鎂合金材料添加各種金屬元素對(duì)鎂合金有什么影響

鋁是鎂合金材料中最常用的合金元素。鋁與鎂能形成有限固溶體，在共晶溫度(437℃）下的飽和溶解度為12.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。在提高合金強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，也能拓寬凝固區(qū)，改善鑄造性能，有形成顯微疏松的傾向。由于溶解度隨溫度下降而顯著減小，所以鎂鋁合金可以進(jìn)行熱處理。

含鋁量過(guò)高時(shí)，合金的應(yīng)力腐蝕傾向加劇，脆性提高。市售鎂合金材料的鋁含量通常低于10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。鋁含量為6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，合金的強(qiáng)度和延展性匹配得最好。少量的鈣能夠改善鎂合金材料的冶金質(zhì)量，許多生產(chǎn)廠家利用這一點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鎂合金材料的冶金質(zhì)量控制。添加鈣的目的主要有兩點(diǎn)：其一是在鑄造合金澆注前加入來(lái)減輕金屬熔體和鑄件熱處理過(guò)程中的氧化；其二是細(xì)化合金晶粒，提高合金蠕變抗力，提高薄板的可軋制性。鈣的添加量應(yīng)控制在0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下，否則薄板在焊接過(guò)程中容易開裂。鈣還可以降低鎂合金材料的微電池效應(yīng)。

Mn的主要作用是提高鎂合金材料的耐蝕性能，以Mn為主要合金化元素的Mg-Mn合金具有良好的耐蝕性能。在其他鑄造鎂合金材料或變形鎂合金材料中，往往加入少量的Mn，與嚴(yán)重?fù)p害鎂合金材料耐蝕性能的雜質(zhì)Fe形成高熔點(diǎn)化合物而沉淀出來(lái)，減小Fe的有害影響，提高合金的耐蝕性能。例如，錳通過(guò)除去鐵及其它重金屬元素，避免生成有害的金屬間化合物來(lái)提高M(jìn)g-Al合金和Mg-Al-Zn合金的抗海水腐蝕能力。

鎂合金材料中添加的稀土元素分兩類，一類為含鈰的混合稀土，另一類為不含鈰的混合稀土。含鈰的混合稀土是一種天然的稀土混合物，由鑭、釹和鈰組成，其中鈰含量為50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；不含鈰的混合稀土為85%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）釹和15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）錯(cuò)的混合物。

稀土元素原子擴(kuò)散能力差，既可以提高鎂合金材料再結(jié)晶溫度和減緩再結(jié)晶過(guò)程，又可以析出非常穩(wěn)定的彌散相粒子，從而能大幅度提高鎂合金材料的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力。有研究表明，Gd、Dy和Y等通過(guò)影響沉淀析出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和沉淀相的體積分?jǐn)?shù)來(lái)影響鎂合金材料的性能，Mg-Nd-Gd合金時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度高于相應(yīng)的Mg-Nd-Y和Mg-Nd-Dy合金。

鎂合金材料中添加兩種或兩種以上稀土元素時(shí)，由于稀土元素間的相互作用，能降低彼此在鎂中的固溶度，并相互影響其過(guò)飽和固溶體的沉淀析出動(dòng)力學(xué)，后者能產(chǎn)生附加的強(qiáng)化作用。