塔城稀土镁合金材料报价稀土有色金属
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锂的密度只有530kg/m3,将它加入镁中形成的镁-锂合金是的密度低于镁基体的镁合金,是当今密度小、比强度高的结构合金,镁-锂合金的另一特点是有良好的塑性加工成形性能,可进行冷加工。
根据二元镁-锂相图,在589℃时发生共晶反应:
L→α-Mg+β-Li
在共晶温度时,锂在镁中的固溶度为5.5%Li,共晶点为7.5%Li,温度降低时,其溶解度几乎没有变化。β-Li为体心立方晶格固溶体,有良好的塑性,比α-Mg的还高一些。合金的锂含量大于5.5%时,组织中会出现强度很低而塑性高的β-Li,导致合金的强度性能下降而塑性上升。因此,镁-锂合金不能进行热处理强化,也不需要通过晶粒细化处理来提高塑性。
根据锂含时的不同和组织不同,镁-锂合金可分为三类:
含锂量低于5.5%的合金,其组织为Li溶于密集六方晶格镁中的α-Mg固溶体;
含>5.5%Li~10.2%Li的合金,其组织为均一的β-Li固溶体晶粒。β-Li的晶格为体心立方,它的冷、热成形加工能力比α-Mg的高,允许变形量虽可达50%~60%,但仍比铝及铝合金的低得多。
Mg-Li合金的缺点是有很高的化学活性,锂易与空气中的氧、氢、氮反应,形成稳定的化合物。因此,Mg-Li系合金的熔炼铸造在惰性气体保护下进行或在真空条件下进行。镁-锂合金的抗蚀性不高,比一般常用镁合金的还低,还有相当严重的应力腐蚀开裂倾向。
二元镁-锂合金的力学性能不高,和Al、Zn、Si等元素一同加入镁中,虽可以显著提高强度性能,但是尚未获得广泛的应用,美国航空航天局(NASA)1960年研发的LA141A是有代表性的Mg-Li合金,已用于制造人造卫星及航空器零件,此外还有LA91、LAZ933合金,它们含9%~14%Li,其密度只有1250 kg/m3~1350kg/m3,比弹性模量却很高。LA141A和LS141A含金是用得较多的Mg-Li合金,它们含13%Li~15%Li,前者还含0.75%Al~1.75%Al,后者还含0.5%Si~0.8%Si。Mg-Li合金的比强度高,震动衰减性能强,可切削加工性优,是制造航空航天器的结构材料。
LA141合金的室温弹性模量为42GN/mm2,与传统镁合金弹性模量的45GN/mm2相差不多,但它的密度为1350kg/m3,比大多数常用镁合金的1800kt/m3左右的低得多。LA141合金的挠曲刚度比同等质量传统镁合金的大一倍。LS141A合金的弹性模量为41GN/mm2,密度为1330kt/m3,其挠曲刚度比LA141合金的大一些,为铝合金的5倍余。
LA141A和LS141A合金的含锂量均>11%,有较好的室温成形性能。LA91合金的组织较复杂,为α+β;LA141合金的组织由体心立方晶格的固溶体和面心立方结构的LiAl及亚稳定的面心立方晶格的AlLi2Mg金属间化合物组成。镁-锂合金也可以产生一定的加工硬化作用。LA141合金在T7状态应用(固溶处理-空淬-177℃稳定化处理)。稳定化处理可以削除镁-锂合金的应力腐蚀开裂敏感性。同其他镁合金一样可以进行焊接和热加工,但焊后对焊接部位进行应力消除处理,以防应力腐蚀开裂,总体来说,镁-锂合金的抗腐蚀性能还不如常规镁合金的。
含量分别<4%的Mn、Zn、Cd等可提高Mg-Li合金的抗蚀性,Mn的效果好;Si、Sb显著降低合金的抗蚀性;Al、Sn对合金抗蚀性的影响与其含量有关:含0.6%~1.0%,合金的抗蚀性随含量增加而下降,>1.0%后其抗蚀性随含量的增加而略有上升。向Mg-Li合金添加少量Al和Ca可在表面形成较稳定的Mg(OH)2基化合物保护层而提高合金的抗蚀性,还对合金的可成形性及抗蠕变强度有利。Mg-Li系合金在潮湿中有强烈的应力腐蚀敏感性。
镁及其合金具有许多优良的物理和机械性能,具有较高的比强度和比刚度、易于切削加工、易于铸造、减震性好、能承受较大的冲击震动负荷、导电导热性好、磁屏蔽性能优良,是一种理想的现代结构材料,现已广泛应用于汽车、机械制造、航空航天、电子、通讯、军事、光学仪器和计算机制造等领域.为使镁合金应用于不同的场合,经常需要改变其表面状态以提高耐蚀性、耐磨性、可焊性、装饰性等性能。目前有许多工艺可在镁及镁合金表面上形成涂覆层,包括电镀、化学镀、转化膜,阳极氧化、氢化膜、有机涂层、气相沉积层等。其中为简单有效的方法就是通过电化学方法在基体上镀一层所需性能的金属或合金,即电镀与化学镀。本文对这两种处理方法在镁及镁合金上的应用所面临的问题、工艺流程、各种前处理方法、常用镀层及发展现状作简要概述。
由于镁的电极电位很低,为-2.34V(相对于标准氢电极),易于发生电偶腐蚀,在电解质中与其它金属接触时,易于形成腐蚀微电池,导致镁合金表面迅速发生点蚀。因此,在电镀或化学镀时,在镁合金上形成的镀层无孔,否则不但不能有效防止腐蚀,反而会加速镁合金的腐蚀。尤其是进行浸锌、直接化学镀镍等前处理时,所形成的底层无孔。对于镁合金上的Cu/Ni/Cr镀层,曾有人提出镀层的厚度至少应为50μm,无孔才能进行室外应用.镁合金上电镀或化学镀所形成镀层的质量还取决于镁合金的种类。对于不同的镁合金,由于元素组成及表面状态不同,进行前处理时应采取不同的方法,镁合金表面存在大量金属间化合物,如MgxAly金属间相的存在,导致表面电势分布不均,增加了电镀及化学镀的难度.电镀及化学镀的共同缺点是镀液中含有重金属,影响镁合金的回收利用,增加了回收的难度与成本。
清洗浸蚀活化浸锌氰化镀铜电镀,清洗浸蚀氟化物活化化学镀镍电镀。电镀及化学镀两种方法均是将镀液中的金属阳离子还原为基态金属沉积于镀件表面,不同的是电镀中还原反应所需要的电子由外电路供给,化学镀中还原反应所需要的电子由还原剂提供,在进行浸镀时可由基体金属直接提供电子。对于形状复杂的镁合金,电镀时由于电流密度分布不均,尤其在孔洞及深凹处,导致产生的镀层不均匀。但化学镀不存在此缺点,对于形状复杂的镁合金,即使在孔洞及深凹处也会获得均匀的镀层。化学镀的另一个优点是可以将碳化物、PTFE等物质作为第二相进行共沉积以提高镀层的硬度、耐磨、润滑等性能.此外,进行合金电镀也可以提高镀层的硬度及耐磨性。由于镁异常的电化学反应活性,导致镁合金上进行电镀或化学镀时前处理工序特别重要,前处理过程对于能否形成满意的镀层也很关键,前处理工艺对镁合金进行电镀或化学镀的重要问题是正确的前处理,一旦形成适当的底层,可以进一步镀覆我们所需性能的金属或合金。目前为常用的底层为浸锌层和直接化学镀镍层。所形成的底层无孔,否则进一步进行电镀或化学镀时会产生更多的孔隙,难于获得均匀的镀层。镁合金的前处理工序复杂、耗时,需控制方能获得良好的结合力及耐蚀性,并且前处理过程因合金而异。对于不同型号的镁合金或所采用的镀液不同,前处理的方法也不同。下面简要介绍一下一些基于浸锌、直接化学镀镍等方法的不同前处理工艺。
Mg-Zr二元相图的镁端存在包晶型反应,在此反应温度下,锆在镁中的固溶度为0.58%。包晶反应:L+α-Zr→α-Mg。α-Mg为锆在镁中的固溶体,锆的熔点很高,1852℃,不与镁形成化合物,锆在熔融镁中的熔解度很小,在包晶反应温度654℃时也只能熔解0.6%。这一特点给含锆的镁合金的熔炼带来很大困难,容易出现成分偏析。在铸造镁-锆合金及镁-锌-锆合金组织中可观察到明显的枝晶偏区,区中心锆的浓度很高,甚致是纯α-Zr质点,由中心向外锆的浓度逐渐下降。
铸造时冷却速度越快,晶粒核心中锆的浓度越高,与周围固溶体中锆的浓度差越大,这种晶内枝晶偏析可以通过锭的均匀化处理消除。锆在镁熔体中的溶解度很小,镁合金熔体凝固时,Zr以α-Zr质点形式析出,α-Zr与Mg均属于密集六方晶格,而且晶格常数相当接近,于是熔体中的α-Zr成为良好的结晶核心,从而可获得晶粒细小均匀的组织。锆还能减缓合金的扩散速度,阻碍晶粒长大,含0.6%Zr~0.8%Zr镁合金具有小的晶粒和高的力学性能,另外,Zr还能提高镁合金的抗腐蚀性能与高温力学性能。二元镁-锆合金铸件的强度较低,中国标准没有纳入此类合金,只有美国ASTM标准中有一种含0.7%Zr的二元镁-锆合金KIA-F,用于铸造砂型及型铸件,它有的阻尼性能。
由于二元镁-锆合金的性能不能满足工业应用要求,而锆又是镁的一种极有效的晶粒细化剂,因此它成为其他镁合金的一种难得的辅助合金化元素,形成一类很有实用价值的含锆的镁合金如Mg-Zn-Zr系合金与Mg-RE-Zr系合金。Mg-Zn系合金几乎个个都含有0.3%Zr~1.0%Zr,Mg-Re、Mg-Th、Mg-Ag系合金都含有这么多的锆。
镁-锌系合金的晶粒易长大,而锆具有细化晶粒与抑制晶粒长大功效,是铸态Mg-Zn合金极为有效的晶粒细化元素,于是Mg-Zn-Zr系合金应运而生,形成ZK系列镁合金。Mg-Zn-Zr系合金可以热处理强化,Zn是主要合金化元素,随着Zn含量的增加,合金的凝固温度区间变宽,热裂倾向增大,可焊性能变差,不可用于铸造形状复杂的铸件与制造焊接结构。
在GB/T19078-2003中,铸造镁-锌-锆合金有ZK51A、ZK61A合金,变形镁合金有ZK61M、ZK61S。按ASTM在关标准,Mg-Zn-Zr系合金主要有ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A、ZK51A和ZK61合金。
向Mg-Zn-Zr系合金添加稀土元素,合金在凝固过程中可在晶界形成含稀土的化合物,提高合金的铸造性能,改善铸件组织,但是它们很稳定,在固溶处理时不易溶解,虽对铸件力学性能元明显影响,却使其略有下降,在氢气氛中固溶处理后可使性能恢复,因为固溶处理时,氢可扩散到镁固溶体中,与化合物中的稀土元素反应生成弥散的稀土氢化物质点,化合物中的锌被释放出来,重新溶于α-Mg基体中,强化合金。
镁合号是怎样编制的,从而对它有一个初步的了解,也就是说对镁合金有一个粗略的认识。由于镁合金类型不同,用途各异,其牌号也不同。镁合号的表示方法有多种,当下国际上尚无统一的表达方式,但都习惯于采用美国材料试验学会(ASTM)的系统。
中国镁及镁合号与状态名系统
根据中国国际GB/T5153-2003,
变形镁及镁合号的命名规则为:
纯镁牌号以Mg加数字的形式表示,数字表示镁含量的低质量分数,如Mg99.95为镁含量≥99.95%的纯镁。
镁合金的牌号以英文大写字母加数字再加大写英文字母的形式表示,前面的英文字母是其主要的合金元素代号(见下表),其后的数字表示主要合金元素的平均含量。后的英文字母为标识代号,用以识别各具体合金元素相异或其含量有微小差别的不同合金。
中国镁合号由两个汉语拼音字母和其后的阿拉伯数字组成,字母M代表镁(mei)合金,B表示变(bian)形,Y表示压(ya)铸,Z表示铸(zhu)造。例如ZMI为一号铸镁合金,MB2为二号变形镁合金,YM5为五号压铸镁合金。
按国家标准GB/T19078-2003(铸造镁合金锭)的产品牌号以英文字母加数字再加英文字母的形式表示,AZ91D表示一种Al的平均含量为9%,Zn的含量小于1%的镁-铝-锌系铸造镁合金;AM20A是一种Al的平均含量为2%,Mn的含量小于1%的镁-铝-锰系铸造镁合金。后字母D表示第四种AZ91合金。
所谓标识代号实际表示该合金成型的先后次序,“A”表示先面世的种合金,或是先登记的此种合金。在ASTM镁合金命名系统中还包括表示材料和铸件状态的代码。状态代号由字母和其后的数字组成,如AZ91C-F表示铸造状态的镁-铝-锌系AZ91C合金,镁合金的状态代号见下面,是ASTM制订的,全世界通用。