浸鋅基于浸鋅已發(fā)明了許多前處理工藝，主要有Dow工藝、Norsk2Hydro工藝及WCM工藝。各種方法的處理過程大致如下：Dow工藝：除油陽極清洗酸蝕酸活化浸鋅鍍銅Norsk2Hydro工藝：除油酸蝕堿處理浸鋅鍍銅WCM工藝：除油酸蝕氟化物活化浸鋅鍍銅Dow工藝發(fā)展早，但得到的浸鋅層不均勻、結(jié)合力差。改進的Dow工藝在酸活化后加入了堿活化步驟，在AZ31、AZ91鎂合金上得到的Ni2Au合金鍍層結(jié)合力良好，前處理時間也明顯縮短。Norsk2Hydro工藝同Dow工藝相比，在結(jié)合力、耐蝕性、裝飾性方面都有所提高，AZ61鎂合金經(jīng)此前處理后得到的Cu/Ni/Cr多層鍍層達到了室外應(yīng)用的標準。Dennis等人的研究表明，經(jīng)Dow工藝和Norsk2Hydro工藝處理得到的浸鋅層多孔，熱循環(huán)性能不好。
Mg-Zr二元相圖的鎂端存在包晶型反應(yīng),在此反應(yīng)溫度下,鋯在鎂中的固溶度為0.58%。包晶反應(yīng):L+α-Zr→α-Mg。α-Mg為鋯在鎂中的固溶體,鋯的熔點很高,1852℃,不與鎂形成化合物,鋯在熔融鎂中的熔解度很小,在包晶反應(yīng)溫度654℃時也只能熔解0.6%。這一特點給含鋯的鎂合金的熔煉帶來很大困難,容易出現(xiàn)成分偏析。在鑄造鎂-鋯合金及鎂-鋅-鋯合金組織中可觀察到明顯的枝晶偏區(qū),區(qū)中心鋯的濃度很高,甚致是純α-Zr質(zhì)點,由中心向外鋯的濃度逐漸下降。
鑄造時冷卻速度越快,晶粒核心中鋯的濃度越高,與周圍固溶體中鋯的濃度差越大,這種晶內(nèi)枝晶偏析可以通過錠的均勻化處理消除。鋯在鎂熔體中的溶解度很小,鎂合金熔體凝固時,Zr以α-Zr質(zhì)點形式析出,α-Zr與Mg均屬于密集六方晶格,而且晶格常數(shù)相當接近,于是熔體中的α-Zr成為良好的結(jié)晶核心,從而可獲得晶粒細小均勻的組織。鋯還能減緩合金的擴散速度,阻礙晶粒長大,含0.6%Zr~0.8%Zr鎂合金具有小的晶粒和高的力學性能,另外,Zr還能提高鎂合金的抗腐蝕性能與高溫力學性能。二元鎂-鋯合金鑄件的強度較低,中國標準沒有納入此類合金,只有美國ASTM標準中有一種含0.7%Zr的二元鎂-鋯合金KIA-F,用于鑄造砂型及型鑄件,它有的阻尼性能。
由于二元鎂-鋯合金的性能不能滿足工業(yè)應(yīng)用要求,而鋯又是鎂的一種極有效的晶粒細化劑,因此它成為其他鎂合金的一種難得的輔助合金化元素,形成一類很有實用價值的含鋯的鎂合金如Mg-Zn-Zr系合金與Mg-RE-Zr系合金。Mg-Zn系合金幾乎個個都含有0.3%Zr~1.0%Zr,Mg-Re、Mg-Th、Mg-Ag系合金都含有這么多的鋯。
鎂-鋅系合金的晶粒易長大,而鋯具有細化晶粒與抑制晶粒長大功效,是鑄態(tài)Mg-Zn合金極為有效的晶粒細化元素,于是Mg-Zn-Zr系合金應(yīng)運而生,形成ZK系列鎂合金。Mg-Zn-Zr系合金可以熱處理強化,Zn是主要合金化元素,隨著Zn含量的增加,合金的凝固溫度區(qū)間變寬,熱裂傾向增大,可焊性能變差,不可用于鑄造形狀復雜的鑄件與制造焊接結(jié)構(gòu)。
在GB/T19078-2003中,鑄造鎂-鋅-鋯合金有ZK51A、ZK61A合金,變形鎂合金有ZK61M、ZK61S。按ASTM在關(guān)標準,Mg-Zn-Zr系合金主要有ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A、ZK51A和ZK61合金。
向Mg-Zn-Zr系合金添加稀土元素,合金在凝固過程中可在晶界形成含稀土的化合物,提高合金的鑄造性能,改善鑄件組織,但是它們很穩(wěn)定,在固溶處理時不易溶解,雖對鑄件力學性能元明顯影響,卻使其略有下降,在氫氣氛中固溶處理后可使性能恢復,因為固溶處理時,氫可擴散到鎂固溶體中,與化合物中的稀土元素反應(yīng)生成彌散的稀土氫化物質(zhì)點,化合物中的鋅被釋放出來,重新溶于α-Mg基體中,強化合金。
通常按三種方式對鎂合金分類：合金化學成分，半成品加工成形工藝，是否含鋯或鋁。
按化學成分就是按其主要合金化元素分類：Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-Si、Mg-RE、Mg-Zr、Mg-Th、Mg-Ag與Mg-Li等二元系合金，以及Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn、Mg-Mn-Ce、Mg-RE-Zr、Mg-Zn-Zr等三元系合金，Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Al-Mn-Zn、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Zn-Zr-Ag、Mg-Al-Mn-Zn等四元合金及更復雜的多元合金，如Mg-Ag-Th-RE-Zr等五元合金，等等。
常規(guī)鎂合金的品種雖遠不如鋁合金的多，也不如銅合金那么豐富多彩，但新的合金系不斷涌現(xiàn)，性能的鎂合金顯露頭角，一些含新合金元素的鎂合金成為研究熱點。
向現(xiàn)有的鎂合金添量合金化元素如表面活性元素鈣、鍶、鋇、銻、錫、鉛、鉍等，對合金成分進行重新設(shè)計，以獲得有良好綜合性能的或有某種特殊性能的新型鎂合金；含（釷（Th）的新型航天鎂合金已獲得實際應(yīng)用，如Mg-Th-Zr、Mg-Th-Zn-Zr和Mg-Ag-Th-RE-Zr合金以用于制造火箭和飛船的一些零件，取得了好的效果。不過Th是一種放射性元素，對人體健康與環(huán)境都有危害，被限制使用，有些國家如英國將含Th量大于2%的合金列為放射性材料有關(guān)管理條例與規(guī)定，這不但很麻煩，而且加大了零件的制造難度與生產(chǎn)成本。稀土元素可賦于鎂合金一系列的性能，有望成為可以替代釷的理想的鎂的合金化元素?？磥?，Mg-RE合金有著燦爛的應(yīng)用前程。
按成形工藝可將鎂合金分為：鑄造的和變形的兩大類，前者占鎂消費量的85%以上，因為鎂合金的加工成形性能差，生產(chǎn)工藝復雜，加工成本高，在很大程度上限制了它的廣泛應(yīng)用。這兩類合金在成分與冶金組織性能方面有很大差異，鑄造鎂合金主要用于壓鑄交通運輸裝備、機器、電氣電子產(chǎn)品等零配件，壓鑄鎂合金工件具有鑄造、表面品質(zhì)優(yōu)良、鑄造組織、晶粒細小均勻、可產(chǎn)壁厚薄和形狀復雜的工件。鋁有相當高的強化效果，含鋁的鎂合金有良好的鑄造性能，但鋁的含量不得低于3%；鋅也是鎂合金的強化性合金元素，但合金中的含量2%則有較強的熱裂傾向；Mn可與Al、Fe形成AlFeMn化合物，它的密度比鎂合金熔體的大，會沉于爐底部，混入渣中，有害雜質(zhì)Fe得以清除，Mn還能細化組織；稀土元素對鎂合金的鑄造性能入一些其他性能都有益。
Ni、Fe、Cu降低鎂合金的抗蝕性，是極為有害的雜質(zhì)，應(yīng)嚴格控制其含量。為推廣鎂合在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，宜加強對變形鎂合金的研究，但由于鎂為密集六方晶格，塑性變形能力比鋁及鋁合金的低得多，幾乎不可能獲得既有高的室溫強度又有加工成形性能良好的鎂合金，因此，早期的變形鎂合金設(shè)計時要求其組織中不含或盡量少含金屬間化合物，以使鎂合金保持良好的塑性與高的力學性能，合金強度性能的提高主要靠合金元素的固溶強化和塑性變形引起的加工硬化。過去使用的含1.5%Mn的鎂合金就是這樣的合金。
目前，變形鎂合金使用的主要合金化元素有鋁、錳、稀土、釔、鋯、鋅，它們一方面可以提高鎂合金的強度性能，另方面可改善鎂合金的熱變形能力，從而可以進行鍛壓和擠壓，AZ31B、C、E合金廣泛用于擠壓生產(chǎn)，具有高的強度性能與良好的塑性，它們屬Mg-Al-Mn-Zn系合金，合金元素含量相等，但雜質(zhì)含量則有別。AZ31系列合金在軋制板、帶材時的裂邊傾向隨鋁含量的增大而上升，因此，AZ61合金幾乎不同于軋制板、帶材。
鋁、鋯是鎂合金主要的合金化元素，因此可根據(jù)其是否含鋁、鋯將其劃分為含鋁的或含鋯的鎂合金，以及不含鋁或不含鋯的鎂合金。鋯是鎂合金的很有價值的合金化元素，具有的細化晶粒作用，然而不盡如人意的是，它可與Mn、Al形成穩(wěn)定的密度較大的金屬間化合物，沉于坩堝或爐底部，削弱或甚至消除了應(yīng)起的作用，為此除MBI5合金含鋯外，其他的變形鎂合金都不含鋯，鑄造鎂合金ZM5、ZM10也不含鋯。
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