金礦石合金的發展和新進展

金礦石合金的發展和新進展

A 金礦石合金的現狀

金礦石合金是實際應用中較輕的金屬結構材料，但與鋁合金相比，其研究和發展還很充分。目前，金礦石合金的產量隻有鋁合金的1%。金礦石合金作為結構應用的非常大用途是鑄件，其中90%以上是壓鑄件。

限製金礦石合金廣泛應用的主要問題是：由於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，金礦石合金的生產難度很大；金礦石合金的生產技術還不成熟和完善，特別是金礦石合金成形技術有待進一步發展；金礦石合金的耐蝕性較差；現有金礦石合金的高溫強度、蠕變性能較低，限製了金礦石合金在高溫（150～350℃）場合的應用；金礦石合金的常溫力學性能，特別是強度和塑韌性有待進一步提高；金礦石合金的係列相對很少，變形金礦石合金的研究開發嚴重滯後，不能適應不同應用場合的要求。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係（Az）、Mg-Al-Mn係（AM）和Mg-Al-Si-Mn係（AS）、Mg-Al-RE係（AE）、Mg-Zn-Zr（ZK）、Mg-Zn-RE係（ZE）等合金係列。

B 金礦石合金的新進展

a 耐熱金礦石合金

耐熱性差是阻礙金礦石合金廣泛應用的主要原因之一，當溫度升高時，它的強度和抗蠕變性能大幅度下降，使之難以作為關鍵零件（如發動機零件）材料在汽車等工業中得到更廣泛的應用。金礦粉碎機用於金礦的粉碎，是金礦石選礦之前的必經步驟。已開發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）和矽（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係（AS）係合金是德國大眾汽車公司開發的壓鑄金礦石合金。175℃時，AS41合金的蠕變強度明顯高於AZ91和AM60合金。但是AS係金礦石合金由於在凝固過程中會形成粗大的漢字狀Mg2Si相，損害了鑄造性能和機械性能。研究發現，微量Ca的添加能改善漢字狀Mg2Si相的形態，細化Mg2Si顆粒，提高AS係列金礦石合金的組織和性能。

2001年，日本東北大學井上明久等采用快速凝固法製成的具有100～200nm晶粒尺寸的高強金礦石合金Mg-2% Y-1% Zn，其強度為超級鋁合金的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方麵來解決：（1）嚴格限製金礦石合金中的Fe、Cu、Ni等雜質元素的含量。金礦生產線上的要求是非常的嚴格的，一定要嚴格的標準來進行金礦石的生產。例如，高純AZ91HP金礦石合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍，超過了壓鑄鋁合金A380，比低碳鋼還好得多。（2）對金礦石合金進行表麵處理。根據不同的耐蝕性要求，可選擇化學表麵處理、陽極氧化處理、有機物塗覆、電鍍、化學鍍、熱噴塗等方法處理。

C 阻燃金礦石合金

金礦石合金在熔煉澆鑄過程中容易發生劇烈的氧化燃燒。實踐證明，熔劑保護法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護法是行之有效的阻燃方法，但它們在應用中會產生嚴重的環境汙染，並使得合金性能降低，設備投資增大。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，但是由於添加大量鈣會嚴重惡化金礦石合金的機械性能，使這一方法無法應用於生產實踐。

較近，上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心通過同時加入幾種元素，開發了一種阻燃性能和力學性能均良好的轎車用阻燃金礦石合金，成功地進行了轎車變速箱殼蓋的工業試驗，並生產出了手機殼體、MP3殼體等電子產品外殼。

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