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鎂合金應用于汽車發動機的優性分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2015-01-19
核心提示:鎂合金是最輕的金屬結構材料, 其密度為1.75g/cm3~1.90g/cm3,比鋁合金約輕36% ,比鋅合金約輕73%。鎂合金的強度和彈性模量較低, 但它有高的比強度和比剛度,在相同重量的構件中,選用鎂合金可使構件獲得更高的剛度。
    鎂合金材料給汽車發動機帶來的好處   
鎂合金是最輕的金屬結構材料, 其密度為1.75g/cm3~1.90g/cm3,比鋁合金約輕36% ,比鋅合金約輕73%。鎂合金的強度和彈性模量較低, 但它有高的比強度和比剛度,在相同重量的構件中,選用鎂合金可使構件獲得更高的剛度。

  鎂合金有很高的阻尼容量和良好的消震性能,它可承受較大的沖擊震動負荷,適用于制造承受沖擊載荷和振動的零部件。

  鎂合金具有優良的切削加工性和拋光性能,在熱態下易于加工成型。

  鎂合金鑄件的抗拉強度與鋁合金鑄件相當,一般可達250MPa,最高可達600多MPa。屈服強度、延伸率與鋁合金相比也相差不大。

  鎂合金還具有良好的耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、防輻射性能,可進行高精度機械加工。

  鎂合金具有良好的壓鑄成型性能,壓鑄件比厚最小可達0.5mm ,適合制造汽車各類壓鑄件。

  鎂合金汽車發動機帶給汽車的好處是顯而易見的。一是它的質量輕, 換用鎂合金能減輕整車重量,也就間接減少了燃油消耗量。二是它的比強度高于鋁合金和鋼,比剛度接近鋁合金和鋼,能夠承受一定的負荷。三是它具有良好的鑄造性和尺寸穩定性,易加工,廢品率低,從而降低生產成本。四是它具有良好的阻尼系數,減振量大于鋁合金和鑄鐵,用于殼體可以降低噪聲,用于座椅、輪圈可以減少振動,提高汽車的安全性和舒適性。


鎂合金材料的耐蝕性分析

  1、大氣腐蝕

  鎂在大氣中腐蝕的陰極過程是氧的去極化,其耐蝕性主要取決于大氣的濕度及污染程度。一般地,潮濕的環境對鎂合金的腐蝕,只有當同時存在腐蝕性顆粒的附著時才發生作用。如果大氣清潔,即使濕度達到100%,鎂合金表面只有一些分散的腐蝕點。但是當大氣污濁,有腐蝕性顆粒在鎂合金表面構成陰極時,表面則迅速生成灰色的腐蝕產物。大氣中含有硫化物和氯化物將加速鎂的腐蝕,大氣中SO2含量達100mg/m3時,腐蝕速率增加,生成可溶性的硫酸鹽,因此鎂在工業大氣和海洋大氣中是不耐蝕的。在干燥的清潔空氣中,由于表面膜的保護作用而基本穩定。

  2、在各種介質中的腐蝕

  鎂及其合金在大多數有機酸、無機酸和中性介質中均不耐腐蝕,甚至在蒸餾水中,去除了表面膜的鎂合金也會因為發生腐蝕而析氫。但在鉻酸中由于鎂表面鈍化而較為穩定。在含有Cl-及SO42-的溶液中腐蝕速率較大,而在含有SiO23-、CrO42-、Cr2O42-、PO43-、F-等離子的溶液中,由于可能形成保護性的表面膜而腐蝕速率較小。鎂在堿中耐蝕性好,由于Mg(OH)2沉淀膜的存在,對基體具有很好的保護作用。

  3、電偶腐蝕與全面腐蝕

  鎂合金由于電極電位較絕大多數金屬低,當鎂及其合金與其它金屬接觸時,一般作為陽極發生電偶腐蝕。陰極可以是與鎂直接有外部接觸的異種金屬,也可以是鎂合金內部的第二相或雜質相。對于氫過電位較低的金屬如Fe、Ni、Cu等,作為雜質在合金內部與鎂構成腐蝕微電池,導致鎂合金發生嚴重的電偶腐蝕。而那些具有較高氫過電位的金屬,如Al、Zn、Cd等,對鎂合金的腐蝕作用相對較小。鎂合金基體與內部第二相形成的電偶腐蝕在宏觀上表現為全面腐蝕。

  4、應力腐蝕破裂與氫脆

  Mg-Mn合金和Mg-Zn-Zr合金對應力腐蝕破裂(SCC)不敏感。而Mg-Al-Zn合金具有應力腐蝕開裂的傾向。鎂的SCC主要有穿晶型的,也有間型的。Mg-Al-Zn合金沿晶界生成Mg17Al12沉淀,其SCC是晶間型的,并且由于MgH的形成而導致氫脆。在pH值大于10.2的堿性介質中,鎂合金非常耐SCC。而在含有Cl-的中性溶液中甚至在蒸餾水中,鎂合金對SCC極其敏感。而鎂合金在氟化物和含氟的溶液中耐SCC。


鎂合金的表面防腐蝕處理

  鎂合金若要用于大規模工業生產,采用保護膜和涂層處理,是最為簡單經濟的方法。

  目前用于鎂合金表面處理的方法大致可以分為三類,即:化學處理、陽極氧化和金屬鍍層,三者均可以與有機涂層配合使用。

  1、化學處理

  通過化學處理可以在基體表面形成由氧化物或金屬鹽構成的鈍化膜。這層膜與基體具有良好的結合力,阻止腐蝕介質對基體的侵蝕。加入稀土元素也可以形成保護膜。轉化膜在pH值為8. 5的緩沖溶液中可以顯著降低鎂的溶解速率。而在pH為8. 5的侵蝕性溶液中浸泡60 min 后,膜的保護性能變差。鎂合金在錳鹽和磷酸鹽組成的體系中,在對鎂有緩蝕作用的添加劑存在的件下,可以形成保護性好、硬度和厚度均超過鉻酸鹽膜的轉化膜。該轉化膜在5% NaCl溶液中侵蝕后,具有自愈合能。

  2、陽極氧化

  鎂合金的陽極氧化處理較化學處理可以大幅度提高耐蝕能力。陽極氧化膜可以作為涂裝底層,以增進涂層與合金基體的結合力。SEM觀察表明,氧化膜多孔且孔的形狀不規則,這些孔如果不封閉,在腐蝕環境中很快擴大。因此鎂合金的陽極氧化多集中在降低氧化膜的孔隙率。將鎂合金置于電解質水溶液,在高電壓下,使材料表面膜微孔中產生火花放電斑點。在熱化學、等離子體化學和電化學共同作用下,生成陶瓷膜層。這種膜的孔隙率大大降低,較普通陽極氧化耐蝕性及耐磨性有較大提高。

  3、金屬鍍層

 

  鎂合金經酸洗活化后,在鎂基體上能夠直接沉積得到化學鍍鎳層。但是由于鎂的化學活潑性,過程中大量析氫,鍍層與基體結合力差。在中間加入浸鋅工藝,所得鍍層與基體結合力好,亮度高。不經浸鋅,在鎂上直接化學鍍鎳的工藝。使用氟化物為活化劑,經過化學鍍鎳、鈍化及熱處理,鍍層具有良好的力學性能、耐蝕性、可焊性及對環境的穩定性,而且使器件的小孔內部也能夠被鍍層所覆蓋。

總結
通過以上分析,我們可以看出,鎂合金由于較差的耐蝕性而限制了它的應用。解決鎂合金的腐蝕防護問題,可以從控制雜質含量,制備高純合金,發展新的耐蝕合金離子注入及激光表面改性等幾方面入手,使鎂合金優越的材料性能可以得到更廣泛的應用。

 

 

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