先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù)

內(nèi)容概要

先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù)總結(jié)了作者近幾年在耐熱鎂合金、超輕鎂鋰合金、鎂合金的先進(jìn)加工技術(shù)和復(fù)合技術(shù)、鎂合金腐蝕及其防護(hù)技術(shù)等方面的研究工作，同時(shí)對國內(nèi)外近年來在這些方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù)內(nèi)容共七章，分別對高強(qiáng)耐熱鎂合金、超輕鎂鋰合金、超塑性鎂合金、鎂合金復(fù)合技術(shù)、鎂合金先進(jìn)加工技術(shù)、鎂合金腐蝕與防護(hù)等先進(jìn)材料與先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。
先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù)可作為高等院校、研究院所材料科學(xué)與工程、冶金工程、腐蝕與防護(hù)等相關(guān)領(lǐng)域的教師、研究工作者、研究生和工程技術(shù)人員的教學(xué)參考用書。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 鎂的特性1.1.1 鎂的物理化學(xué)性質(zhì)1.1.2 鎂的力學(xué)性能1.1.3 鎂的化學(xué)性質(zhì)1.2 鎂——21世紀(jì)綠色工程材料1.2.1 豐富的鎂資源1.2.2 性能和價(jià)格優(yōu)勢1.2.3 減重節(jié)能效應(yīng)1.2.4 生物效應(yīng)1.3 鎂合金的發(fā)展概況1.3.1 鎂和鎂合金的發(fā)展簡史1.3.2 鎂合金存在的問題1.3.3 鎂合金的發(fā)展方向1.3.4 鎂合金的發(fā)展前景參考文獻(xiàn)第2章 高強(qiáng)耐熱鎂合金2.1 合金元素對高強(qiáng)耐熱鎂合金的影響2.1.1 稀土元素2.1.2 堿土元素2.1.3 第Ⅳ、Ⅴ族元素2.2 高強(qiáng)耐熱鎂合金的分類及性能2.2.1 含稀土的高強(qiáng)耐熱鎂合金2.2.2 不含稀土的高強(qiáng)耐熱鎂合金2.3 新型高強(qiáng)耐熱鎂合金的設(shè)計(jì)思路2.4 新型高強(qiáng)耐熱鎂合金的研究開發(fā)2.4.1 Mg-Al-RE系壓鑄合金的研究開發(fā)2.4.2 Mg-RE-Zn系合金的研究開發(fā)2.4.3 Mg-RE基合金的研究開發(fā)參考文獻(xiàn)第3章 超輕鎂鋰合金3.1 鎂鋰合金的性質(zhì)3.2 鎂鋰合金的發(fā)展歷程3.3 鎂鋰合金的發(fā)展現(xiàn)狀3.4 鎂鋰合金的合金化研究3.4.1 Al、Zn對鎂鋰合金組織與性能的影響3.4.2 稀土元素對鎂鋰合金組織與性能的影響3.4.3 Ca對鎂鋰合金組織與性能的影響3.4.4 Ag對鎂鋰合金組織與性能的影響3.5 鎂鋰合金的時(shí)效特性研究3.6 典型鎂鋰合金的組織和性能3.6.1 Mg-5Li-3Al-2Zn-xRE(LAZ532)合金3.6.2 Mg-8Li-1Al-xY(LA81-xY)和Mg-8Li-3Al-xY(LA83-xY)合金3.6.3 Mg-8.5Li-xCe合金3.6.4 Mg-5.6Li-3.37Al-1.14Ce合金3.6.5 Mg-5.5Li-3.0Al-1.2Zn-1.0Ce合金3.6.6 Mg-16Li-5Al-xCe合金3.6.7 Mg-5Li-3Al-2Zn-xSn合金3.6.8 LA141-xNd合金3.6.9 Mg-6Li-3Al-xCa合金3.6.10 Mg-5Li-3Al-2Zn-xAg合金3.6.11 Mg-5Li-3Al-2Zn-xCu合金3.6.12 擠壓態(tài)Mg-8Li合金的超塑性3.7 鎂鋰合金的應(yīng)用3.7.1 鎂鋰合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用3.7.2 鎂鋰合金在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用3.7.3 鎂鋰合金在民用領(lǐng)域的應(yīng)用參考文獻(xiàn)第4章 超塑性鎂合金4.1 超塑性的發(fā)展概況4.2 超塑性變形的特點(diǎn)與機(jī)理4.2.1 超塑性現(xiàn)象的分類及特點(diǎn)4.2.2 鎂合金超塑性變形的機(jī)理及特點(diǎn)4.3 超塑性鎂合金的制備工藝4.3.1 大擠壓比熱擠壓和反復(fù)軋制4.3.2 等徑角擠壓4.3.3 快速凝固/粉末冶金技術(shù)4.4 鎂合金的超塑性加工方式4.4.1 鎂合金的超塑性氣脹成形4.4.2 一階段超塑性拉伸及兩階段超塑性拉伸4.4.3 超塑性壓縮4.4.4 超塑性擴(kuò)散連接4.5 超塑性鎂合金的發(fā)展趨勢4.5.1 高應(yīng)變速率超塑性鎂合金4.5.2 低溫超塑性鎂合金4.5.3 大晶粒超塑性鎂合金4.5.4 低成本化、安全化和環(huán)?；瘏⒖嘉墨I(xiàn)第5章 鎂基復(fù)合材料與復(fù)合技術(shù)5.1 鎂基復(fù)合材料的制備方法及其工藝5.1.1 傳統(tǒng)制備方法5.1.2 其他制備方法5.2 鎂基復(fù)合材料的增強(qiáng)相5.2.1 SiC增強(qiáng)體5.2.2 B4C增強(qiáng)體5.2.3 TiC增強(qiáng)體5.2.4 TiB2增強(qiáng)體5.2.5 氧化物顆粒增強(qiáng)體5.2.6 Mg2Si顆粒增強(qiáng)體5.2.7 晶須、纖維增強(qiáng)體5.3 鎂鋰基復(fù)合材料5.3.1 鎂鋰基復(fù)合材料的制備工藝5.3.2 鎂鋰合金增強(qiáng)相的種類和特性5.3.3 提高M(jìn)g-Li基復(fù)合材料性能的途徑5.3.4 Mg-Li基復(fù)合材料制備方法的拓展5.4 鎂基復(fù)合材料存在的問題與展望5.5 鎂基復(fù)合材料的應(yīng)用參考文獻(xiàn)第6章 鎂合金的先進(jìn)加工技術(shù)6.1 壓鑄6.2 擠壓鑄造6.3 鎂合金的半固態(tài)加工6.4 鎂合金的超塑性加工6.5 鎂合金的擠壓變形6.6 鎂合金的軋制技術(shù)6.7 鎂合金的焊接6.7.1 鎂及鎂合金的焊接基礎(chǔ)6.7.2 鎂合金的焊接方法6.7.3 鎂鋰合金的焊接參考文獻(xiàn)第7章 鎂合金的腐蝕與防護(hù)7.1 鎂合金腐蝕的分類7.1.1 自然氧化7.1.2 電化學(xué)腐蝕7.1.3 高溫腐蝕7.2 鎂合金的表面腐蝕膜7.2.1 純鎂的腐蝕表面膜7.2.2 Al元素對鎂合金的腐蝕表面膜的影響7.2.3 Zn元素合金化對腐蝕表面膜的影響7.2.4 Ca元素合金化對腐蝕表面膜的影響7.2.5 稀土元素對鎂合金表面腐蝕膜的影響7.3 鎂合金的應(yīng)力腐蝕7.4 腐蝕環(huán)境對鎂合金腐蝕的影響7.4.1 大氣腐蝕7.4.2 酸雨腐蝕7.4.3 土壤腐蝕7.4.4 含Cl-水溶液腐蝕7.5 鎂合金腐蝕的防護(hù)7.5.1 高純化7.5.2 合金化7.5.3 表面處理7.6 鎂合金的生物腐蝕研究7.6.1 鎂合金的腐蝕機(jī)理7.6.2 腐蝕速率及pH變化7.6.3 植入材料的體內(nèi)腐蝕行為7.6.4 鎂合金體內(nèi)腐蝕與體外腐蝕的差異參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 鎂的特性1.1.1 鎂的物理化學(xué)性質(zhì)金屬鎂外觀呈銀白色，在元素周期表中屬于ⅡA族元素，有24Mg（78.98%倡）、25Mg（10.05%）、26Mg（10.97%）三種同位素。鎂的基本性質(zhì)見表1-1。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方（hcp），單胞內(nèi)沿主要晶面和晶向的原子排布如圖1-1所示。低于225℃時(shí)，鎂的主要滑移系為｛0001｝?1120?，次滑移系為｛1010｝?1120?；高于225℃時(shí)，滑移還可以在｛1011｝?1120?上進(jìn)行。孿晶主要出現(xiàn)在｛1012｝晶面族上，二次孿晶出現(xiàn)在｛3034｝晶面族上。在高溫下，｛1013｝晶面族上也可能出現(xiàn)孿晶。在室溫下，鎂的晶格常數(shù)為a＝0.32092nm，c＝0.52105nm，c/a＝1.6236。由于原子層按ABAB順序堆積，理想鋼球模型的c/a值為1.633。因此，可以認(rèn)為鎂晶格的原子堆積接近理想緊密堆積。在鎂中加入Li、In、Ag等金屬元素能使c/a＜1.618，提高晶格的對稱性，可激活鎂晶格的｛1010｝?1120?等棱柱面滑移系。1.1.2 鎂的力學(xué)性能鑄造狀態(tài)的鎂的力學(xué)性能較低，常溫下其抗拉強(qiáng)度為80～110MPa，伸長率為6%～8%，硬度為30HB，彈性模量為45GPa，泊松系數(shù)為0.33。表1-2～表1-4為鎂在不同狀態(tài)下的力學(xué)性能。1.1.3 鎂的化學(xué)性質(zhì)眾所周知，鎂是化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷慕饘伲脱跫胞u素的結(jié)合能較大，可用做還原劑，置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘佟Ｔ谠V生產(chǎn)、合金熔煉、合金化處理、金屬傳輸及鑄造過程中，鎂極易與氧、氮、水發(fā)生化學(xué)作用。一般來說，鎂是耐堿的，室溫下，鎂與氫氧化鈉等堿性溶液幾乎不發(fā)生反應(yīng)，但加熱時(shí)會發(fā)生反應(yīng)。鎂不耐酸，除氫氟酸、鉻酸、脂肪酸外，其他無機(jī)或有機(jī)酸均能夠迅速與鎂發(fā)生反應(yīng)將鎂溶解。鎂與大多數(shù)有機(jī)化合物是不發(fā)生反應(yīng)的。鎂能與二氧化碳發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此，鎂燃燒時(shí)不能用二氧化碳滅火器滅火。表1-5列舉了鎂及其化合物的熱力學(xué)參數(shù)。在空氣中，鎂的表面容易生成氧化鎂薄膜使表面顏色迅速變暗。氧化鎂具有體心立方結(jié)構(gòu)，其晶格參數(shù)a＝0.4192nm。25℃時(shí)，氧化鎂的結(jié)合能為610.30kJ/（kg?K）。溫度低于450℃時(shí)，氧化鎂薄膜對鎂表面具有保護(hù)作用。溫度高于450℃時(shí)，氧化膜將變得不穩(wěn)定且易被破壞，從而導(dǎo)致鎂的進(jìn)一步氧化，此氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，若氧化放出的熱量不能被及時(shí)轉(zhuǎn)移，鎂將會燃燒。在空氣中，鎂的燃點(diǎn)是623℃，隨著大氣壓的變化，鎂在氧氣中的燃點(diǎn)也會發(fā)生變化。氧化鎂薄膜并不致密，其致密系數(shù)為0.79，這是鎂和鎂合金耐蝕性不及鋁和鋁合金的主要原因，所以一般來說，鎂合金必須經(jīng)過特殊的表面防護(hù)技術(shù)才能保證其永久儲存。1.2 鎂――21世紀(jì)綠色工程材料鎂是地球上儲量最豐富的元素之一，在地殼表層金屬礦的資源含量中居常用金屬的第三位。此外，在鹽湖及海洋中，鎂的含量也十分可觀，可以說“取之不盡、用之不竭”。鎂是工程應(yīng)用中密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度僅相當(dāng)于鋁的2/3，鋼的1/4。同時(shí)鎂合金還具有高比強(qiáng)/剛度、高比模量、高阻尼、電磁屏蔽，優(yōu)異的鑄造、切削加工性能和易回收等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因此，鎂被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”。1.2.1 豐富的鎂資源世界上的鎂資源是“取之不盡，用之不竭”的，從白云石、菱鎂礦里可以取得鎂，從大洋里可以得到鎂，從鹽湖里也可以得到鎂。1.鎂在地殼中的分布廣且極其豐富鎂是自然界中分布最廣的元素之一，約占地殼質(zhì)量的2.35%，僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉和鉀，居第八位，在結(jié)構(gòu)金屬中僅次于鋁和鐵，居第三位。地球上幾乎到處都可以找到鎂的礦物。在已知的1500種礦物中，含鎂礦物大約有200種。鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然界中僅以化合物的形式存在，含鎂礦物大致可分為硅酸鹽、碳酸鹽、氯化物和硫酸鹽四類，多屬于地殼造巖礦物。我國是世界上鎂礦資源最豐富的國家之一，鎂資源占全球總儲量的22.5%，礦石品位超過40%的菱鎂礦儲量占世界的60%以上。2.海水和鹽湖中的鎂取之不盡、用之不竭鎂是海水中的第三富有元素，約占海水質(zhì)量的0.13%。在1m3海水中大約含有1kg鎂，在大洋的海水及一些海灣的海水中，鎂鹽的濃度可達(dá)0.25%～0.55%。海水中鎂總量約為2.3×1015t，如果每年用海水生產(chǎn)100萬t鎂，可以生產(chǎn)23萬年。因此，海水可謂是制備金屬鎂取之不盡、用之不竭的來源。1.2.2 性能和價(jià)格優(yōu)勢1.優(yōu)異的性能（1）比強(qiáng)度、比剛度高。鎂合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼鐵，略低于比強(qiáng)度最高的纖維增強(qiáng)塑料。其比剛度與鋁合金和鋼鐵相當(dāng)，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于纖維增強(qiáng)塑料。因此在相同強(qiáng)度和剛度情況下，用鎂合金做結(jié)構(gòu)件可以減輕零件重量，這點(diǎn)對國防、航空、汽車及便攜式電子器材等行業(yè)均有很重要的意義。（2）減振性能好。鎂合金與鋁合金、鋼、鐵等相比具有較低的彈性模量，在同樣受力條件下，可消耗更大的變形功，具有降噪、減振功能，可承受較大的沖擊振動負(fù)荷。鎂合金具有極好的滯彈吸振能力，其減振性是鋁合金的5～30倍，塑料的20倍，鋼鐵的50～1000倍。在汽車中使用鎂合金可提供舒適安靜的搭乘條件，提高安全保障；也被用于航空航天、國防等尖端領(lǐng)域，如魚雷、戰(zhàn)斗機(jī)和導(dǎo)彈等的減振部位。例如，鎂合金AZ91在35MPa應(yīng)力下的振動衰減系數(shù)為25%，鋁合金A380只有1%；AZ91在100MPa應(yīng)力下的衰減系數(shù)上升為53%，A390只有4%。（3）良好的鑄造性能。鎂與鐵幾乎不發(fā)生反應(yīng)，熔煉時(shí)可用鐵坩堝。熔融鎂對坩堝的侵蝕少，壓鑄時(shí)對壓鑄模的侵蝕少。與鋁合金壓鑄相比，壓鑄模使用壽命可提高2～3倍，通常可維持20萬次以上。鎂合金的比熱容和結(jié)晶潛熱小，流動性好，鎂合金的充型流動速度約為鋁合金的1.25倍，用于壓鑄生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)效率比鋁合金提高40%～50%，且鎂制品壁厚可小于0.6mm，而鋁合金為1.2～1.5mm，塑膠制品在相同強(qiáng)度下是無法達(dá)到的。（4）尺寸穩(wěn)定性高。不需要退火和消除應(yīng)力就具有尺寸穩(wěn)定性是鎂合金的一個(gè)很突出的特性，體積收縮率僅為4%～6%，是鑄造金屬中收縮量最低的一種合金。（5）優(yōu)良的切削加工性能。鎂合金的切削速度大大高于其他金屬，減少切削加工時(shí)間，切削時(shí)對刀具的消耗很低。鎂合金、鋁合金、鑄鐵、低合金鋼切削同樣零件消耗的功率比值為1∶1.8∶3.5∶6.3。鎂合金機(jī)加工多在干態(tài)下進(jìn)行，不用切削液便可改善零件表面加工質(zhì)量、減少摩擦力和提高刀具壽命，不需磨削和拋光便能獲得平滑光潔的表面。（6）良好的磁屏蔽性。鎂合金具有優(yōu)于鋁合金的磁屏蔽性能，能更好地阻隔電磁波，適合制作發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品的殼、罩，尤其是緊靠人體的手機(jī)。而采用塑料制造電子器件時(shí)，為了提高其電磁屏蔽能力，一般在表面噴涂導(dǎo)電漆、表面鍍層、金屬噴涂，在塑料內(nèi)部添加導(dǎo)電材料、輔助金屬箔或金屬板等，但這會增加生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和價(jià)格，且電磁屏蔽效果仍然很有限。（7）高散熱性。鎂合金的導(dǎo)熱能力是工程塑料ABS的350～400倍，適用于元件密集的電子產(chǎn)品。鎂合金的散熱性能不但比塑料好得多，與鋁合金比也略勝一籌。例如，在20℃時(shí)鎂合金AZ91的密度、比熱容和導(dǎo)熱率分別為1.81g/cm3、1050J/（kg?K）、72W/（m?K）；鋁合金A380的密度、比熱容和導(dǎo)熱率分別為2.74g/cm3、963J/（kg?K）、96W/（m?K）。因此，計(jì)算的鎂合金、鋁合金的熱擴(kuò)散系數(shù)α分別為3.79×10-5m2/s、3.64×10-5m2/s，體積比熱容分別為1.90J/（cm3?K）、2.64J/（cm3?K），而工程塑料ABS和聚碳酸酯的熱擴(kuò)散系數(shù)幾乎為零?？梢姡谙嗤w積下，鎂合金件的蓄熱能力遠(yuǎn)比鋁合金件低，但二者的散熱能力相差無幾。由于鎂合金壓鑄成型性比鋁合金的成型性好，鎂合金壓鑄件可以比鋁合金壓鑄件的壁厚做得更薄、形狀更復(fù)雜，考慮到這些尺寸因素對散熱性的影響，鎂合金壓鑄件加熱與散熱往往比鋁合金壓鑄件快，工程塑料ABS更是無法與之相比。（8）再生性。廢舊鎂合金鑄件可再熔化，并作為AZ91、AM50或AM60的二次材料可再鑄造。鎂合金的熔化潛熱比鋁合金低，熔煉消耗的能量低。更為重要的是，鎂合金中的雜質(zhì)可以通過相對簡單的冶金法清除，這種方法符合環(huán)保要求，使鎂合金比許多塑膠材料更具有吸引力。2.廉價(jià)的原鎂20世紀(jì)90年代以前，由于鎂的價(jià)格波動太大，鎂產(chǎn)品的最終使用商不敢涉及與鎂相關(guān)的產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代以后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，原料和能源成本迅速降低，原鎂的成本也快速下降，價(jià)格也不斷降低，全球鎂的用量急劇攀升。近幾年鎂的價(jià)格已經(jīng)比鋁低，甚至比工程塑料ABS低，且原鎂的成本仍然有下降的空間，這為鎂的應(yīng)用提供了很大的潛在替代市場。表1-6為2006年中國市場原鎂、原鋁和工程塑料ABS的價(jià)格對比。1.2.3 減重節(jié)能效應(yīng)鎂合金以其質(zhì)輕及其他一系列優(yōu)點(diǎn)在同其他結(jié)構(gòu)材料（鋁合金、工程塑料等）的競爭中逐漸占據(jù)明顯優(yōu)勢，已成為近年來新材料研究、開發(fā)與應(yīng)用的熱點(diǎn)。這主要表現(xiàn)在下列兩個(gè)方面：一方面，在國防軍事領(lǐng)域，使用鎂合金不僅可以提高飛行器的機(jī)動性能，還可以降低航天器（火箭、飛船等）的發(fā)射成本，因此，鎂合金非常適用于制造飛機(jī)、導(dǎo)彈、飛船、衛(wèi)星、輕武器等重要武器裝備的零件。西方國家（尤其是美國）以超常規(guī)的速度和投入力度加快鎂合金在航空和航天領(lǐng)域中的應(yīng)用步伐，并使其在飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而我國在這方面起步較晚，應(yīng)用也較欠缺；另一方面，進(jìn)入21世紀(jì)以來，降低能耗……

編輯推薦

《先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù)》作者巫瑞智、張景懷、尹冬松近年來工作在鎂合金研究第一線，在高性能鎂合金制備與加工技術(shù)方面開展了一些研究，并取得一些研究成果，內(nèi)容涉及高強(qiáng)耐熱鎂合金、超輕鎂鋰合金、鎂基復(fù)合材料、生物醫(yī)用鎂合金及鎂合金的先進(jìn)成形技術(shù)等諸多目前鎂合金研究的熱點(diǎn)。本書即是在這些工作基礎(chǔ)上對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行的總結(jié)，同時(shí)參考國內(nèi)外近年來的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，內(nèi)容主要涉及當(dāng)前鎂合金的研究前沿領(lǐng)域，著重介紹鎂合金的先進(jìn)成形技術(shù)、高強(qiáng)耐熱鎂合金、超輕鎂鋰合金、超塑性鎂合金、鎂基復(fù)合材料、鎂合金的腐蝕防護(hù)及生物醫(yī)用腐蝕研究。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    先進(jìn)鎂合金制備與加工技術(shù) PDF格式下載

---