镁合金铸造发展动向

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镁合金铸造发展动向

摘 要 近年来，世界各国高度重视镁合金的研究开发，加强镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发研究，镁合金被誉为"21世纪的绿色工程材料"，大规模开发利用镁合金的时代已经到来。本文介绍了镁合金开发应用产业化的动向，分析了镁合金铸造技术的特点，并提出了加速我国镁合金铸造业发展的几点建议。

□ 曾大本 唐靖林

一．镁合金产业化加速发展

自20世纪90年代初开始，国际上主要金属材料的应用发展趋势发生了显著变化，钢铁、铜、铅、锌等传统材料的应用增长缓慢，而以镁合金

为代表的轻金属材料异军突起，以每年20％的速度持续增长。镁在地球上储量丰富，镁合金具有比重小(比重1．8，为铝的2／3，钢的1／4)、比强度高、良好的导热性、再生利用和电磁屏蔽能力强等特点。表1为镁合金、铝合金、钢铁和塑料物理和机械性能的比较。近年来，随着阻碍镁合金大量应用的价格和技术两大瓶颈的突破，镁合金的应用领域迅速扩展，许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点，镁合金被誉?quot;21世纪的绿色工程材料"。纵观世界镁合金产业化的进程，不难看出大 规模开发利用镁合金的时代已经到来，其突出表现为以下几点。

表1 几种材料力学性能比较

1 镁合金压铸件需求明显增长，据不完全统计，1990年全球产镁25万吨；2000年达50万吨。专家预测，到2005年可望达到90万吨，2010年>150万吨。根据国际镁协会(1MA)对西方市场镁消费分析(表2)表明，近／乙年，约有43％的镁作为添加元素配制铝合金用，其用量每年略有增长。但作为压铸用的镁量急剧上升，1999年压铸用镁量比1997年提高了40％，比1998年提高了21％。镁合金压铸的大规模开发与应用起源于汽车领域，进入20世纪80年代，由于对汽车轻量化、节能等方面的紧迫要求，北美的福特、通用等汽车制造公司率先投入了大量的人力、物力，用于替代钢、铝合金等汽车用镁合金压铸零部件的研制，并成功地将研究成果用于生产，减轻了汽车的净重，提高了汽车性能。紧接着欧洲和日本的一些有名的汽车厂商也相继开始了各自的镁合金研究发展计划，这些工作极大地促进了镁合金压铸技术的发展，目前至少已有60余种镁合金压铸零部件应用于汽车行业，其消费量占压铸用镁量的80％。根据汽车燃油经济性和环保法规的要求，现发达国家许多汽车制造厂商计划在不久将每台车采用40～100kg的镁合金构件。预计今后10年汽车用镁量并将以15％速度递增，至2005年将达到20万吨。

进入90年代后，以日本和我国台湾的一些有实力的企业为代表，将镁合金压铸件的开发应用扩展到通讯、计算机和轻工业等领域，以满足市场对电子和通讯等产品的高度轻量化、薄壁化、小型化和利于再生的要求。镁合金外壳及其结构件已成为许多产品的最佳选择，成为拉动全球镁消费增长的另一个重要因素。图1为世界压铸镁合金需求的发展趋势。

图1 压铸镁合金需求的发展趋势（由国际镁协会提供）

2 各国政府高度重视镁合金的开发应用，美国、德国、澳大利亚、日本、加拿大、新西兰等发达国家1990年后相继出台了各自的镁研究计划，投资数10亿美元，协调各方面力量联合攻关。如1996年美国联邦政府能源部与国内通用等三大汽车集团签署了一项名为"PNGV"（新一代交通工具）的合作计划，旨在采用更多的新技术、新材料生产出重轻、耗油少、符合环保要求的新一代轿车；1997年德国科技教育部（BMBF）牵头，联合大众汽车公司等50余家企业和5所大学研究所，投资3000万马克，进行为期3年的"MADICA"（镁合金压铸）攻关计划，以解决镁和镁合金生产、镁合金压铸等生产中的关键技术难题，建立起一套完整的镁合金压铸及加工的工艺规范，并将镁合金压铸件进一步应用于汽车及其它领域。镁合金结构件应用举例如表3所示。

表3 镁合金结构件应用举例

3 金属镁供应稳定，价格稳步下降。为了适应汽车业及其它行业对镁日益增长的巨大需求，确保金属镁经济而稳定供应，发达国家的大型汽车厂商纷纷与镁金属生产企业联合投资，共同参与进行金属镁大型生产项目的开发。例如德国大众汽车公司96年与以色列厂家合资兴建了死海镁厂（年生产能力9000t以上）；美国福特公司于97年与澳大利亚的企业合资在昆土兰建设全球规模最大的镁生产基地，年产能力9万吨以上，并开展低成本的镁冶炼工艺研究。由于国际上许多镁金属大型项目的实施和完成，有力地推动了镁金属低成本生产工艺的研究开发，使全球镁价格稳步下降。应该指出，目前国际上镁价格与铝的价格逐步接近，影响镁合金广泛使用的原材料价格瓶颈正在突破，这和我国这几年镁业的发展也是分不开的。在世界上我国是镁资源大国，储量居世界首位。目前原镁产量居世界第一，占全球产量1/3,但80%以上作为初级原料低价出口，镁合金应用领域的开拓严重滞后。我国92年前镁主要用于军工行业，大部分靠进口，2000年镁产量19.5万t（出口16.5万t），2001年产20.6万t（出口17.3万t）而国内每年镁消费不足3万t。

对镁合金的发展动向我国政府给予了高度重视，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，现该项目已列为国家"十五"重大科技攻关重大专项，正组织力量联合攻关；在国家"863"计划中也安排了有关镁合金新材料、新工艺的研究内容；国家计委也将镁合金产业化列为今年高新技术产业化示范项目；兵器等军工集团也开始启动了相应的研究开发计划。

二．镁合金成形技术

作为镁合金成形加工的方法虽然有镁型材的模压成形、锻造、铸造和压铸等多种工艺，但目前的主流是压铸和触变注射成形（Thixomolding）两种方法。解决汽车大型和复杂形状零部件的成形问题是当前进一步开发和改进镁合金成形加工技术的方向，以提高生产效率、产品精度和质量稳定性。这里就现常用的镁合金铸造方法作一简要介绍。

1 压铸：该方法是将熔化的镁合金液，高速高压注入精密的金属型腔内，使其快速成形。根据把镁液送入金属型腔的方式，压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两种：

（1）热室压铸机 其压室直接浸在坩埚内镁液中，长期处于被加热状态，压射部件装在坩埚上方（图2）。这样压铸每循环一次时，不必特意给压室供给镁液，所以生产能快速、连续，易实现自动化。热室压铸机的优点是生产工序简单，效率高；金属消耗量少，工艺稳定；压入型腔的镁液较干净，铸件质量较好；镁

液压入型腔时流动性好，适于压薄壁件。但压室、压铸冲头及坩埚长期浸在镁液中，影响使用寿命，对这些热作件材料要求较高。镁合金热室压铸机更适合生产一些薄壁而外观要求较高的零件，如手机和掌上电脑外壳等，但由于镁合金热室压铸机是采用冲头直接将镁合金液经过封闭的鹅颈和喷嘴压入金属模型腔，因此压射时增压压力较小，一般不适用于汽车、航天航空等大型、壁厚、载荷大的零件。

图2 热室压铸机压室结构示意图

（2）冷室压铸机 其压室结构示意图如图3所示。每次压射时，先由手工或通过自动定量给料机把镁液注入压射套筒内，因而铸造周期比热室压铸机要长些。冷室压铸机的特点是：压射压力高，压射速度快，所以可以生产薄壁件，也可以是厚壁件，适应范围宽；压铸机可大型化，且合金种类更换容易，也可与铝合金并用；压铸机的消耗品比热室压铸机的便宜。多数情况下，对大型、厚 …… 此处隐藏：5725字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……