万全区供应铸造镁合金供应铸造镁合金

随着轻质结构材料在航空航天、及汽车等重要工业领域中的大规模应用，镁合金以其低密度、的特点受到科研人员的高度重视，并得到企业界的关注。在镁合金体系中，相比于传统的镁铝系和镁锌系合金，以稀土为主要合金元素的镁稀土合金具有更高的强度和抗蠕变性能，因而其作为结构材料在上述关键领域具有广泛的应用前景。基于上述需求，近年来国内外学者开发了一系列的镁稀土合金材料，并开展了相关的制备、加工技术和应用研究，取得了较大的进展。但在镁稀土合金开发和应用过程中，仍遇到一些困难及技术瓶颈难题，主要表现在材料的成分设计、熔体纯净化与细化、材料制备与成型加工技术及产业化应用等方面。近日上海交通大学轻合金精密成型中心丁文江院士、吴国华教授与江苏大学材料学院汪存龙博士及上海理工大学材料学院孙明博士等人系统综述了铸造镁稀土合金的研发与应用概况。该文主要针对镁稀土合金的材料设计、熔体纯净化与细化、材料液态加工技术、镁稀土合金的产业化应用等进行了详细的综述。（1）镁稀土合金材料体系的开发稀土元素（RE）通常分为两类，即轻稀土和重稀土，已经开发的高强耐热Mg-RE系合金主要以重稀土为主，例如Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Sm等。上述新近开发的Mg-RE合金具有与常规Mg-Al或Mg-Zn系列合金相当的密度但力学性能得到大幅度提高；而与铸造Al合金相比，其具有相当的强度和更低的密度；因而镁稀土合金具有兼具高强度和低密度的优势。常见的铸造铝合金和镁合金的屈服强度和抗拉强度随轻金属密度变化的示意图如图1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很强的时效硬化能力和潜在的实际加工潜力，因此成为研究多的合金，而现有的镁稀土合金也主要基于此两种体系。

随着科技的发展与社会的进步，节能、环保是当前及未来较长一段时间的主要发展课题。新型材料，尤其是某些有色金属合金材料，如：镁合金，在强度、刚度、制造性、加工方式、导热性、稳定性等方面，与传统材料相比都具有明显的性能优势[1]。因此，镁合金在航空、军事、民用器械等制造加工领域应用越来越普及，如航空航天的飞机变速箱、天蓬框架、发动机箱体，以及人们体育运动使用的网球拍、办公使用的打印机滚筒、核电站使用的核燃料零件箱等，都广泛使用了镁合金结构材料[2]。目前，镁合金已经成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料[3]。

镁合金作为一种重要性仅次于钢铁、铝合金的结构材料，在生产加工过程中常见的加工方式就是焊接。镁合金的物理性质与铝合金相差不太大，适用于铝合金的焊接方式基本上都能用于镁合金生产加工[8]。镁合金的焊接工艺多种多样，比较常见的有六种，具体是：钨极惰性气体保护焊、激光焊、搅拌摩擦焊、电子束焊接、复合焊接、熔化极惰性气体保护焊，但都存在一定的缺点与不足，尤其是针对镁合金铸造锻件的补焊过程中，缺点与不足尤为

具体的熔炼铸造过程分六步：

（1）配料：按炉化5kg 镁合金，根据镁合金板材熔炼铸造原料配比表进行计算，确定各组分的用量，然后进行称量取材，再放入烘箱进行烘干处理后备用。

（2）装料熔炼：给熔炉进行加热，装入称取的合金原料，待炉温升至650℃时，轻轻加入炉料35%Mg，并同时输入保护气体，再继续给熔炉缓慢加热升温熔炼。

（3）合金化：待炉温升至700℃时保持温度确保合金原料完全熔化，然后加入配料5%Zn，以及强化元素稀土Nd，再进行连续搅拌约150s，确保熔炉内原料完全熔化，再继续给熔炉缓慢加热升温，直至熔炉内溶液温度达到730℃时进行变质处理。

（4）变质处理：熔炉内溶液温度达到730℃时，逐渐加入变质剂并同时进行搅拌操作，防止溶液飞溅和混合不均，然后静置保温约5min，以确保溶液进行充分变质处理。

（5）静置浇注：撇去熔炉内溶液浮渣，并继续静置15min，然后将熔炉内溶液缓缓浇注到镁合金板材模具中，保持模具水平静置。

（6）冷却取用：待模具内镁合金板材完全成形冷却，再从模具中取出进行切割处理，长宽厚尺寸分别为180mm×50mm×8mm，以留作焊接试验使用。

镁合金是以镁为基体，同时加入其他元素合金化而成，能够改善材料的物理、力学、热力学、耐腐蚀等性能，从而满足不同领域及工作环境的需求 。稀土元素能够在一定程度上改善镁合金的熔体净化效果和铸造能力，同时能够优化组织，提高材料的力学性能及抗氧化和抗蠕变性能 ，使镁合金强度提高1.5~2.5倍，极限工作温度提升至350℃，且耐蚀性能显著提升，拓展了镁合金的应用领域。Gd对镁合金具有显著的强化效果，但其高昂的价格限制了Mg-Gd系合金的应用与推广，因此，需要寻找到与Gd作用相似且廉价的合金化元素。Er在镁合金中与Gd具有类似的作用，这使得新型含Er铸造镁合金的应用成为可能，且价格低廉，目前已开发出了一系列具有较高强度和热稳定性的含Er铸造镁合金。本课题综述了Er对铸造镁合金熔体、组织与性能的影响规律及其作用原理，构建了含Er稀土镁合金固溶度变化简易模型，展望了含Er镁合金未来的研究方向。

镁的化学性质非常活泼，在熔炼和浇注过程中容易与环境中的水气等发生反应产生氢气、氧化物，导致缩松、缩孔、夹杂等铸造缺陷产生。根据Pilling Bedworth理论，Mg生成的氧化膜的体积比例系数（RPB）＜1，属于疏松型，对熔体不能起到有效的保护作用。含Er镁合金在熔化的时候，由于Er与氧的亲和力更大，将生成稀土氧化物Er2O3，在熔体表面形成较致密的氧化膜，体积比例系数＞1，能够有效减少熔体的氧化夹杂。通过热力学分析可知，Er与熔剂中的MgCl2具有较强的交互作用，在熔化和精炼过程中，Er会与熔体中的过剩MgCl2发生还原反应，生成ErCl3，并沉降，有效地抑制合金中的熔剂夹杂。此外，Er会与镁熔体中析出的氢气反应，生成密度较高的高熔点化合物ErH2，下沉后成固体渣，从而减少疏松和夹杂。浇注过程中，稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地减少熔体的二次氧化夹杂。