在三種工藝中,WCM工藝獲得的浸鋅層均勻,且耐蝕性、結(jié)合力、裝飾性等方面效果均好,是一種較成功的前處理方法。然而三種方法的共同缺點為:當(dāng)鎂合金中鋁含量過高時,沉積層質(zhì)量不好,且鎂合金表面鎂含量較豐富的區(qū)域會溶解,限制了它們的應(yīng)用。
浸鋅過程需控制,以確保膜層具有足夠的結(jié)合力,否則會在基體金屬的金屬間相上形成海綿狀、結(jié)合力差的非均勻?qū)印>o接著進(jìn)行的預(yù)鍍銅過程也有許多缺點,這是一個電鍍過程,對于形狀復(fù)雜的鍍件電流密度分布不均勻,尤其在孔洞及深凹處難于形成均勻的鍍層,在低電流密度區(qū),銅的沉積速度較慢,這樣鋅會置換鍍液中的陽離子,進(jìn)而會暴露基體,鎂更容易置換,通過置換反應(yīng)直接在鎂合金表面形成的銅層結(jié)合力差、多孔、易于腐蝕。其次,鍍液中含有劇毒的氰化物,產(chǎn)生的廢液處理費用較高。
鎂合號是怎樣編制的,從而對它有一個初步的了解,也就是說對鎂合金有一個粗略的認(rèn)識。由于鎂合金類型不同,用途各異,其牌號也不同。鎂合號的表示方法有多種,當(dāng)下國際上尚無統(tǒng)一的表達(dá)方式,但都習(xí)慣于采用美國材料試驗學(xué)會(ASTM)的系統(tǒng)。
中國鎂及鎂合號與狀態(tài)名系統(tǒng)
根據(jù)中國國際GB/T5153-2003,
變形鎂及鎂合號的命名規(guī)則為:
純鎂牌號以Mg加數(shù)字的形式表示,數(shù)字表示鎂含量的低質(zhì)量分?jǐn)?shù),如Mg99.95為鎂含量≥99.95%的純鎂。
鎂合金的牌號以英文大寫字母加數(shù)字再加大寫英文字母的形式表示,前面的英文字母是其主要的合金元素代號(見下表),其后的數(shù)字表示主要合金元素的平均含量。后的英文字母為標(biāo)識代號,用以識別各具體合金元素相異或其含量有微小差別的不同合金。
中國鎂合號由兩個漢語拼音字母和其后的阿拉伯?dāng)?shù)字組成,字母M代表鎂(mei)合金,B表示變(bian)形,Y表示壓(ya)鑄,Z表示鑄(zhu)造。例如ZMI為一號鑄鎂合金,MB2為二號變形鎂合金,YM5為五號壓鑄鎂合金。
按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19078-2003(鑄造鎂合金錠)的產(chǎn)品牌號以英文字母加數(shù)字再加英文字母的形式表示,AZ91D表示一種Al的平均含量為9%,Zn的含量小于1%的鎂-鋁-鋅系鑄造鎂合金;AM20A是一種Al的平均含量為2%,Mn的含量小于1%的鎂-鋁-錳系鑄造鎂合金。后字母D表示第四種AZ91合金。
所謂標(biāo)識代號實際表示該合金成型的先后次序,“A”表示先面世的種合金,或是先登記的此種合金。在ASTM鎂合金命名系統(tǒng)中還包括表示材料和鑄件狀態(tài)的代碼。狀態(tài)代號由字母和其后的數(shù)字組成,如AZ91C-F表示鑄造狀態(tài)的鎂-鋁-鋅系A(chǔ)Z91C合金,鎂合金的狀態(tài)代號見下面,是ASTM制訂的,全世界通用。
稀土元素RE 稀土元素是指對周期表ⅢB族中的鈧、釔、鑭系等17個元素的總稱,常用R或RE表示。它們 名稱及化學(xué)符號為:鈧Sc、釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tu、鐿Yb、镥Lu。通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀土,釓鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔稱為重稀土或釔稀土。
稀土這個名字的由來也有一個小故事,是一個歷史遺留的名稱,它們在18世紀(jì)末葉開始被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時化學(xué)界通常把不溶于水的固體氧化物稱作土,例如把氧化鋁叫鋁土,把含氧化鋁的礦物叫鋁土礦,氧化鎂叫苦土。稀土是以氧化狀態(tài)分離同來,又稱稀罕,因而得名稀土。
稀土是一類很重要的合金化元素,研發(fā)稀土高溫鎂合金是當(dāng)前鎂業(yè)界的熱門課題,成為冶金科學(xué)家與化學(xué)界的熱點研究。稀土元素在鎂中的固溶度和時效強化效果隨著它們原子序數(shù)的上升而增加,因此稀土元素對鎂的力性能的影響大體上是按鑭、鈰、富鈰混合稀土、鐠、釹的順序遞升。加入鎂合金中的混合稀土元素分為兩類:含鈰為主的混合稀土,另一類為不含鈰的混合稀土,前者是一種天然的稀土混合物,由鑭、釹和鈰組成,其中鈰含量往往大于50%,后者鐠與釹的含量約為85%。
稀土元素在鎂中的擴散能力差,既可以提高鎂合金的再結(jié)晶溫度又可以延緩再結(jié)晶過程,還可以形成極為穩(wěn)定的彌散均勻分布的化合物相質(zhì)點,從而能大幅度提高鎂合金的高溫強度性能和蠕變抗力。鎂合金中的稀土元素為兩個或多于兩個時,能降低彼此在鎂中的固溶度,并相互影響其過飽和固溶體的沉淀杵出動力學(xué),有附加強化作用。此外,稀土元素可使鎂合金的凝固溫度區(qū)間縮小,并且能降低焊縫開裂敏感性和提高鑄件致密性。
錫Sn 與鋁一起向鎂合金中添加錫是有益的。錫能提高鎂合金的塑性,降低熱加工時的開裂傾向,對鍛造極為有利。
硅Si 硅是工業(yè)鎂合金中的一種雜質(zhì),通常變形鎂合金的含量應(yīng)≤0.15%,鑄造鎂合金中的應(yīng)≤0.30%,不過也有個別鑄造鎂合金把硅作為合金元素,如俄羅斯的MЛ1含1.0%Si~1.5%Si。硅加入鎂合金可提高熔體的流動性,若同時含有鐵,會降低鎂合金的抗蝕性。硅可與鎂形成高熔點(1085℃)、低密度(1.9g/cm3)、高強性模量(120GN/mm2)和低熱膨脹系數(shù)(7.5×10-6/℃的化合物Mg2Si,是一種有效的強化相。若與稀土一同添加,可以形成穩(wěn)定的化合物,對改善鎂合金的高溫強度和蠕變性能有利,卻會降低合金的抗蝕性。
釷Th 向鎂合金添加釷可以提高其在370℃以上的蠕變強度。常規(guī)鎂合金可以含2%~3%釷,它能提高鎂合金的可焊性能,也是提高鎂合金高溫強度和需變性能的有效元素,不過它是一種放射性元素,使用時應(yīng)加強防護。
釔Y 釔也是一種稀土元素,雖然常規(guī)鎂合金不含釔,但現(xiàn)在制成了幾種有商業(yè)價值的含釔高的鎂合金WE54、WE43,故單列聊聊,這兩種鎂合金含4%~5%Y,它們在250℃以上有良好的高溫性能。二元Mg-Y合金的塑性由高向脆轉(zhuǎn)變,含8%Y的合金就脆得元實用價值。Y不但價格高,而且不易熔于鎂熔體中,蘇聯(lián)在研發(fā)Mg-Y合金領(lǐng)域居世界前列。
鋅Zn 鋅是鎂合金的重要合金化元素之一,是除鋁以外的第二大合金化元素,常用的鎂合金幾站都含鋅,大大含量為6%,鋅在鎂中的大固溶度為6.2%,有固溶強化與時效強化作用。若鎂合金的鋁含量為7%~10%,同時鋅含量大于1%,則其熱脆性明顯上升。鋅也可以與鋯、稀土或釷形成化合物,使鎂合金有相當(dāng)強的沉淀強化作用。含鋅量高的鎂合金的凝固溫度間隔甚寬,熔體流動性差,鑄造性能明顯變環(huán)。此外,鋅能中和鐵、鎳所引起的腐蝕作用。
鋯Zr 大多數(shù)鑄造鎂合金都含鋯,鋯的大含量為1.0%,鋯不能添加到Mg-Al-Zn合金中,因為它可以與鋁、鋅形成穩(wěn)定的化合物從固溶體中析出,不能細(xì)化晶粒,只有固溶的那小部分鋯有細(xì)化晶粒作用。鋯在鎂中的固溶度甚低,在包晶溫度時僅0.58%,有很強的晶粒細(xì)化作用,因α-Zr的晶格常數(shù)(a=0.323mn、C=0.514nm)與鎂的(a=0.321nm、C=0.521nm)非常接近,凝固時先形成的富鋯質(zhì)點是鎂的晶核,細(xì)化晶粒,因此鋯可以作為含鋅、稀土、釷或這些元素的合金中,充當(dāng)晶粒細(xì)化劑。當(dāng)今,鋯細(xì)化鎂合金的機理尚無統(tǒng)一的看法,普遍認(rèn)為鋯可以作為鎂合金的異質(zhì)晶核。鋯能有效地抑制鎂合金的晶粒長大,因而含鋯的鎂合金在退火或熱加工后保持著細(xì)小的晶粒與高的力學(xué)性能。此外,鋯也能與鎂合金熔體中的鐵、硅、碳、氧和氫形成穩(wěn)定的化合物。
8年