镁合金分类：详解镁合金的种类和特点

镁合金的分类方法很多，各国不尽统一。但总的来说，不外乎根据镁合金中所含的主要元素（化学成分）、成形工艺（或产品形式）和是否含锆等三种原则来分类。

1.按化学成分分类

根据镁合金中的第一主要合金元素，可以将镁合金划分为多种二元合金系：Mg-Al Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Ag和Mg-Li系。在此基础上，还可以进一步划分为多元合金系：Mg-Al-Mn、Mg-Al-Zn-Mn、Mg-Zr、Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Ag-RE-Zr Mg-Y-RE-Zr等。按有无Al，镁合金可以分为含Al镁合金和不含Al镁合金。按有无Zr镁合金可以分为含Zr镁合金和不含Zr镁合金。不含Zr镁合金有Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn系。含Zr镁合金和不含Zr镁合金中既有铸造镁合金，也有变形镁合金。

2.按成形工艺分类

工业镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类，参见图1-1。两者没有严格的区分，铸造镁合金中的AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为变形镁合金。

图1-1　工业镁合金的分类

3.按使用性能分类

按照镁合金使用性能特点，则可分为耐热镁合金、耐蚀镁合金、阻燃镁合金、高强高韧镁合金和变形镁合金五类。

（1）耐热镁合金　耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。已开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大障碍。

Mg-Al-Si（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是，AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg₂Si相，损害了铸造性能和力学性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状Mg₂Si相的形态，细化Mg₂Si颗粒，提高AS系列镁合金的性能。

从20世纪80年代以来，国外致力于利用Ca来提高镁合金的高温抗拉强度和抗蠕变性能。例如美国开发的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca）、AXJ530（Mg-5Al-3Ca-0.12Sr）以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金，其抗拉强度和蠕变性能都较好。(www.xing528.com)

2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100～200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2％Y-1％Zn（摩尔分数），其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。

（2）耐蚀镁合金　镁合金的耐蚀性问题可通过两个途径来解决：

1）严格限制镁合金中的Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢好得多。

2）对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢。

（3）阻燃镁合金　镁合金在熔炼浇注过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明熔剂保护法和SF₆、SO₂、CO₂、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的力学性能，使这一方法无法应用于生产实践。铍可以阻止镁合金进一步氧化，但是铍含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。上海交通大学轻合金精密成形国家工程研究中心通过同时加入几种元素，开发了阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速器壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、MP3壳体等电子产品外壳。

（4）高强高韧镁合金　现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Mg-Zn和Mg-Y合金中加入Ca、Zr，可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度；加入Ag和Th，能够提高Mg-RE-Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹等的优质铸件；通过快速凝固粉末冶金、高挤压比及等通道角挤（ECAE）等方法，可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性。

（5）变形镁合金　虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但变形镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形镁合金，是未来更长远的发展趋势。

新型变形镁合金及其成形工艺的开发，已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品，如通过挤压＋热处理后的ZK60高强变形镁合金，其强度及断裂韧度相当于时效状态的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋热挤压工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性（300℃，断后伸长率436％），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当，还可同时加入SiCp等增强相，成为先进镁合金材料的典范。日本1999年开发出超高强度的IM Mg-Y系变形镁合金材料以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金，用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列也研制出了用于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金，法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。

在我国，镁合金的使用牌号与美国镁合金牌号不同，其对比见表1-1。

表1-1 我国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比