金礦石合金的發(fā)展和新進(jìn)展

A 金礦石合金的現(xiàn)狀

金礦石合金是實(shí)際應(yīng)用中較輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，但與鋁合金相比，其研究和發(fā)展還很充分。目前，金礦石合金的產(chǎn)量只有鋁合金的1%。金礦石合金作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的非常大用途是鑄件，其中90%以上是壓鑄件。

限制金礦石合金廣泛應(yīng)用的主要問題是：由于金礦石元素極為活潑，金礦石合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，金礦石合金的生產(chǎn)難度很大；金礦石合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善，特別是金礦石合金成形技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展；金礦石合金的耐蝕性較差；現(xiàn)有金礦石合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低，限制了金礦石合金在高溫（150～350℃）場(chǎng)合的應(yīng)用；金礦石合金的常溫力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高；金礦石合金的系列相對(duì)很少，變形金礦石合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。金礦石合金可分為鑄造金礦石合金和變形金礦石合金。金礦石合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（AS）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr（ZK）、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金系列。

B 金礦石合金的新進(jìn)展

a 耐熱金礦石合金

耐熱性差是阻礙金礦石合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降，使之難以作為關(guān)鍵零件（如發(fā)動(dòng)機(jī)零件）材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。金礦粉碎機(jī)用于金礦的粉碎，是金礦石選礦之前的必經(jīng)步驟。已開發(fā)的耐熱金礦石合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用來提高金礦石合金耐熱性能的重要元素。

Mg-Al-Si系（AS）系合金是德國(guó)大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄金礦石合金。175℃時(shí)，AS41合金的蠕變強(qiáng)度明顯高于AZ91和AM60合金。但是AS系金礦石合金由于在凝固過程中會(huì)形成粗大的漢字狀Mg2Si相，損害了鑄造性能和機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)，微量Ca的添加能改善漢字狀Mg2Si相的形態(tài)，細(xì)化Mg2Si顆粒，提高AS系列金礦石合金的組織和性能。

2001年，日本東北大學(xué)井上明久等采用快速凝固法制成的具有100～200nm晶粒尺寸的高強(qiáng)金礦石合金Mg-2% Y-1% Zn，其強(qiáng)度為超級(jí)鋁合金的3倍，還具有超塑性、高耐熱性和高耐蝕性。

strong 耐蝕金礦石合金

金礦石合金的耐蝕性問題可通過兩個(gè)方面來解決：（1）嚴(yán)格限制金礦石合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量。金礦生產(chǎn)線上的要求是非常的嚴(yán)格的，一定要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行金礦石的生產(chǎn)。例如，高純AZ91HP金礦石合金在鹽霧試驗(yàn)中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍，超過了壓鑄鋁合金A380，比低碳鋼還好得多。（2）對(duì)金礦石合金進(jìn)行表面處理。根據(jù)不同的耐蝕性要求，可選擇化學(xué)表面處理、陽(yáng)極氧化處理、有機(jī)物涂覆、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法處理。

C 阻燃金礦石合金

金礦石合金在熔煉澆鑄過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實(shí)踐證明，熔劑保護(hù)法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法，但它們?cè)趹?yīng)用中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，并使得合金性能降低，設(shè)備投資增大。純金礦石中加鈣能夠大大提高金礦石液的抗氧化燃燒能力，但是由于添加大量鈣會(huì)嚴(yán)重惡化金礦石合金的機(jī)械性能，使這一方法無法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

較近，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心通過同時(shí)加入幾種元素，開發(fā)了一種阻燃性能和力學(xué)性能均良好的轎車用阻燃金礦石合金，成功地進(jìn)行了轎車變速箱殼蓋的工業(yè)試驗(yàn)，并生產(chǎn)出了手機(jī)殼體、MP3殼體等電子產(chǎn)品外殼。

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