[发明专利]一种镁合金扩渗工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金扩渗工艺。

背景技术

镁合金具有良好的铸造性和尺寸稳定性，易加工，废品率低。与铝合金相比，镁合金具有较低的密度、动力学粘度、熔点、比热容和相变潜热(见表1.2)。在相同的流体状态下(雷诺指数相等)，镁合金的充型速度远大于铝合金；其熔化耗能少，凝固速度快，实际压铸周期比铝合金短50％。此外，镁合金与铁的亲和力小，固溶铁的能力低，故不易粘模，模具寿命比铝合金高2～3倍。研究结果还表明，镁合金的加工(磨、钻)能量仅为铝合金的70％。事实证明，镁合金是一种非常适合于压铸的金属材料，既可冷室又可热室压铸，镁合金压铸件壁厚目前已能够达到小于1.0mm的技术水平。

镁具有很高的吸震性能，可用于反复运动和断续运动的零部件，能吸收其振动能，延长机械寿命。镁和镁合金是振动衰减能最高的合金，也是重量最轻的金属材料，利用这种优异的振动衰减能特性可广泛应用于链锯、射钉机之类轻便携带式机器上，以及产生振动的机器的外壳、汽车发动机机罩等。

镁合金导热性好、热稳性高，在颇宽的频率范围内具有优良的电磁屏蔽特性，可广泛用作笔记本电脑和手机等电子通讯器件的壳体，取代过去常用的内壁镀镍和镀铜的塑料壳体，有利于电子器件的薄壁化、小型轻量化。

镁合金是重要的航空材料，由前苏联火箭送到月球的第一辆月球车是用镁合金制造。在过去20年，由于新材料的发展，镁合金用量有所下降，主要原因是镁的抗蚀性差，特别是在海洋气候条件下；另外，铸造镁合金熔铸上的困难也是影响因素之一。然而，由于镁合金的质轻、比强度高以及近年技术上的改进，使其在航空工业中仍然具有重要作用，被用作不少航空产品的结构材料，例如直升机主减机匣、驾驶舱框架、发动机框架、压气机机匣、进气道及机轮。镁铸件在直升机发动机结构重量比中占2％(铝占6％)。

镁合金在汽车上的应用始于本世纪30年代，当时主要用于赛车上。但是在这以后的40年里，镁合金在汽车上的应用并未得到真正的推广，其主要原因是：镁的价格高，大量使用会显著提高汽车成本。此外，镁的化学性质活泼，不耐腐蚀，其冶炼和熔炼技术比较复杂；当使用温度升高时镁的强度显著下降，这也限制了它的应用范围。70年代出现的全球性的能源危机，给镁合金工业的复兴注入了活力，加速了材料科学工作者对高性能镁合金的开发研究。1971年，德国大众汽车公司的甲壳虫(Beetle)车型单车用镁合金达20kg，总共消耗了42，000t镁，几乎占整个西方世界镁产量的1/4。

进入九十年代以后，镁合金压铸的汽车零部件在欧、美、日等发达国家汽车工业中的应用出现持续快速增长势头。根据2001年镁合金压铸件在汽车上的应用调查显示：与1996年相比，整个镁合金压铸件市场增长了26％，其中应用中的85.90％被用于汽车工业。因此，汽车用镁合金压铸件的平均年增长率大约20％。宝马公司在1998年生产的汽车和摩托车中所使用的镁合金总量为687公吨，在2001年增长为1041公吨。上海大众汽车公司生产的桑塔纳汽车单车用镁量为8.3kg。目前AudiA6轿车的单车镁合金压铸件总重已达14.2Kg，其未来的目标是将单车镁合金压铸件总重增加到50～80Kg[18J。在目前的北美市场，平均重量为1500Kg的单车中使用8％(115Kg)的铝金属，但只有3.8Kg的镁金属。在2002年，北美车辆上所使用的镁零件总量为53，000公吨。其中，GM占55％，Ford占30％，Chrysler占15％。据专家估计，如果镁的市场价格一直处于较低的水平和相关开发工作继续的话，2020年以前在每辆北美车辆上使用90Kg的镁铸件是可能的。

尽管镁及其合金具有极其优越的物理和机械性能，尤其是其高比强度使其成为汽车和航空的理想材料。不幸的是，镁有一系列的不利性能包括很差的腐蚀性能、耐磨性能和蠕变性能和高的化学活性，这都阻碍了镁在很多领域的应用。镁的应用尤其是室外的应用中的最大挑战在于它的耐腐蚀性能差。镁及其合金对电化(galvanic)腐蚀尤为敏感，而这将在金属表面造成严重的点蚀，从而导致机械稳定性的降低和表面质量的变差。通过高纯金属的采用可以降低腐蚀性能，因为高纯金属将铁、镍和铜等杂质的含量维持在极限值以下。服役中的镁舍金的腐蚀速度可以明显降低通过消除坏的成分设计、熔剂含量、表面污染、配对电极、表面保护计划的充分或正确与否。