镁

      镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁的比重是1.74g/cm3，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4；镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。

　　镁具有比强度、比刚度高，导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低、加工能量仅为铝合金的70%和易于回收等优点。

　　镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。

 

镁物理性能

　　 除了比重低，镁还有很多其它的良好的物理特性，使之在汽车结构材料应用中，有时比铝和塑料更有应用价值。镁物理性能的主要优点是：比铝高30倍的减振性能； 比塑料高200倍的导热性能； 其热膨胀性能只有塑料的1/2。

表1 镁物理性能的优点

物理性能	单位	AZ91	AM60	A380 DC	A356 T6	尼龙	ABS	钢
Sp比重	g/cm3	1.81	1.79	2.74	2.69	1.4	1.05	7.8
传热系数	W/m0k	51	61	96	159	0.33	0.28	14
膨胀系数	μm/m0k	26	25.6	22	21.5	34.5	76.5	12
减振性能	%@35MPa	29	52		1.2
比热	J/L0k	1900		2640	2590			1200
熔化潜热	kJ/L	673		1066
凝固范围	0C	470-595	540-615	540-595	555-615
腐蚀失重 3天5% NaCL	Mg/cm/d	0.02	0.05	0.1				0.5

 

 

镁机械性能的优点

　　和压铸铝合金相比，镁除了上述物理性能等优点，还具有较高的机械性能。镁的强度和刚度要明显好于塑料，延伸率和冲击抗力则明显好于压铸铝合金。见下表2。

 

　　镁的强度和硬度比钢低很多。它的拉断强度和疲劳强度也比铝低，见下表3。但是，它的性能重量比(性能/比重)要明显好于所比较的其它材料。从绝对值讲，钢的性能是所有汽车材料中最好的。但镁的屈服强度比是钢的二倍，模量比几乎相同。更有利的是，镁部件在设计和铸造时，可通过变化截面，布置加强筋和改善表面特性，来减轻材料性能低的不利因素，以保证镁部件的质量和耐用性。

 

表2 镁机械性能的优点

 

 

 

镁加工性能的优点

　　镁有很好的加工性能，也就是说有很好的铸造性能。和其它材料比，它的制造成本很低，见表4，值得重视的是，尽管每公斤镁锭的价格要比铝和铁贵一些，但它单位体积的成品价格几乎是一样的。

　　镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3，比热只有铝的3/4，并且有非常低的溶铁性。这些特性使镁压铸件达到和铝几乎相同的生产成本/每公斤。如果再应用生产效率很高的 HOT RUNNER 技术（例如 THIXOMAT的最新成果），镁压铸部件的生产成本比铝还要低很多。

 

表4 镁加工性能的优点

 

 

镁加工性能的缺点

　　当然和其它材料比，镁加工也具有一些增加成本的特性，论述如下，见表5

 

 

表5 镁加工性能的缺点

 

 

 

 

 

镁的应用领域

　　无论是在国内还是在国外，镁的应用主要集中在铝合金生产、压铸生产、炼钢脱硫三大领域，还用在稀土合金、金属还原及其他领域。

　　由于镁的密度小，比强度高，并能与铝、铜、锌等金属构成高强度合金，因此，镁是重要的合金元素。世界上镁的最大消费领域是作铝合金添加元素。2002年世界主要地区原镁消费中，共用了14.56万吨镁生产铝合金，占原镁消费总量的40%；我国2003年共用2.1万吨镁作为铝合金添加元素，占消费总量的41%。一般来说，镁与原铝的消费比率约为0.4%。

　　2002年世界主要地区原镁消费中，压铸占35%。在镁压铸生产行业中，北美、拉美、西欧用量最多，因为汽车制造业促进了市场对镁需求量的增长。有关统计数字表明，在过去10年里，镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右，而且这种发展趋势还会继续。

　　欧美、俄罗斯等地区和国家的不少钢厂都采用镁脱硫。2002年世界主要地区原镁消费中，5.73万吨用于炼钢脱硫，占总量的15.70%。我国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒的脱硫效果比碳化钙好，虽然镁的价格比碳化钙高，但其用量仅为碳化钙的1/6—1/7，镁脱硫总费用较碳化钙经济。一般来说，吨钢消耗镁粒0.4—0.5公斤，脱硫后含硫量0.001—0.005%。

　　使用镁牺牲阳极进行阴极保护，是一种有效的防止金属腐蚀的方法，镁牺牲阳极具有以下特点：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。镁牺牲阳极广泛用于石油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。

　　在人体细胞内，镁是第二重要的阳离子，它能激活体内多种酶抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性，参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节。近代研究证实，动脉硬化、心脑血管病、高血压、糖尿病、白内障、妇女痛经、骨质疏松、抑郁症均与缺镁有关。镁在医药领域的应用越来越受重视。

 

　　镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一,广泛应用于航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）、3C领域等。

　　镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。

　　在国外，B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板；喷气式歼击机“洛克希德F-80”的机翼用镁板，使结构零件的数量从47758个减少到16050个；“德热来奈”飞船的起动火箭“大力神”曾使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。

　　我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件；一个零件的重量最重近300kg；一个构件的最大尺寸达2m多。

　　在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。目前国内需要的板带材不得不从国外进口。

 

　　近二十年来，世界汽车产量持续增长，年均增长率为2.5%。汽车工业发展程度是一个国家发达程度的重要标志之一，而金属材料是汽车工业发展的重要基础。出于节能与环保的要求，汽车设计专家们想方设法减轻汽车体重，以达到减少汽油消耗和废气排放量的双重效果。镁合金作为最轻的结构材料，能满足日益严格的节能的尾气排放的要求；可生产出重量轻、耗油少、环保型的新型汽车。镁合金汽车零件的好处可简单归纳为：
　　密度小，可减轻整车重量，间接减少燃油消耗量；
　　镁的比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷；
　　镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低；
　　镁具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性。

　　镁合金在汽车上用作零部件的历史约有70年。早在1930年就用于一辆赛车上的活塞和欧宝汽车上的油泵箱，之后用量和应用部位逐渐增加。六十年代在有的车种上用量达到23千克，主要用作阀门壳、空气清洁箱、制动器、离合器、踏板架等。八十年代初，由于采用新工艺，严格限制了铁、铜、镍等杂质元素的含量，镁合金的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽车上的应用。从九十年代开始，欧美、日本、韩国的汽车商都逐渐开始把镁合金用于许多汽车零件上。

　　镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在过去十年里，其年增长速度超过15%。在欧洲，已经有300种不同的镁制部件用于组装汽车，每辆欧洲生产的汽车上平均使用2.5kg镁。乐观的估计认为，出于减重的需求，每辆汽车对镁的需求将提高至70—120kg。

　　目前，汽车仪表、座位架、方向操纵系统部件、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂、发动机和安全部件上都有镁合金压铸产品的应用。