镁合金压铸件的特性及应用

 
镁合金铸件的铸造加工尺寸精度高， 可进行高速机械加工。
另外，镁与铁的反应性低, 压铸时压铸模产生熔损少，因此压铸模使用寿命长。镁在单位容量下的热焓低，镁的压铸速度比铝大。镁合金还有良好降噪减振性能、耐磨性和耐腐蚀性能，为其广泛应用提供了可能。
据国际镁协会报道,2004 年世界镁产量已经达到 63.40 万吨。镁的用途中, 用于配制铝合金的量最多,其次就是生产镁合金压铸件,并且从年均递增的情况可以看出， 镁合金压铸行业的耗镁量将来很可能超过铝合金用量。
随着汽车工业的迅猛发展， 加之全世界范围内，节能、环保理念的提出，轻量化对于汽车行业的科研人员来讲，是一个急待解决的问题。由于镁合金本身的特性， 为其在汽车工业中的广泛应用奠定了坚实的基础。目前应用于汽车零部件的镁合金主要有 4 个系列：Mg-AI-Zn-Mn (AZ 系列)，Mg-A1-Mn (AM 系列)，Mg-Al-Si(AS 系列)，Mg-Al-RE(AE 系列)，一般应用于汽车零部件的绝大多数为压铸件。虽然使用镁合金压铸件成本比铝合金压铸件高，但是采用镁压铸件后使汽车质量减轻，耗油量减少，排出废气减少； 另外镁合金压铸件具有降噪减振性能和铸造精度高等优点，综合经济效益好，在汽车行业使用大有潜力。
可见，实现汽车工业的轻量化、节能化、减少污染的理想途径便是提高镁合金零件的使用。目前北美、 日本等汽车上使用的镁压铸件已扩展到驾驶盘、仪表盘框架、制动马达、悬架零件、框架构件、发动机构件、座椅架、汽缸罩盖、离合器外壳、转向柱轮、手制动杆等零部件上。而我国汽车上使用镁合金压铸件的，就只有桑塔纳轿车的变速箱壳体和壳盖，其它方面则正处于研究阶段。
  电子行业是当今发展最为迅速的行业之一，也同样成为镁合金压铸技术很重要的应用领域。由于数字化技术的发展， 各类数字化电子产品不断出现，产品的更新换代十分迅速。电子器件也朝着高度集成化和小型化发展，促进了大量便携式电子器材的出现，如平板电脑、便携式相机、摄像机、手机等等。这些便携式电子产品主要注重产品的轻量化、散热性、坚固性以及对电磁波的绝缘性和美观
较，其优越性主要表现在以下几个方面。
（1） 轻量化及材料刚度方面  虽然镁合金比一般的工程塑料的密度大， 但是工程塑料在刚度方面却远不如金属材料， 而镁合金除具有金属材料刚性较高的特性外，同时是所有结构合金中最轻的材料， 非常适合用于便携式产品。
（2） 镁合金的减振性能良好  镁合金的比阻尼容量为铝合金的 10~25 倍， 可很大程度的减少噪音和振动，这有助于减少外部振动对内部精密电子、光学组件的干扰。
（3） 电磁波绝缘性佳  便携式电脑以及手机的芯片在使用时发出的高频电磁波往往会穿透外壳， 互相干扰而成为噪音源，影响通讯以及运算品质。在移动通信方面， 目前的塑料壳体的移动电话通话质量不高， 然而利用镁合金压铸壳体代替塑料壳体使这个问题得到了很大的改善， 同时还能减少电磁波对人体头脑的伤害。
（4） 散热性方面  一般金属的热传导性是塑料的数百倍，因此用于电子产品外壳或零部件时，若能在结构及热传导性能上综合设计考虑， 即可发挥散热片的功能，将电子零件产生的热量疏导排除。从笔记本电脑等产品的散热需求来考虑， 镁合金外壳传热快， 自身又不容易发烫，无疑是极佳的候选材料。
（5） 外观、质感极佳 镁合金因其为金属，外观的美观程度和触摸质感，均受到了大众的青睐。
（6） 镁合金可回收使用 在环保意识高涨的环境下， 镁合金与工程塑料等其它材料相比具有很大的优势。
镁合金压铸件除了在日常生活中所熟悉的汽车工业和电子行业中得到广泛的应用外， 镁合金的特点也同样可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减振、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构质量。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了一定数量的镁合金构件。

 镁合金压铸工艺的发展现状

与其它压铸合金一样，传统的压铸技术使铸型腔内不能排除的气体溶解在压铸合金内，可能形成许多弥散分布在压铸件的高压微气孔。这些气孔在高温下析出和膨胀导致逐渐的变形和表面的鼓泡。因此用传统压铸方法生产的镁合金压铸件，与其它合金的压铸件一样，不能进行热处理强化，也不能在较高温度下使用。为消除这种缺陷，提高压铸件的内在质量，扩大压铸件的应用范围，近些年来研究开发出的一些新的压铸方法， 其中包括充氧压铸，半固态金属流变或触变压铸和挤压铸造，以及几经起伏的真空压铸等。

（1） 真空压铸法 
真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体， 提高压铸件的力学性能和表面质量。

（2）充氧压铸法

充氧压铸又称无气孔压铸(Pore—FreeDie Casting Process，即 PF 法)。该法在金属液充型前， 将氧气或其它活性气体充入型腔，置换型腔内的空气，金属液充型时，活性气体与充型金属液反应生成金属氧化物微粒弥散分布在压铸件内，从而消除压铸件内的气体，使压铸件可热处理强化。

（3） 半固态流变压铸技术  
半固态流变压铸具有充型平稳、 无金属喷溅、 金属液氧化损失少、节能、操作安全、减少铸件内孔洞类缺陷等优点。固相率为 40％～50％的 AZ91D 镁合金在冷室压铸机上半固态流变压铸试件消除了气孔缺陷，抗拉强度达140～200 MPa。美国 DowChemical 公司发明的镁合金半固态压铸法已实现了商业化，并取得了 3 项专利。
此外，用碳化硅等颗粒增强的镁合金基复合材料已进行了多年的研究开发，目前虽尚未达到在压铸领域商业应用的阶段，但已用砂型铸造、精密铸造等方法制成了叶轮、自行车曲柄、汽车缸套等铸件， 并有将这种复合材料与半固态铸造相结合，应用于压铸和挤压铸造领域的发展趋势。
（4） 镁合金的压缩金属成形技术
 美国俄亥俄精密成形公司研制的镁合金金属压缩成形技术，是在整个压铸件表面加压的成形方法。 在压力下凝固， 改善了金属微观组织， 减少了晶粒尺寸和孔隙率，铸件致密均匀，生产出的铸件性能接近锻造的， 可用于生产性能要求高、形状复杂的铸件。