冀 娜，王 蕊

（金川集團(tuán)有限公司采購(gòu)供應(yīng)中心，甘肅 金昌 624100）

1 鎂鋁合金的應(yīng)用及發(fā)展方向

鎂鋁合金是一種在鋁合金中添加鎂的合金。由鎂錠和鋁錠在保護(hù)氣體中經(jīng)高溫熔融而成，它的基本特點(diǎn)是硬度高、比重小、耐蝕、可焊。與塑料相比而言，鎂鋁合金單位質(zhì)量的彈性率和強(qiáng)度相對(duì)更高，在相同強(qiáng)度的要求下，與塑料相比，鎂鋁合金的零部件較薄,較輕。此外,鎂鋁合金比鋁、鐵的強(qiáng)度高,在不減少降低零部件的強(qiáng)度下，鋁或鐵制件的質(zhì)量可以降低,具有良好的導(dǎo)熱性,因此應(yīng)用前景較為廣泛。鎂鋁合金根據(jù)其使用性能的不同主要分為以下四個(gè)系列：Mg-Al-Mn(AM系列)、Mg-Al-Zn-Mn(AZ系列)、Mg-Al-Si(AS系列)、Mg-Al-稀土元素(AE系列)，目前鋁合金應(yīng)用最為廣泛的美鋁系合金是AZ（Mg-Al-Zn）系合金。因?yàn)锳Z系合金的屈服點(diǎn)很高，可以廣泛用于制造形狀復(fù)雜的零件，如傳動(dòng)系統(tǒng)的殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)和電子設(shè)備、手動(dòng)工具等。鎂合金具有極低的電位負(fù)性,與鐵的有效電位有很大的不同,因此保護(hù)半徑比較大,可適用于電阻率較高的水或土壤介質(zhì)，目前主要用于高電阻率土壤介質(zhì)的金屬儲(chǔ)罐管道、海上鉆井平臺(tái)、淡水介質(zhì)中的冷凝器和電熱水器的防腐保護(hù)。另外鎂鋁合金具有優(yōu)異的減震性能，其阻尼性能高于很多其他合金，因此也廣泛應(yīng)用于軍事事物等高端領(lǐng)域。

鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料之一,它具有更高的比剛度和比強(qiáng)度，阻尼強(qiáng)、切削性能好、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。鎂在40世紀(jì)以來(lái),在國(guó)內(nèi)外得到了應(yīng)用。鋁合金應(yīng)用于汽車工業(yè),充分發(fā)揮其節(jié)能減重、減污、改善環(huán)境等方面的作用。通過(guò)采用新工藝、新技術(shù)和先進(jìn)合理的技術(shù)手段,開發(fā)高強(qiáng)度耐腐蝕性能。新型鑄造鎂合金同時(shí)降低了成本,從而極大地促進(jìn)了鎂合金在汽車中的應(yīng)用。目前全球鎂鋁合金消費(fèi)量最大的是汽車行業(yè)，為減輕汽車總重，鎂鋁合金壓鑄件在汽車使用的用途越來(lái)越多，包括儀表盤、方向盤、變箱、油底殻、氣缸罩葢、座椅架及輪轂等多個(gè)關(guān)鍵零部件。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2003年美國(guó)鎂鋁合金每車平均使用量已經(jīng)達(dá)到約60千克,美國(guó)汽車材料協(xié)會(huì)(USAMP)預(yù)計(jì)到2020年,在北美生產(chǎn)每輛車鎂鋁合金用量將達(dá)到160千克左右。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球鎂合金在汽車壓鑄件方面的增長(zhǎng)率連續(xù)多年保持在15%的水平，是當(dāng)下和未來(lái)新產(chǎn)業(yè)的亮點(diǎn)。在我國(guó)不少品牌汽車開始使用鎂鋁合金，重慶、成都等地將成為我國(guó)汽車用鎂鋁合金研究與開發(fā)應(yīng)用的生產(chǎn)基地。因此,全面推進(jìn)鎂鋁合金產(chǎn)品在汽車上的使用將成為新物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。

壓鑄成型是應(yīng)用最為廣泛的鎂鋁合金成形方法，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的鎂鋁合金模具新型鑄造技術(shù)包括真空壓鑄和充氧壓鑄，前者已成功生產(chǎn)出AM60B鎂鋁合金汽車輪毅和方向盤，后者也被用來(lái)生產(chǎn)汽車上的鎂鋁合金零件。

2 鋁鍶合金的應(yīng)用及發(fā)展方向

在金屬材料中，由于鋁及其合金由于密度小、塑性高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。良好、豐富的資源輸出、易加工等特點(diǎn)在汽車、摩托車、電池車等方面得到了廣泛的應(yīng)用。在行業(yè)鋁合金零件鑄造生產(chǎn)領(lǐng)域,生產(chǎn)鑄件的金屬模具的地位將直接影響鋁合金鑄件的質(zhì)量和產(chǎn)量。為了提高改善鋁合金的機(jī)械性能，常常會(huì)對(duì)其進(jìn)行變質(zhì)處理，這樣可以有效地提高鋁合金鑄件質(zhì)量。改性處理就是在鋁合金鑄造生產(chǎn)中加入微量元素，使鋁合金組織進(jìn)行細(xì)化，以使鑄件的質(zhì)量和合金的強(qiáng)度、硬度以及延伸率都綜合改善,提高合金的沖擊韌性和熱穩(wěn)定性。而鋁鍶合金就是新一代高效變質(zhì)細(xì)化劑，可以改變鍶鋁合金鑄態(tài)和熱處理態(tài)的力學(xué)性能(延性和抗沖擊性)，較之傳統(tǒng)的變質(zhì)劑有回收率高、再現(xiàn)性好、變質(zhì)有效時(shí)間長(zhǎng)、沒(méi)有有害的過(guò)變質(zhì)現(xiàn)象、揮發(fā)性小、設(shè)備腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)。美、日、英等國(guó)從80年代初就開始推廣應(yīng)用鍶，如英國(guó)倫敦斯堪的那維亞冶金公司等。到目前鋁鍶合金主要應(yīng)用在汽車輪轂、活塞、泵體的生產(chǎn)。

鍶是一種化學(xué)性質(zhì)非常活潑的金屬,在空氣中極易被氧化,直接加入會(huì)有較大的燒損且不易儲(chǔ)存。目前國(guó)內(nèi)外多采用真空鋁熱還原法制備鍶金屬(如江蘇鎮(zhèn)江的華龍鍶業(yè)有限公司)，但是生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜、工藝條件嚴(yán)格、產(chǎn)量小、成本高，另外這種昂貴的金屬在鋁中重熔時(shí)，還將損失20%～35%。目前主要以熔鹽電解法生產(chǎn)的鋁基合金為主，但是研究熔鹽電解法生產(chǎn)的鋁鍶合金基本都是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，雖然也有幾家企業(yè)進(jìn)行過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，但總的來(lái)說(shuō)規(guī)模較小，電解槽在800A以下。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)鍶的儲(chǔ)量位居世界第一，主要分布在南京、四川等地，長(zhǎng)期以來(lái)主要是以初級(jí)產(chǎn)品如碳酸鍶等出口到香港、日本、美國(guó)等多個(gè)地區(qū)和國(guó)家，產(chǎn)量較小，也幾乎全部出口到國(guó)外，而目前國(guó)內(nèi)鍶的使用廠家都靠進(jìn)口。開發(fā)鋁鍶合金可以充分發(fā)揮我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展高科技含量的產(chǎn)品，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。熔鹽電解法生產(chǎn)鋁鍶合金技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、成本低，只要能夠進(jìn)一步開發(fā)，不難生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。

3 鎂鍶合金的應(yīng)用及發(fā)展方向

普通鎂合金具有密度小、比剛度好、比強(qiáng)度良好、導(dǎo)電及導(dǎo)熱性好、易回收等優(yōu)點(diǎn)，是繼鋼鐵及鋁合金后的新一代材料，在航空航天、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但當(dāng)工作溫度高于120℃時(shí)，其力學(xué)性能尤其是抗蠕變性明顯降低，所以普通鎂合金不能作為高溫長(zhǎng)時(shí)間工作部件的材料。但是汽車自動(dòng)變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的使用溫度一般在200℃左右，而普通合金只能在120℃以下使用。而金屬鍶是一種較強(qiáng)的還原劑，可以用作煉鋼的脫氧劑、脫硫劑、脫磷劑、除氣劑、除雜劑以及難熔金屬的還原劑，還可以作煉銅的脫氧劑，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)比Al好，但由于鍶熔點(diǎn)高，且易氧化燃燒，若單純的向鎂合金熔體中添加金屬鍶則其效果較差，通常會(huì)通過(guò)含鍶的中間合金的形式加入。由于鍶元素的引入，鎂鍶中間合金可運(yùn)用于以下領(lǐng)域：第一，作為鎂合金的主要元素成分，提高合金的綜合性能；第二，作為鎂合金的除氣添加劑，改善其氣密性及綜合性能；第三作為鎂、鋁等合金的變質(zhì)劑，細(xì)化合金晶粒。鎂鍶合金的形成改善了鎂合金的組織結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能提高，特別是鎂鍶合金的高溫力學(xué)性能得到了改善，擴(kuò)寬了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。由加拿大Noranda公司開發(fā)的AJ51X、AJ52X、AJ62X、AJ62LX鎂鍶合金已經(jīng)用于制造汽車變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、油盤和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架等部件，而鎂鍶中間合金在國(guó)外研究較少，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)的報(bào)道，研制Mg-Sr中間合金有著極為特殊的意義。一方面可避免單獨(dú)加鍶所帶來(lái)的困難，另一方面可避免添加Al-Sr合金所造成的Al含量超標(biāo)，降低合金的耐熱性能的問(wèn)題。開發(fā)和研究鎂合金已成為一種時(shí)代趨勢(shì)，在鎂合金熔煉技術(shù)和價(jià)格等瓶頸因素突破后，為充分發(fā)揮鎂合金作為“21世紀(jì)綠色工程材料”的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)繼續(xù)努力擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提高其使用溫度。隨著鎂鍶合金耐熱性能的迅速推進(jìn)和提高，在保證追求低成本、高性能的前提下，鎂鍶合金將廣泛應(yīng)用在汽車、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。

鍶作為堿土族金屬元素，化學(xué)性能比較活潑，容易氧化，在制備合金時(shí)純鍶的加入容易發(fā)生氧化燒損，且操作也不方便，故制備時(shí)可采用鎂鍶中間合金的方式加入。在一定溫度下，鍶含量添加的多少會(huì)直接影響到保溫時(shí)間，即添加鍶含量越多，所需保溫的時(shí)間越長(zhǎng)，鎂和鍶的氧化燒損也越嚴(yán)重，但鍶的加入量太少又會(huì)導(dǎo)致變質(zhì)劑的作用不能充分發(fā)揮。所以為了減少鎂鍶氧化燒損和熔煉時(shí)間，同時(shí)為彌補(bǔ)鍶氧化燒損、揮發(fā)及熔失，保證實(shí)際成分與設(shè)計(jì)成分相一致，配料時(shí)鍶應(yīng)增加一定比例的加入量。最終添加鍶在鎂合金中所占比例應(yīng)控制在3%-10%之間。

目前制取鎂鍶合金的方法主要分為對(duì)摻法、熱還原法和熔鹽電解法，對(duì)摻法是將兩種或是兩種以上的金屬在熔融狀態(tài)下，在電弧爐或其他高溫爐內(nèi)對(duì)摻而成，但是此方法中鍶的回收率低，生產(chǎn)成本非常高。熱還原法是指將礦物粉體與作為還原劑與浸取液的金屬熔體發(fā)生還原反應(yīng)，該方法一般在標(biāo)壓下進(jìn)行，但所需設(shè)備復(fù)雜，工藝條件嚴(yán)格，產(chǎn)量小，生產(chǎn)成本也較高。熔鹽電解法是指以熔融的鍶的氯化物或氟化物和氟化物絡(luò)合物等為電解質(zhì)，以固態(tài)或液態(tài)金屬或液態(tài)金屬合金作為陰極進(jìn)行電解反應(yīng)，從而制備得到鍶合金，該方法較之以上兩種方法成本較低，鍶在合金中分布均勻，但總的來(lái)說(shuō)仍停留在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行研究及生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)所用電解槽為石墨坩堝，電流強(qiáng)度通常只有幾十安培，最大也就200安培，對(duì)其大規(guī)模應(yīng)用仍有困難。隨著鎂合金產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，熔鹽電解法制備鎂合金在應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新方面皆取得了顯著的進(jìn)步，但是仍離產(chǎn)業(yè)化有一定的距離。鎂合金的熔鹽電解制備有很強(qiáng)的應(yīng)用背景且很明確，與產(chǎn)業(yè)化研發(fā)相關(guān)的工作如電解槽的大型化、成本和能耗的降低、自動(dòng)化水平的提高等值得關(guān)注。

4 結(jié)語(yǔ)

鎂鋁鍶合金作為一種更輕、更節(jié)能、更環(huán)保的材料，它的研究及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐步形成產(chǎn)業(yè)化，并在一些領(lǐng)域得到廣泛和成功的運(yùn)用。未來(lái)鎂鋁鍶合金將更加廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車等領(lǐng)域。研究開發(fā)新型鎂鋁鍶合金材料既有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也有良好的社會(huì)和環(huán)境效益。隨著世界各國(guó)對(duì)鎂鋁鍶合金研究開發(fā)不斷加大投入，除傳統(tǒng)的性能要求以外，研究開發(fā)高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕以及穩(wěn)定力學(xué)性能的鎂鋁鍶合金是今后發(fā)展的主要方向。