(yè)，其中皮江法煤耗為8～12t/t鎂，硅鐵消耗1.2～1.5t/t鎂，電解法粗鎂直流電耗15000～19000kW·h。因此，煤炭及電力資源較豐富的山西、寧夏、青海等省區(qū)具備發(fā)展鎂的優(yōu)勢(shì)。煤炭采購(gòu)價(jià)格成為皮江法企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的最重要的因素。

③具有較低的投資成本：與國(guó)外電解法相比，中國(guó)皮江法具有投資少、建設(shè)周期短的特點(diǎn)，單位投資成本僅是國(guó)外電解法的幾十分之一。

④生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。正是由于這些發(fā)展條件，20世紀(jì)90年代以來(lái)，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)推動(dòng)了中國(guó)鎂工業(yè)的發(fā)展。目前，已有相當(dāng)多的企業(yè)通過(guò)ISO質(zhì)量認(rèn)證，鎂錠、鎂合金、鎂粉產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已與國(guó)際接軌，鎂行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了多個(gè)國(guó)際知名的品牌。現(xiàn)在中國(guó)鎂產(chǎn)能與產(chǎn)量已居全球第一位。中國(guó)已成為世界上最大的鎂生產(chǎn)國(guó)和鎂出口國(guó)。中國(guó)鎂企業(yè)為擴(kuò)大出口，提高產(chǎn)品附加價(jià)值與市場(chǎng)占有率，積極按市場(chǎng)需要開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。中國(guó)鎂工業(yè)的高速發(fā)展為全球鎂的推廣與應(yīng)用做出了積極的貢獻(xiàn)，也深刻地改變了全球鎂工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。1992年以前，中國(guó)是鎂的凈進(jìn)口國(guó)，1992年起，中國(guó)成為鎂的凈出口國(guó)。1995～2000年是中國(guó)鎂出口高速增長(zhǎng)的時(shí)期。2000年，鎂產(chǎn)品出口量已達(dá)16.5萬(wàn)噸，是1995年的3.52倍，是1990年的258倍。中國(guó)已成為最大的鎂產(chǎn)品出口國(guó)，西方世界供需缺口的85％以上需由中國(guó)供應(yīng)。2000年，已有20家企業(yè)可以生產(chǎn)鎂合金，其中專(zhuān)業(yè)鎂合金廠家4個(gè)，總生產(chǎn)能力8萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量4萬(wàn)噸，產(chǎn)品主要按美國(guó)和歐洲鎂合金標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；有鎂粉生產(chǎn)企業(yè)40余家，其中專(zhuān)業(yè)鎂粉生產(chǎn)企業(yè)20家，總產(chǎn)能9萬(wàn)噸，總產(chǎn)量4.5萬(wàn)噸，產(chǎn)品包括鎂粉（含鈍化鎂粉）、鎂粒、鎂屑等；鎂的產(chǎn)量與出口量分別達(dá)到19.5萬(wàn)噸和16.53萬(wàn)噸，其中皮江法占98％。2001年，鎂的產(chǎn)量為21.6萬(wàn)噸，出口量達(dá)到19.3萬(wàn)噸。出口企業(yè)主要集中在山西、寧夏、北京，出口商也在競(jìng)爭(zhēng)中走向集中，并形成經(jīng)營(yíng)規(guī)模。加拿大、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)成為中國(guó)鎂的新興市場(chǎng)。歐盟、美國(guó)、日本是中國(guó)鎂產(chǎn)品三大出口市場(chǎng)，歐盟占到出口量的1/3，其他兩家差不多。根據(jù)海關(guān)總署最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014年中國(guó)鎂出口量共計(jì)43.50萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)5.80％。其中，鎂錠出口量22.73萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)7.18％；鎂合金出口量10.65萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)4.42％；鎂粉出口量8.80萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)3.05％；鎂廢碎料出口量0.29萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)87.66％；鎂加工材出口量0.37萬(wàn)噸，同比下降16.83％；鎂制品出口量0.66萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)15.65％。2014年在全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新常態(tài)下，中國(guó)鎂出口增幅較上年回落，但整體仍呈現(xiàn)為增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。6種稅號(hào)鎂產(chǎn)品出口中，鎂錠、鎂合金、鎂粉出口較上年同期為個(gè)位數(shù)的小幅增長(zhǎng)，鎂加工材出口量下降，鎂制品出口量增長(zhǎng)，尤以鎂廢碎料增長(zhǎng)顯著。

雖然目前中國(guó)的鎂合金研究和應(yīng)用還處于發(fā)展階段，尤其是鎂合金的應(yīng)用落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，但市場(chǎng)潛力非常誘人。首先，中國(guó)的個(gè)人汽車(chē)市場(chǎng)方興未艾；其次，中國(guó)是筆記本電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品需求增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)；另外，中國(guó)的自行車(chē)市場(chǎng)面臨全面的升級(jí)換代。這一切為中國(guó)的鎂合金產(chǎn)業(yè)提供了巨大的發(fā)展空間和機(jī)遇。發(fā)展方向是通過(guò)調(diào)整現(xiàn)有成熟牌號(hào)鎂合金的化學(xué)成分、冶煉工藝、成形工藝和熱處理工藝等來(lái)提高合金的各項(xiàng)性能以滿足不同場(chǎng)合的需求；進(jìn)行新型鎂合金（如快凝鎂合金、非晶鎂合金、鎂合金生物、功能材料以及高強(qiáng)Mg-Li合金、Mg-RE合金、高溫鎂合金等）的開(kāi)發(fā)與研制；進(jìn)行鎂合金腐蝕與防護(hù)技術(shù)的研發(fā)。通過(guò)這些舉措，鎂合金產(chǎn)業(yè)必將成為中國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)中國(guó)從“鎂資源大國(guó)”向“鎂生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變。

1.1.2　鎂的物理性質(zhì)

鎂位于元素周期表第ⅡA族，原子序數(shù)12，屬于活潑性堿金屬，鎂的自由原子的電子排列為1s²2s²2p⁶3s²，所以鎂通常為二價(jià)（Mg²⁺）。金屬鎂是一種很輕的金屬，它的質(zhì)量比鋁還輕1/3。它不僅輕，而且化學(xué)性質(zhì)很活潑，它是電與熱的良好導(dǎo)體。鎂是元素周期系第二族化學(xué)元素，其標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純鎂的晶格是密集的六方晶系，晶格常數(shù)a=0.321nm，c=0.521nm，c/a=1.623。鎂的蒸氣壓相當(dāng)高，在627℃時(shí)為215.95Pa，在727℃時(shí)為1037.1Pa，因此鎂極易揮發(fā)。鎂的蒸氣壓與溫度的關(guān)系可用下式表示：

lgp=435.9-394.6×10^-3T-1018.4×10^-3T^-1+116.5×10^-6T²+333lgT（570-924）

lgp=1547.6-1014.4×10³T^-1-136lgT（924-1380）　　（1-1）

純鎂是柔軟可鍛的金屬，鎂的力學(xué)性能如表1-6及表1-7所示。純鎂的力學(xué)性能差，20℃時(shí)抗拉強(qiáng)度僅為90MPa，HB硬度為30。因此，純鎂很少用于工程用途，通常將某些金屬（常用的有Al、Zn、Mn、稀土等）加入純鎂中，制成強(qiáng)度較高的系列鎂合金，如Mg-Mn、Mg-Al-Mn、Mg-Al-Zn、Mg-Al-Zn-Mn等合金，以滿足工程需要。鎂與鋁、銅、錳、鋅、鋯、釷等金屬可構(gòu)成合金，這些合金的力學(xué)性能比純鎂的優(yōu)良。但鎂與鐵、鈹、鉀、鈉等金屬不構(gòu)成使用的合金。鎂中所含的雜質(zhì)大多數(shù)對(duì)鎂的力學(xué)性能有不良影響。MgO超過(guò)0.1％時(shí)會(huì)降低鎂的力學(xué)性能。鈉的含量超過(guò)0.01％或者鉀的含量超過(guò)0.03％時(shí)也會(huì)大大降低鎂的抗拉強(qiáng)度及其他力學(xué)性能。但同時(shí)含鈉達(dá)0.07％和含鉀達(dá)0.01％時(shí)，鎂的強(qiáng)度并不降低，而只降低其塑性。但也有些元素的含量對(duì)鎂的物理性能有所改善。如雜質(zhì)硅能使鎂的抗拉強(qiáng)度增大；鈣能使鎂的晶粒細(xì)化，含鈣約為0.45％時(shí)，鎂的塑性顯著提高；含鋁1％左右能增加鎂的硬度和強(qiáng)度；銅在1％以下時(shí)不使鎂的機(jī)械強(qiáng)度發(fā)生變化。鐵與鎂不能形成合金，但鐵在鎂中的溶解度隨溫度增高而增大，表1-8為鐵在鎂中的溶解度。

1.1.3　鎂的化學(xué)性質(zhì)

1.1.3.1　鎂與氧的作用

鎂與鋁在化學(xué)、物理性質(zhì)上存在較大的差別，主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)活性、金屬液表面氧化物質(zhì)致密性、凝固過(guò)程中的熱效應(yīng)及抗電化學(xué)腐蝕能力等方面。鎂具有比鋁強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，而且金屬液表面不能形成如鋁合金液一樣致密的氧化物保護(hù)膜以阻止氧化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。鎂被氧化后表面形成疏松的氧化膜，其致密系數(shù)α=0.79（Al₂O₃的α=1.28），這種不致密的表面膜不能阻礙反應(yīng)物質(zhì)的通過(guò)，使氧化得以不斷進(jìn)行。因此鎂合金易燃燒甚至爆炸。由于鎂液容易與氧、水蒸氣等作用而發(fā)生燃燒，甚至發(fā)生爆炸，因此熔鎂過(guò)程中的安全問(wèn)題也是一個(gè)很突出的問(wèn)題。鎂合金還易溶解其他金屬，包括嚴(yán)重降低鎂合金抗電化學(xué)腐蝕能力的鎳、銅等元素。另外，同樣體積的鋁合金及鎂合金液在凝固過(guò)程中，鎂合金釋放的熱量顯著低于鋁合金液。

另外，鎂液很易與大氣中的氧、水蒸氣、氮反應(yīng)而生成不溶于鎂液的、難熔的MgO、Mg₃N₂等化合物。它們混入鑄型后即成為“氧化夾雜”，在澆鑄過(guò)程及在鑄型流動(dòng)中所產(chǎn)生的則稱(chēng)為“二次氧化夾雜”。鎂與氧的化學(xué)親和力要比鋁與氧的大，通常金屬與氧的親和力大小可由它們的氧化物生成熱和分解壓來(lái)判斷。氧化物的生成熱越大、分解壓越小，則與氧的親和力就越強(qiáng)。它的氧化動(dòng)力學(xué)曲線呈直線形式，氧化速率與時(shí)間無(wú)關(guān)，氧化過(guò)程完全由反應(yīng)界面所控制。鎂的氧化與溫度關(guān)系密切：當(dāng)溫度較低時(shí)，鎂的氧化速率不大；溫度高于500℃時(shí)，氧化速率加快；當(dāng)溫度超過(guò)熔點(diǎn)650℃時(shí)，其氧化速率急劇增加，一遇氧即發(fā)生激烈氧化而燃燒，放出大量的熱。反應(yīng)生成的氧化鎂絕熱性很好，使反應(yīng)界面所產(chǎn)生的熱不能迅速向外散發(fā)，進(jìn)而提高界面上的溫度。這種惡性循環(huán)態(tài)勢(shì)必然加速鎂的氧化，燃燒反應(yīng)更加激烈，反應(yīng)界面的溫度也越來(lái)越高，甚至可達(dá)2850℃，遠(yuǎn)高于鎂的沸點(diǎn)（1107℃），引起鎂熔體大量汽化，最終發(fā)生爆炸。

在鎂中添加微量（0.002％～0.01％）的金屬鈹，可以提高鎂熔體的抗氧化能力。由于鈹是鎂的表面活性元素，富集于鎂熔液表面，致使表面含鈹量約為合金中的10倍，并優(yōu)先氧化。氧化鈹?shù)闹旅芏认禂?shù)α=1.71，所以氧化鈹易于填入氧化鎂膜的孔隙中，形成致密的復(fù)合氧化膜。但鈹?shù)募尤肓坎灰诉^(guò)多，過(guò)多會(huì)引起晶粒粗化，惡化力學(xué)性能，并加大熱裂傾向。當(dāng)溫度高于750℃時(shí)，鈹對(duì)提高鎂的抗氧化的作用大大降低，而鎂合金的熔煉溫度一般均高于750℃，因此用加鈹防止鎂熔體氧化僅是一種輔助措施。鎂合金的熔鑄必須采取有效措施，才能防止鎂的氧化燃燒。

1.1.3.2　鎂與水的作用

鎂液不僅易燃燒，而且在遇水時(shí)引起劇烈爆炸。鎂無(wú)論是處于固態(tài)還是液態(tài)均能與水發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下：

　　 （1-2） 　　

　　 （1-3） 　　

在室溫下，反應(yīng)速率緩慢；隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，并且Mg（OH）₂會(huì)分解為水及MgO，高溫時(shí)只發(fā)生式（1-2）反應(yīng)。在相同條件下，鎂與水之間的反應(yīng)，要比鎂與氧之間的反應(yīng)更激烈。

當(dāng)熔融鎂與水接觸時(shí)，不僅因生成MgO放出大量的熱，而且反應(yīng)產(chǎn)物氫與周?chē)髿庵械难跹杆僮饔蒙伤质軣峒眲∑蛎洠Y(jié)果導(dǎo)致猛烈的爆炸，引起鎂熔體的劇烈燃燒與飛濺。熔煉鎂合金時(shí)，與熔體相接觸的爐料、工具、熔劑等均應(yīng)干燥。當(dāng)生產(chǎn)中坩堝泄漏時(shí)，鎂液由于受熱強(qiáng)烈蒸發(fā)（鎂的沸點(diǎn)僅1100℃）并發(fā)生燃燒，以及在清理打磨時(shí)鎂粉塵的自行燃燒，導(dǎo)致爆炸，所以在生產(chǎn)中應(yīng)有專(zhuān)門(mén)的安全防火措施。

鎂與水的反應(yīng)也是鎂熔體中氫的主要來(lái)源，它與鎂合金鑄件的主要缺陷——縮松的產(chǎn)生有密切聯(lián)系。

1.1.3.3　鎂與氮?dú)獾淖饔?/b>

固體鎂在常溫、干燥空氣中一般是比較穩(wěn)定的，不易燃燒，但在熔融狀態(tài)時(shí)容易燃燒，并生成氧化鎂（MgO）。在300℃時(shí)，鎂與空氣中的N₂作用生成氮化鎂（Mg₃N₂），使鎂表面成為棕黃色。溫度達(dá)600℃時(shí)，反應(yīng)迅速。鎂與氮?dú)獍l(fā)生如下反應(yīng)：

　　 （1-4） 　　

在室溫下反應(yīng)速率極慢，當(dāng)鎂處于液態(tài)時(shí)，反應(yīng)速率加快。溫度高于1000℃時(shí)，反應(yīng)激烈。不過(guò)這種反應(yīng)要比Mg與O₂、Mg與H₂O的反應(yīng)緩慢得多。Mg₃N₂系粉狀化合物，不能阻止式（1-4）的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行；同時(shí)Mg₃N₂膜亦不能防止鎂的蒸發(fā)，所以氮?dú)獠荒芊乐规V熔體的氧化和燃燒。

1.1.3.4　與其他物質(zhì)的反應(yīng)

鎂在干燥大氣、碳酸鹽、氟化物、鉻酸鹽、氫氧化鈉溶液、苯、四氯化碳、汽油、煤油及潤(rùn)滑油（不含水和酸）中穩(wěn)定，所以鎂合金常被用作齒輪箱和潤(rùn)滑油、燃油系統(tǒng)的零件。鎂能溶解在無(wú)機(jī)酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄）中，但能耐氫氟酸和鉻酸。鹽鹵、硫化物、氮化物、碳酸氫鈉（NaHCO₃）溶液對(duì)鎂有侵蝕作用。鎂在NaOH和Na₂CO₃溶液中是穩(wěn)定的，但有機(jī)酸能侵蝕金屬鎂。利用鎂在氫氟酸或氫氧化鈉溶液中較玻璃及鋁穩(wěn)定的特點(diǎn)，鎂鑄件的細(xì)孔可用玻璃管或鋁管鑲鑄，以后再用氫氟酸或氫氧化鈉溶液把管子腐蝕掉，從而得到細(xì)孔鑄件。

當(dāng)熔鎂使用熔劑時(shí)，如操作不當(dāng)，熔劑隨同鎂液混入鑄型即成為“熔劑夾雜”。這些非金屬夾雜物的存在顯著降低鑄件的力學(xué)性能。氧化夾雜存在處亦常伴隨著縮松、氣孔的存在。熔劑夾雜的存在還將成為鎂鑄件腐蝕的發(fā)源地。因?yàn)槿蹌┲械腗gCl₂吸濕性很強(qiáng)，露出在鑄件表面上的熔劑夾雜很易吸收大氣中的水分，并發(fā)生反應(yīng)，使鎂不斷被腐蝕而變成白色的Mg（OH）₂，大大降低鑄件的抗蝕性。因此，防止和去除上述兩類(lèi)非金屬夾雜物將成為鎂的熔煉工藝中最突出的問(wèn)題。鎂合金熔煉過(guò)程中另一重要工序是變質(zhì)處理，它將對(duì)合金的晶粒大小和力學(xué)性能有很大的影響，且對(duì)鎂液中的氧化夾雜亦有一定的影響，將在后面詳細(xì)敘述。

　　 （1-5） 　　

　　 （1-6） 　　

1.1.4　鎂合金的性能特點(diǎn)

鎂合金是一種能夠滿足各種行業(yè)需求、發(fā)展前景可觀的輕質(zhì)材料，與鋁和鋼相比，鎂合金材料具有以下特點(diǎn)。

（1）密度　鎂的密度大約是1.7g/cm³，是鋁的2/3，是鐵的1/4，它是最輕的實(shí)用金屬。在現(xiàn)有的工程用金屬材料中，鎂合金密度最小，通常為1.75～1.85g/cm³，約為鋁的64％，鋼的23％，是目前最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料。

（2）比強(qiáng)度、比剛度　鎂合金的比強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均比鑄鋁合金高。與普通的塑料、鋁合金及鋼鐵比，鎂合金的比強(qiáng)度和比剛度更高，所以在實(shí)現(xiàn)同樣強(qiáng)度和剛度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料、鋁合金和鋼鐵輕。因此，采用鎂合金鑄件可以減輕機(jī)器結(jié)構(gòu)的重量，從而提高其效率，降低能量消耗和增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率以及運(yùn)輸機(jī)械的載重量和速度。在不降低零部件強(qiáng)度的前提下，鎂合金零部件的質(zhì)量比鋁合金或鋼的輕很多，而且鎂合金的剛度隨厚度的增加呈立方比增加，用鎂合金制造剛性好的整體構(gòu)件十分有利。

（3）機(jī)械加工性能　鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性能，其切削速度可大大高于其他金屬。因鎂合金比其他金屬的切削阻力小，若鎂合金切削阻力為1，則鋁合金的為118，黃銅的為213，鑄鐵的為315（切削阻力為鋁合金的0.56、黃銅的0.43、鑄鐵的0.29）；機(jī)械加工速度快，生產(chǎn)效率高，刀具使用壽命長(zhǎng)。對(duì)刀具的消耗很小，切削功率很小。切削掉一定量金屬所需的功率，如以鎂合金為1，則鋁合金為1.8，鑄鐵為3.5，低碳鋼為6（鎂合金、鋁合金、鑄鐵、低合金鋼切削同樣零件消耗的功率比值為1:1.8:3.5:6.3）。另一個(gè)突出的特點(diǎn)是鎂合金不需磨削和拋光，不使用切削液即可得到光潔的表面。此外，鎂合金鑄件在受沖擊及摩擦?xí)r不會(huì)起火花。

（4）電磁屏蔽性能　鎂合金是非磁性材料，電磁屏蔽性能好，抗電磁波干擾能力強(qiáng)，鎂合金的電磁波屏蔽性能比在塑料上電鍍屏蔽膜的效果還好，因此，使用鎂合金可省去電磁波屏蔽膜的電鍍工序，可以用于制作手機(jī)等通信產(chǎn)品的部件。

（5）傳熱性及導(dǎo)電性　鎂合金的傳熱和熱膨脹系數(shù)較大，彈性模量在常用金屬中是最低的。鎂合金的電導(dǎo)率大于鋁和鋼；傳熱系數(shù)比鋁小，比塑料高出數(shù)十倍（如是工程塑料的300倍），比鋼大。可以用于制造要求散熱性能良好的電子產(chǎn)品。

（6）再生性能　鎂合金與塑料不同，它可以簡(jiǎn)單地再生使用且不降低其力學(xué)性能。由于熔點(diǎn)低、比熱容小，再生熔解時(shí)所消耗的能量較低。

（7）抗蠕變性能　鎂隨著時(shí)間和溫度的變化在尺寸上蠕變少。

（8）對(duì)振動(dòng)、沖擊的吸收性　鎂合金的比彈性模量與高強(qiáng)度鋁合金、合金鋼大致相同。鑄件的截面剛度隨其厚度的立方比而增加，所以當(dāng)截面厚度增至2倍時(shí)，剛度將增大至8倍。因此用鎂合金制造剛性好的整體構(gòu)件十分有利。它除了能減輕重量外，還可以減少零件數(shù)目和大量的鉚接、焊接和組合裝配等工序。與彈性模量有關(guān)的另一特性，是鑄造鎂合金有高的振動(dòng)阻尼容量，即高的減振性。在一定場(chǎng)合下，除有利于避免過(guò)高的應(yīng)力集中外，在彈性范圍內(nèi)，當(dāng)受沖擊載荷時(shí)，所吸收的能量比鋁大一半。鎂合金具有極好的吸收能量的能力，可吸收震動(dòng)和噪聲。另外，鎂合金的阻尼性比鋁合金大數(shù)十倍，減震效果顯著，適合制備抗震零部件。由于鎂合金對(duì)振動(dòng)能量的吸收性能好，使用在驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)的部件上可減少振動(dòng)。另外，沖擊能量吸收性能好，比鋁合金具有更好的伸長(zhǎng)率，受到?jīng)_擊后能吸收沖擊能量而不會(huì)產(chǎn)生斷裂，由沖撞而引起的凹陷小于其他金屬。因此，鎂合金適宜于鑄造受猛烈碰撞的零件如輪轂和傳送帶輪等。魏光清采用不同的鑄造工藝制備了機(jī)床減震用細(xì)晶AZ91Ce0.2鎂合金，并對(duì)顯微組織、力學(xué)性能、阻尼性能和耐磨損性能進(jìn)行了測(cè)試與對(duì)比分析。結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下，獲得的AZ91Ce0.2鎂合金平均晶粒尺寸在90μm以內(nèi)；鑄造工藝對(duì)鎂合金的性能影響較大，其中0℃抗拉強(qiáng)度增加了48MPa，室溫抗拉強(qiáng)度增加了43MPa，-40℃沖擊吸收功增加了23J，0℃沖擊吸收功增加了20J，室溫阻尼值提高了68.09％，0℃磨損體積減少了74.70％，室溫磨損體積減少了78.67％。

鎂合金在受外力作用時(shí)容易產(chǎn)生較大的變形，這一特性能使受力構(gòu)件的應(yīng)力分布更為均勻。鎂合金的這個(gè)特性與其彈性模量較低有關(guān)，即彈性形變功與彈性模量成反比。

（9）無(wú)毒、易回收利用　鎂及其化合物無(wú)毒，鎂產(chǎn)品的使用不會(huì)造成環(huán)境污染。廢舊鎂合金鑄件有可回收再熔化利用的特性，并可作為二次材料進(jìn)行再鑄造。鎂合金的上述優(yōu)點(diǎn)，使得其在航空航天、交通運(yùn)輸、電子儀器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

但是鎂合金也有一定的不足，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

①熔化鎂合金需要在保護(hù)條件下進(jìn)行。鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，鎂與氧的化學(xué)親和力很大，在高溫甚至在固態(tài)條件下，就很容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，放出大量熱量。其生成的產(chǎn)物氧化鎂不僅導(dǎo)熱性差，熱量不能及時(shí)發(fā)散，造成局部溫度較高，引起燃燒和爆炸，而且生成的氧化鎂致密度低，疏松多孔，不能有效隔絕空氣中氧的侵入，使氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。且表面生成的氧化鎂膜是不致密的，鎂在液態(tài)時(shí)氧化更為劇烈，很易燃燒。氧化膜致密與否由氧化物與生成它所消耗的金屬兩者體積之比（a）所決定，此a稱(chēng)為致密系數(shù)。由于體積比a<1，故鎂氧化后生成氧化鎂的體積縮小，因而氧化膜是疏松的。由于上述原因，鎂的熔鑄工藝需采用專(zhuān)門(mén)的防護(hù)措施，通常需在熔劑覆蓋下進(jìn)行熔煉，而在鎂鑄件中也易產(chǎn)生氧化夾雜和熔劑夾雜的缺陷。所以國(guó)內(nèi)有單位在氣體（SF₆）保護(hù)下進(jìn)行熔煉，可以改善這種情況。澆鑄零件時(shí)，為了避免氧化燃燒以及與造型材料本身和造型材料中的水分相互作用，必須在型砂成分中添加保護(hù)劑。常用的保護(hù)劑有氟化物（氟硼酸銨、酸性氟化銨等）、硫黃、硼酸、菱鎂礦、烷基磺酸鈉等。芯砂中常用的阻化劑為硫黃和硼酸。

鎂合金鑄件的固溶熱處理也需要在二氧化硫、二氧化碳或六氟化硫等氣體保護(hù)下進(jìn)行，擴(kuò)散和分解過(guò)程緩慢是鎂固溶體的特點(diǎn)。所以鎂合金在固溶處理和時(shí)效時(shí)需要保持較長(zhǎng)的時(shí)間。同樣的原因，鑄造鎂合金的淬火一般只需要在空氣或人造氣流中進(jìn)行。

②鎂的平衡電位低，與不同類(lèi)金屬接觸時(shí)易發(fā)生電偶腐蝕，并充當(dāng)陽(yáng)極。在空氣、淡水及海水中鎂合金的耐腐蝕性均不好，需要進(jìn)行防護(hù)。

③鎂屬于HCP結(jié)構(gòu)，在室溫下只有1個(gè)滑移面和三個(gè)滑移系，因此它的塑性變形主要依賴(lài)于滑移與孿生的協(xié)調(diào)動(dòng)作，但鎂晶體中的滑移僅發(fā)生在滑移面與拉力方向傾斜的某些晶體內(nèi)，因而滑移過(guò)程將會(huì)受到極大的限制。而且在這種取向下孿生很難發(fā)生，所以晶體很快就會(huì)出現(xiàn)脆性斷裂。在溫度超過(guò)225℃時(shí)，鎂晶體中的附加滑移面開(kāi)始起作用，塑性變形能力有所增強(qiáng)，因此其塑性加工只能在中高溫下進(jìn)行。

④在兩次世界大戰(zhàn)之間，鎂合金鑄件遇到了很多困難，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀桩a(chǎn)生不均勻的大晶粒，這常使力學(xué)性能惡化，還有顯微疏松，而且變形部件的性能具有過(guò)大的方向性。特別是屈服應(yīng)力相對(duì)于抗張強(qiáng)度總是偏低。

總的說(shuō)來(lái)，鑄鎂合金雖有良好的使用性能，但其熔鑄工藝較為復(fù)雜，廢品較多，生產(chǎn)成本較高，而且鑄鎂車(chē)間有害氣體多，勞動(dòng)條件差，這些都限制了它的應(yīng)用。但近年來(lái)，鑄鎂工藝日益發(fā)展，成本不斷降低，在航空和導(dǎo)彈上應(yīng)用較多，其他工業(yè)部門(mén)如儀表等也有應(yīng)用。由于鎂合金的壓力加工性不足，約有1/4以上的鎂用于鑄造鑄件。由于有上述的一些主要特點(diǎn)，鎂合金被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

1.1.5　鎂合金的牌號(hào)

一般來(lái)說(shuō)，鎂合金的分類(lèi)依據(jù)主要有成形工藝、合金化學(xué)成分和是否含鋯三種。鎂合金的標(biāo)記方法有很多種，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不一，目前普遍使用的是美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的標(biāo)記方法。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，鎂合金的牌號(hào)和品級(jí)由四部分組成，第一部分為字母，標(biāo)記合金中主要的合金元素，代表合金中含量較高的元素的字母放在前面，如果兩個(gè)主要合金元素的含量相等，兩個(gè)字母就以字母順序排列；第二部分為數(shù)字，標(biāo)記合金中主要合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，四舍五入取整數(shù)；第三部分為字母，表明合金的品級(jí)；第四部分表明狀態(tài)，由一個(gè)字母和一個(gè)數(shù)字組成。在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的鎂合金是壓鑄鎂合金，主要4個(gè)系列，即AZ系列Mg-Al-Zn、AM系列Mg-Al-Mn、AS系列Mg-Al-Si和AE系列Mg-Al-RE。如AZ91E表示主要合金元素為Al和Zn，其名義含量分別為9％和1％，E表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列的第五位。如AZ91D-T6，表明該合金中含鋁8.3％～9.7％，含鋅0.35％～1.0％，D表明合金純度要求，T6表明合金狀態(tài)為固溶+時(shí)效。AZ91A、AM60A和AS41A是適用于壓力鑄造的合金，一般在鑄態(tài)（F）下使用。AZ91B是最常用的壓鑄鎂合金，AM60A適用于制造汽車(chē)輪轂和其他要求高伸長(zhǎng)率、高韌度以及屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度綜合力學(xué)性能好的鑄件。AS41A合金在175℃以下的抗蠕變性能優(yōu)于AZ91B和AM60A合金，并有良好的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等綜合力學(xué)性能。AZ91D、AM60B和AS41B是高耐蝕的高純合金。

中國(guó)傳統(tǒng)鑄造鎂合金牌號(hào)按照“ZM”編排。表1-9為兩系列牌號(hào)的鎂-鋁系和鎂-鋁-鋅系合金的物理性能。中國(guó)傳統(tǒng)變形鎂合金用“ZB”編排。為了使鎂合金能夠大量用作結(jié)構(gòu)材料，開(kāi)展變形鎂合金的研制非常必要。鎂合金的加工方式主要有擠壓、軋制和鍛造，由于鎂合金通常為密排六方結(jié)構(gòu)，常溫下變形非常困難，為了得到較大變形量而不產(chǎn)生裂紋，鎂合金通常采用熱加工處理。經(jīng)過(guò)變形后的鎂合金缺陷減少，組織更加均勻細(xì)化，與鑄造鎂合金相比，可獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能，而且變形鎂合金的比強(qiáng)度也優(yōu)于其他金屬材料，如鋁合金、鋼材等，因此能夠滿足不同場(chǎng)合結(jié)構(gòu)件的使用要求。最早的變形合金是Mg-1.5Mn，用于薄板、擠壓件和鍛件，但這種材料已在發(fā)展。常用的變形鎂合金主要有Mg-Al、Mg-Li、Mg-Mn、Mg-Zn-Zr、Mg-RE等系列，而近年來(lái)開(kāi)發(fā)的Mg-Gd-Y-Zr變形鎂合金因具有優(yōu)良的室溫及高溫性能而受到廣泛關(guān)注。變形鎂合金與普通鑄造、壓鑄鎂合金的典型力學(xué)性能對(duì)比，說(shuō)明變形鎂合金具有更大的優(yōu)勢(shì)。變形稀土鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強(qiáng)度、更好的塑性。研究表明，鎂合金在熱變形后，組織得到了顯著細(xì)化，鑄造組織缺陷被消除，使得產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能大大提高。發(fā)展變形鎂合金制品可使鎂合金更大地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件上，如軋制的薄板或厚板、擠壓材和鍛件。但由于變形鎂合金的開(kāi)發(fā)與研究不夠充分，有關(guān)稀土對(duì)其組織性能影響的研究遠(yuǎn)不如稀土在鑄造鎂合金中的研究那么深入和充分，相關(guān)的公開(kāi)專(zhuān)題研究報(bào)道相對(duì)較少。中國(guó)變形鎂合金材料的研制與開(kāi)發(fā)處于發(fā)展階段，因此，研究和開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良、規(guī)格多樣的變形鎂合金材料顯得十分重要。因?yàn)榱浇Y(jié)構(gòu)的Mg滑移系較少，變形加工度受到極大的限制。Mg在室溫中的塑性變形主要靠基面{0001}沿密排方向<1120>的滑移和錐面的孿晶運(yùn)動(dòng)。當(dāng)應(yīng)力與基面平行時(shí)，只有壓縮時(shí)才能產(chǎn)生孿晶變形，應(yīng)力與基面垂直時(shí)，在拉伸條件下才能產(chǎn)生。當(dāng)溫度≥250℃，錐面{1011}也能參加滑移變形，塑性變形更加容易時(shí)，孿晶變形才退居次要地位。因此，鎂合金的加工制品，一般多利用熱變形。Mg的塑性低，很難用合金化的方法來(lái)改善。Al、Ag、Zn、Y、Nd、Mn等雖能在Mg中大量固溶，但只能增加固溶強(qiáng)化效應(yīng)，不能改變晶體結(jié)構(gòu)，高低溫變形阻力反而增大。因此，變形用鎂合金的合金化程度應(yīng)比鑄造合金低，以利于塑性變形。

表1-9　鎂-鋁系和鎂-鋁-鋅系合金的物理性能

鎂合金一般均在300～500℃進(jìn)行擠壓、軋制和模壓加工。由于鎂合金的上述變形特點(diǎn)，六方結(jié)構(gòu)的Mg晶體彈性模量（E）各向異性不明顯，織構(gòu)對(duì)塑性加工產(chǎn)品的E值影響不大。擠壓溫度較低時(shí)，{0001}和{1010}傾向于與擠壓方向平行；軋制時(shí)基面{0001}傾向于與板面平行，{1010}與軋向一致。壓應(yīng)力與基面{0001}平行時(shí)易生孿晶，所以鎂合金受壓應(yīng)力時(shí)縱向屈服強(qiáng)度比受拉應(yīng)力時(shí)低。兩種屈服強(qiáng)度的比值為0.5～0.7，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括抗彎性能設(shè)計(jì)在內(nèi)）時(shí)要考慮抗壓強(qiáng)度的影響。因此，這個(gè)比值是評(píng)價(jià)鎂合金質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，但該值因合金而異，并且隨晶粒變細(xì)而增大；鎂合金用卷筒卷取時(shí)，能產(chǎn)生交變的拉、壓應(yīng)變，在受壓應(yīng)變時(shí)則產(chǎn)生大量孿晶，使抗拉強(qiáng)度明顯降低。生產(chǎn)各種塑性加工和作為抗蠕變（300～350℃）材料用的鎂合金產(chǎn)品，其合金化程度一般要比鑄造鎂合金低，其目的就是要利于塑性變形。

通過(guò)變形可以生產(chǎn)尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過(guò)材料組織控制和熱處理工藝的應(yīng)用，獲得比鑄造鎂合金更高的強(qiáng)度、延展性及力學(xué)性能，從而滿足更多結(jié)構(gòu)件的需要。2000年國(guó)際鎂協(xié)會(huì)（International Magnesium Association，IMA）提出了發(fā)展鎂合金材料的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)和計(jì)劃，即研究與開(kāi)發(fā)新型變形鎂合金，開(kāi)發(fā)變形鎂合金生產(chǎn)新工藝，生產(chǎn)高質(zhì)量的變形鎂合金產(chǎn)品，這也代表了當(dāng)今國(guó)際鎂工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視變形鎂合金的研究與開(kāi)發(fā)，變形鎂合金材料已開(kāi)始向系列化發(fā)展，其中美國(guó)的變形鎂合金材料體系較為完備，有Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Li、Mg-Th等。日本在1999年由教育部、科技部、體育部和文化部共同組織實(shí)施了“Platform Science and Technology for Advanced Magnesium Alloy”計(jì)劃，著重研究鎂的新合金、新工藝，開(kāi)發(fā)超高強(qiáng)變形鎂合金材料和可冷壓加工的鎂合金板材；2003年美國(guó)汽車(chē)材料聯(lián)合體（The US Automotive Materials Partnership，USAMP）組織了多家公司進(jìn)行汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、油盤(pán)等部件的鎂合金拉伸件研究；荷蘭Delft科技大學(xué)對(duì)AZ31、AZ61、AZ80及含Ca、Sr元素的高溫鎂合金MRI153等的均勻化處理、等溫?cái)D壓工藝及表面處理技術(shù)進(jìn)行了全面研究，并開(kāi)發(fā)出了一系列適合航空用的鎂合金型材；法國(guó)和俄羅斯開(kāi)發(fā)了魚(yú)雷動(dòng)力源用變形鎂合金陽(yáng)極薄板材料。

稀土元素的特性使其在耐熱鑄造鎂合金中得到了廣泛應(yīng)用。但在變形鎂合金中，由于稀土形成的晶界化合物不利于塑性加工，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直未被采用。近年來(lái)，稀土在變形鎂合金中的應(yīng)用逐漸得到重視，并取得了重要成果。MB8為在Mg-Mn系變形鎂合金MB1基礎(chǔ)上添加（0.15％～0.35％）Ce而得到的稀土變形鎂合金，其常溫拉伸屈服強(qiáng)度由100MPa提高到170MPa，伸長(zhǎng)率則由4％提高到11％，同時(shí)可提高耐熱性并減輕各向異性傾向；MB26為在Mg-Zn系變形鎂合金MB15基礎(chǔ)上添加富釔混合稀土開(kāi)發(fā)出來(lái)的高強(qiáng)度變形鎂合金，其最大延伸率達(dá)到1450％以上。余琨等通過(guò)在ZK60變形鎂合金中添加0.8％Nd，得到了細(xì)小的熱變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒，并形成了含稀土的第二相，使合金具有較好的擠壓變形能力和熱處理強(qiáng)化能力。王斌等對(duì)添加Y和Nd的ZK60變形鎂合金進(jìn)行了熱軋及熱處理試驗(yàn)，結(jié)果表明，Y和Nd均能使其室溫?cái)嗔褟?qiáng)度大幅提高。

以稀土作為主合金元素的變形鎂合金可獲得高的力學(xué)性能和耐熱性能。中國(guó)航空材料研究所開(kāi)發(fā)了以Zn及Nd、Y為主合金元素的變形鎂合金MB22、MB25，均具有較強(qiáng)的時(shí)效強(qiáng)化效果及較高的室溫、高溫性能。閻蘊(yùn)琪等研究了不同變形條件對(duì)Mg-2.2Nd-0.5Zn-0.5Zr合金室溫拉伸性能和組織的影響，發(fā)現(xiàn)彌散于晶界的Mg₉Nd細(xì)化了晶粒，使合金的強(qiáng)度和延性都有不同程度的增加。隨著更多稀土元素的特性被人們所認(rèn)知，又相繼開(kāi)發(fā)出了一系列高性能稀土變形鎂合金系，如Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc、Mg-Dy等。1974年研究者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)擠壓、調(diào)質(zhì)和時(shí)效處理的Mg-15Gd合金在高溫及室溫下具有較高的抗拉強(qiáng)度。而在Mg-Gd合金中加入Mn、Y、Zr、Sc等元素均能提高其室溫性能。2001年，I.A.Anyanwu等研制出了具有優(yōu)良耐熱性能的Mg-9Gd-4Y-0.6Zr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）變形鎂合金。有人研究了不同溫度擠壓對(duì)Mg-9Gd-4Y-0.6Zr鎂合金組織及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，隨著擠壓溫度從500℃降低到400℃，晶粒也從126μm細(xì)化到7.4μm，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別從200.1MPa和2.93％提高到312.4MPa和5.6％。肖陽(yáng)等對(duì)擠壓T5態(tài)的Mg-9Gd-4Y-0.6Zr進(jìn)行了不同溫度的性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該合金具有優(yōu)良的高溫性能，400℃還可出現(xiàn)超塑性。S.M.He等研究發(fā)現(xiàn)，Mg-Gd-Y-Zr變形合金的時(shí)效析出順序應(yīng)為（S.S.S.S）→β″（DO19）→β'（cbco）→β1（fcc）→β（fcc），而不是T.Honma等研究發(fā)現(xiàn)的（S.S.S.S）→β″（DO19）→β'（cbco）→β（fcc），并指出當(dāng)合金中析出β'相時(shí)，合金強(qiáng)度、硬度最高。

Mg-Zn-RE系準(zhǔn)晶強(qiáng)化高性能鎂合金材料的研發(fā)是近來(lái)研究的熱點(diǎn)。Mg3 REZn6準(zhǔn)晶為三維二十面體結(jié)構(gòu)，其高溫下很穩(wěn)定，且具有高強(qiáng)度、硬度、低表面能等特性，是一種良好的強(qiáng)化相。中國(guó)開(kāi)發(fā)的Mg-Zn-RE-Zr系MB25和MB26高強(qiáng)變形鎂合金擠壓后，晶粒尺寸為4～5μm，就是因?yàn)镸g3 YZn6準(zhǔn)晶抑制了擠壓變形時(shí)再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大。Bae等開(kāi)發(fā)的Mg-4.3Zn-0.7Y（原子分?jǐn)?shù)，％）合金，400℃熱軋后晶粒尺寸約為14μm，0.5～2.0μm大小的準(zhǔn)晶分布在α-Mg晶粒中，該合金的室溫及高溫性能優(yōu)良。另外，Alok Singh等也在準(zhǔn)晶方面做了工作。雖然利用準(zhǔn)晶強(qiáng)化鎂合金大有潛力，但還有許多問(wèn)題未得到解決，如準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)、形成機(jī)制、力學(xué)性能及加工方法等還有待進(jìn)一步研究。