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压铸镁合金及其应用

2022-07-29 来源:汇智旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第35卷第2期 2007年3月 金属材料与冶金工程 METAL MATERIALS AND METALLURGY ENGINEERING V01.35 No.2 March 2007 压铸镁合金及其应用 曾正南1,彭小仙 ,刘楚明 (1.中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆400013; 2.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083) 摘 要:论述了压铸镁合金的发展现状,介绍了部分压铸镁合金的化学成分及使用特性,分析了其工 艺特点。描述了压铸镁合金在汽车工业和电子信息产业中的应用情况,并对今后的发展提出了看法。 关键词:镁合金;压铸;汽车工业;3c 中图分类号:TG146.2'2 文献标识码:A 文章编号:1005—6084(2007)02—03—05 THE DIE—CASTING M.AGNESIUM ALLOYS AND THEIR APPLICATION ZENG Zheng—nan ,PENG Xiao—xian ,LIU Chu—ming (1.Sai Di Engineering and Technology Co.Ltd.,Chongqing 400013,China; 2.School ofMaterials Science and Engineering,Central South University, Changsha 410083,China) ABSTRACT:The developing actual state of the die—casting magnesium alloys was expounded in the paper.The chemical composiiton and the property advantages of some types of the die—casitng magnesium alloys were introduced.The characteristics of die— casting technology were analyzed.The application situations of the die—casting magnesium alloys in automobile industry and electron information industry were also discussed. Moreover some suggestions for future development were put orfward. KEY WORDS:magnesium llaoys;die—casting;automobile industry;3C ・ 近几年来。镁合金的研究开发是国际上材 料研究的热点问题之一。随着现代科技和相关 产业技术的发展.对镁合金压铸技术的研究与 Et俱增.由于镁合金具有较高的比强度、良好 的导热性、较强的电磁屏蔽能力、优异的减振 轻量化的发展趋势。使镁合金成为最具竞争力 的金属结构材料。世界上镁合金在汽车和电子 器材中的用量每年正以20%以上的速度增长. 这是近代金属工程材料中前所未有的[3]。 性以及可回收利用等优点[1].被大量用于汽车、 电脑、电信、电子等行业的零配件[2]。目前,在 世界范围内已经形成了有一定规模的汽车行业、 1压铸镁合金材料及性能 常用的压铸镁合金大多是美国牌号[4IAZ91。 AM60,AM50,AM20,AS41和AE42,分别属 IT行业、基础结构件的镁合金生产群体。产品 收稿日期:20o6—12—08 作者简介:曾正南(1955一),男,高级工程师。主要研究方向:有色金属铸造。 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 金属材料与冶金工程 V01.35 No.2 于Mg~ 一Zn,Mg一 一Mn,Mg一 一Si 套、离合器壳体、转向盘轴、凸轮罩、刹车拖 板支架、车轮等。AM20合金铝的含量最低.强 和Mg~ 一RE系,其化学成分和力学性能如 表1和表2所示。其中,AZ91D合金铝的含量 度也最低,但塑性最高,AM60,AM50,AS41 和AE42合金的常规力学性能适中。 最高,强度也最高,但塑性最低,主要用于阀 表1 常用压铸镁合金的化学成分(%) 注:1)旋转弯曲疲劳5×10’次;2)175℃,35 MPa,100 h的伸长率;3)149℃,100 h产生0.5%伸长率的 应力。 AM系列合金主要用于要求良好的伸长率、 韧性、抗冲击能力及优良耐蚀性的场合,随着 铝含量降低,延性增加,强度和铸造性能下降, AM60B主要用于坐椅框架和仪表盘[ 。目前用 于汽车结构件的镁合金中.AZ和AM这两种系 列占90%,但它们在150℃以上时强度明显下 合器活塞。利用稀土元素对Mg一 基合金强 度及蠕变抗力的有利影响,研究开发了Mg一 一稀土合金,含稀土元素的压铸AE42合金 比Mg一 一Si合金具有更佳的蠕变抗力,能 在200—250℃下长期使用.目前正被考查用于 汽车动力系统零件[引。 降。因此已开发出了AS41B合金(4-3% 一 l%Si一0.3%Mn)。AS41B合金的蠕变强度在 170℃以下范围内优于AZ91D和AM60B.同 2镁合金压铸工艺及其特点 压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快 的一种先进的少切削或无切削特种铸造方法。 该方法的生产过程是,液态金属在高速高压作 用下射人紧锁的模具型腔内并保压.结晶直至 凝固,使原材料变为半成品或成品。它所获得 时具有较好的伸长率、屈服强度和极限抗拉强 度。由于铝含量较低,AS41B要求较高的铸造 温度。AS41B已用于空冷汽车发动机的曲轴箱 和大众汽车公司的许多零件(如风扇罩和电机 支架),通用汽车公司将其用于叶片导向器和离 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第2期 曾正南等:压铸镁合金及其应用 5 的铸件表面粗糙度Ra通常可达1.6—2.5,尺寸 达到0.8一1.5 mm的技术水平,其产品的主要优 精度高达2—5级,是一种精密成型工艺[ ,既 点是质量好,效率高,加工成本低。表3列出了 可冷室又可热室压铸。镁合金压铸件壁厚目前已 镁合金的主要物理性能。 表3镁及镁合金的物理性能 与铝合金相比,镁合金具有较低的密度、 的半固态凝固技术的实用研究已有较大的技术 熔点、动力学粘度、比热容和相变潜热。鉴于 突破、有了较成功的应用,大大改善了压铸产 镁合金的密度低,因此若对应一个一定质量的 品的质量和性能,新的流变铸造和触变铸造已 锌合金零件,用相同质量的材料可生产2.5个同 成为生产需要强度高、气密性好的镁合金汽车 样尺寸的铝合金零件、3.75个镁合金零件;鉴 零件、电子通讯产品外壳的重要实用工艺。他 于镁合金的动力学粘度低,相同流体状态(雷 们同时推出许多保护性专利,以期在这项技术 诺指数相等)下的充型速度远大于铝合金;加 上取得垄断性的竞争优势。例如美国Dow 之镁合金熔点、比热容和相变潜热均比铝合金 Chemical公司1991年取得触变压铸技术专利, 低,故其熔化耗能少,凝固速度快,镁合金实 现在还授权日本JSW和加拿大Husky公司生 际压铸周期可比铝合金短50%E引。文献[8,9] 产新型镁合金触变成形机;美国康奈尔大学开 认为,同等强度的镁合金制品每磅耗电为l3.3 发的流变成形工艺及设备1996年取得专利。 kW,铝合金制品每磅耗电则为l5.3 kW,单位 体积镁合金比铝合金价格便宜10%一20%,重 3 压铸镁合金的发展及应用 量轻25%一30%。实际上,镁合金汽车零件成 本中还应包括材料的加工成本,在这一项目中 3.1镁合金在汽车工业中的应用 压铸模所占的比重最大。此外,镁合金与铁的 据文献[10]报道,世界范围内镁合金工 亲和力小,固溶铁的能力低,因而不容易粘连 程结构件中的98%来自于压铸行业,而其中的 模具表面,其所用模具寿命比铝合金高2—3 绝大多数用于汽车工业。20世纪80年代末以来 倍,因此其工艺成本比铝合金明显低。进一步 伴随着汽车工业需求的增加,镁合金铸造技术 的研究结果还表明, 镁合金加工(磨、钻)所 取得了飞速的发展El1]。据国际镁业协会资料介 耗能量仅为铝合金的70%。 绍,从1996 2008年镁合金压铸产量将以每年 近几年国外关于镁合金应用从工艺到设备 15% 20%的速度增长,其中,北美增长速度 出现了大量技术专利,国外新开发出并投入应 为30%,欧洲则超过60%。促进增长的原因首 用的压铸技术有半固态压铸、触变注射成形技 先是来自于对汽车轻量化、节能化、环保、安 术、充氧压铸、真空压铸等。目前,发达国家 全和更舒适等方面的要求,各大汽车制造厂商, 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 金属材料与冶金工程 VO1.35 No.2 加快应用各种新技术来减轻汽车的重量。而作 用显著的是采用镁合金压铸汽车零件。奔驰汽 车公司最早生产镁合金座架。奥迪公司第一个 推出镁合金仪表板,Et本丰田公司推,出镁合金 操纵系统部件等[ ]。 研究表明,一辆汽车的质量若能减轻10%, 则其燃油消耗量可降低3%~4%。欧洲和北美 的汽车生产商已经制定出到2010年将汽车的燃 料消耗量降低25%,并使其CO 排放量降低 30%的标准。按照CAFE(theCorporateAverage Fuel Effeciency)标准的要求。汽车生产商不久 将在单车上用到40~100 kg的镁合金[】 。大众汽 车公司目前每辆轿车的平均镁材用量大约为25 kg,未来5年内每辆汽车的用镁量可以达到6o ~80 kg[H]。大众公司汽车材料研究所主任弗里 德里博士在2001年国际镁协58届年会上预测, 未来10年内大众汽车公司的汽车平均镁用量可 以达到178 kg。美国通用汽车公司与挪威海德 鲁镁业集团签订了长期合作协议,美国福特汽 车公司投资4 000万美元为澳大利亚镁业集团建 立了一个试验厂。并与该公司签订了长期供货 合同[ ]。这都表明镁合金在汽车上的应用将会 不断增加。目前,应用在汽车上的镁合金压铸 件至少已超过了6o种[】刚。 我国镁资源极为丰富,2004年原镁产量达 到42.6万t。而镁合金压铸产品存在着巨大的潜 在需求,这种得天独厚的供需条件,必然激发 镁合金压铸件生产发展的积极性。近年来。镁 合金压铸生产企业和科研单位由原来几家迅速 发展到近百家。上海乾通汽车附件公司率先大 批量生产镁合金变速箱壳体。重庆隆鑫集团 2003年成功地制造出“全镁”概念摩托车,整 车镁合金用量达12 kg。并在重庆投资1.75亿元 建设“镁合金应用及产业化基地”,摩托车行业 有望成为镁合金压铸大户。一汽集团镁合金应 用取得新的进展。东风汽车公司镁合金生产基 地早已投产。并积极推进。镁合金汽车方向盘 骨架压铸,由原来浙江岱美聚胺脂公司独家生 产。最近杭州富春镁合金制品公司和常熟中翼 汽车新材料公司以及吉林白山临江镁业有限公 司等相继投产。重庆镁业科技股份有限公司、 南京华宏新材料公司、广东鸿图科技股份有限 公司等也先后开发了镁合金方向盘骨架,品种 越来越多,规模越来越大。北京远东镁合金制 品有限公司开发的镁合金自行车车架整体压铸, 为镁合金压铸应用开辟了一个新的领域[】 。 3.2镁合金在3C产品中的应用 电子信息产业由于数字化的发展,市场对电 子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要 求愈来愈高。当手机的窗口越来越大,功能越来 越多。体积越来越小时,对手机外壳强度要求更 高。镁合金取代塑料,并使手机有高级质感,而 对于功率越来越大,厚度越来越薄的笔记本电脑 来说。发热成了一个大问题。而镁合金良好的散 热性能。很快成为这类产品外壳的首选材料。例 如。镁合金具有优异的薄壁铸造性能,其压铸件 壁厚可达0.8~1.5 otni。并保持一定的强度、刚 度和冲击性能。因此。在薄壁、轻量、抗冲击、 电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下,镁合 金成了制造商的最佳选择。近年来,电子信息产 业中镁合金消耗量急剧增加,成为拉动全球镁消 耗的另一重要因素。 目前。镁合金在3C领域内的应用几乎都是 铸造镁合金[ ]。压铸镁合金以AZ(Mg—A1一 Zn)系列为主。该系列具有良好的综合力学性 能、铸造性能和耐蚀性,其屈服强度最高,是 目前应用最广的压铸镁合金[19,20],其中在3C产 品中使用最为广泛的牌号为AZ91D。Et本最先 将压铸用于3C产品,早在1991~1995年, mM Et本公司经过多年的努力,成功地在7种 笔记本电脑上使用了镁合金压铸外壳。目前该 方法是3C产品中最为成熟和最为广泛应用的方 法。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,附图为 热室压铸的成形原理[21,oo],其方法是将熔化的镁 合金液。高速高压注入精密的金属型腔内,使 其快速成形。其压室直接浸在坩埚内的镁液中, 长期处于被加热状态。压射部件装在坩埚上方。 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、连续地进行,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 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第2期 曾正南等:压铸镁合金及其应用 7 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。镁合金压铸时,由 于压射速度高,当镁液充填到型腔时,不可避 免会有金属液紊流及卷气现象发生,造成工件 内部和表面产生孔洞缺陷,因此对于要求高的 铸件.如何提高其成品率是镁合金压铸技术所 面临的主要问题之一。 5 6 附图 热室压铸机压室结构示意 1一固定板;2一模具;3一鹅颈;4一活塞; 5一吸人I21;6一坩埚;7一镁液 4 结 语 人们已经开始认识到节约能源及保护环境 的重要性。由于镁合金具有比重小等诸多优点, 它的应用可以大幅降低能源的消耗,因此镁合 金将在未来的结构材料中占据重要地位。我国 关于镁合金及其压铸技术还处于起步阶段.除 了在航空航天工业界有少量的镁合金铸件的使 用外,镁合金在民品上使用较少。要开拓镁合 金在民品中的应用。还有许多工艺技术障碍需 要突破。我国镁合金的开发应用工作明显落后 于欧美国家。重要产品的开发和工艺研究成果 还未见报道。 必须充分利用我国丰富的镁矿资源和巨大 的原镁生产能力。为拓宽镁合金的应用领域做 好相关技术的开发。为镁合金的广泛应用提供 条件。 参考文献: [1]王渠东。吕宜振,曾小勤,等.镁合金在电子器材壳 体中的应用[J].材料导报,2000,14(6):22—24. [2]Zhang heng—hua.Strengthening technology and mechanism for semi—-solid die casting of alumihum alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society ofChina,2003,(6):12 802—12 841. [3]师昌绪,李恒德,王淀佐,等.加速我国镁工业发 展的建议[J].材料导报,2001,15(4):5-7. [4]刘正,王光中,王越,Friendrich klein等.压 铸镁合金在汽车工业中的应用和发展趋势[J].特种 铸造及有色合金,1999,(5):55—58. [5]Albright D L,Ruden T,Davis J.High Ductility Magnesium Alloys in Automotive App ̄cations[J]. Light Metal Age,1992,50(2):28—32. [6]张永忠,张圭,崔代金,等.压铸镁合金及其在汽 车工业中的应用[J].1999,(3):54—57. [7]徐从豪,徐天如,等.压铸技术的发展[J].上海机 床,1998,(4):351. [8]M Cosets.Magnesium in Perspective as A material for the Automotive Industry[R].6th.Magnesium Abnehmerseminare,Germany:Aalen,1998. [9]J Willekens.Magnesimu Seat—Frames:History nad Evaluation[R].The 3rd Intenrational Magnesimu Conference,U K:Manchester,1996. [10]Cole G,Michigan D.In:Smith D Sed.Can Magnesium Achieve its Potential for Large Volume Usage ni Automotive Components[R].Magnesium— hte Lightweight Solution—-Automotive Sourcing Special Report,London:Automotive Sourcing UKL td,1998. [11]申泽骥,李玉胜,马志军,等.新型铸造镁合金开 发现状[J].2003,(52)3:153—156. [12]吴春苗.压铸使用技术[M].广东:广东科技出版 社,2003. [13]E Aghion,B Bronfin,D Eliezer.The role of the magnesium industry in protecting the environment [J].Journal of Mateirals Processnig Technolegy, 2001,117:381—383. [14]何良菊,李培杰.中国镁工业现状与镁合金开发技 术[J].铸造技术,2003,(3):161—162. [15]陈力禾,刘正,等.镁——汽车工业通向新世纪 的轻量化之路[J].铸造,2004,(1):5—9. [16]陈力禾,赵慧杰,申志勇,等.镁合金压铸及其在 汽车工业中的应用[J].铸造,1999,(10):45—50. [17]宋才飞.中国压铸业发展的特征与规律[J].铸造, 2006。(3):317—320. (下转第39页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第2期 李建跃等:采用电刷镀技术提高零件表面防腐性能 39 织包套。 机甚至不停机的条件下进行修复,白天正常生 (2)电净。采用电净液,正接,工作电压 产,夜晚停机后刷镀施工;且只修补损伤部位, 12—15 V,相对运动速度15 m/min,时间1O~ 对滚筒表面的其他部位及机器没有任何影响。电 20 S,至工作表面水膜均匀摊开,不呈水珠状 刷镀修复技术质量稳定,修复后的滚筒可正常使 后,用自来水清洗。 用1O年以上,具有显著的经济效益。 (3)活化。采用2号活化液活化,反接, 工作电压8~13 V,相对运动速度8 m/min左 3 结 语 右,活化时间3O~40 S,自来水清洗。 (4)活化。采用3号活化液活化,反接, 电刷镀镀层与基体金属结合良好,可提高 工作电压15~2O V。相对运动速度12 m/min 零件表面抗氧化、抗腐蚀能力,成本低,综合 左右,活化时间4O~50 S.自来水清洗。 经济效益明显,对企业节能降耗,延长设备寿 (5)刷镀过渡层。用特殊镍打底,用镀笔 命,提高设备作业率具有实际意义。 蘸特殊镍溶液,然后通电,正接,电压18 V, 阴阳极相对运动速度15~20 m/min,刷底8~ 参考文献: 10 S,过渡层厚度1~2 m,自来水冲洗。 [1]粱志杰.非金属刷镀技术[M].北京:机械工业出 (6)刷镀工作层。采用快速镍电镀液,无 版社.1991. 电擦拭工件表面8~10 S,然后通电,正接,工 [2]刘江南.金属表面工程[M].北京:兵器工业出版 作电压18 V,相对运动速度12~18 m/min,至 社.1995. 所需厚度为止,用自来水清洗。 [3]徐滨士.表面工程与维修[M].北京:机械工业出 (7)刷镀后处理。刷镀后处理采用o2号金 版社。1996. [4]李国英.表面工程手册[M].北京:机械工业出版 相水砂纸打磨刷镀层表面,擦干表面,涂防护 社.1997. 油脂。 [5]林春华,葛祥荣.电刷镀技术便览[M].北京:中 印刷机属于大型设备,拆机大修周期长、风 国建筑工业出版社.1991. 险大、维修费用高。采用电刷镀技术,可在不拆 (上接第7页) [18]杨程,杜红星,刘晓平,等.镁合金在3C产品中 [20]汪之清.国外镁合金压铸技术的发展[J].铸造, 应用现状及其前景展望[J].铸造设备研究,2005, 1997,(8):48—51. (6):46—49. [21]曾大本,李陪杰.镁合金压铸业现状及发展趋势 [19]陈礼清,赵志江,等.从镁合金在汽车及通讯电子 [J].铸造,49(12):371—374. 领域的应用看其发展趋势[J].世界有色金属, [22]陈宗民.铸造镁合金的应用和技术进步[J].铸造设 2004,(7):12—20. 备研究,2005,(2):43—46. 

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