鎂鋁合金

鎂(magnesium)是最輕的結構金屬。幾種常用結構金屬的密度（g·cm-3）(20o)如下：AL Mg Ti Fe Cu2.70 1.74 4.51 7.87 8.96可見鎂的密度約分為Al,Ti,Fe,Cu的64%，39%，22%，19%。

由於鎂的密度小，它的合金也以質輕著稱。例如，20℃時的彈性模量為45Gpa，比鋁(70Gpa)和Ti(120Gpa)的低，但三者的比彈性模量相同(～26Gpa)。鎂和鎂合金質量小的特點，使其在交通運輸、航空工業和航天工業上具有巨大的應用前景。

鎂的熔點為 651℃，沸點為1107℃。鎂的蒸氣壓很高，627℃時為215215。95Pa，727℃時為1037。1Pa，因此鎂鈹極易揮發。鎂原子最外層的兩個電子很易失去，是很活潑的金屬。常溫下鎂能與F、CL、BR、I等元素作用生成相應化合物。加熱時鎂能與硫、氮作用生成MgS和Mg3N2。在空氣中鎂會慢慢氧化，失去銀白光澤而變黑。若溫度提高至400℃以上，鎂的氧化速度增快，超過500℃以後氧化速度更快，會著火燃燒，此時會生成氧化鎂和少量氮化鎂。鎂燃燒時會發出非常強烈的光亮。鎂的這一特點，頗受人們。早期就被利用於攝影照明，給人們留下美好的形象和記憶。戰爭時期，被用來製造照明彈，把戰場和目標照明得如同白晝。又被用於製造燃燒彈，點燃戰區的物資裝備，殺傷對方有生力量。人們還利用鎂的這一特點，將鎂粉、鋁粉和其它原料製成煙花。每當節慶的夜晚，隨著陣陣悅耳響聲，人們可以看到”嫦娥奔月””天女散花”……各種形色的煙花在夜空飛舞，多彩多姿，給人們帶來極大的歡樂。順便提一下，鎂的這種”犧牲自我””樂於助人”精神處處可見。例如它仗著活潑的電化學性質做了犧牲自我的陽極，保護著其它的金屬和設備。它又作為原電池陽極，耗盡了自己，照亮了他人。

由於化學活潑性高，金屬鎂是耐腐蝕性能最差的金屬之一。在酸性、中性和弱鹼性溶液中它都會受到腐蝕而變成Mg2+離子。各種類型大氣均會對鎂產生程度不同的腐蝕作用。在乾燥的空氣中，它的表面上形成一層暗淡的的疏鬆多孔氧化膜，在潮濕大氣中，生成的產物組成大致為Mgco3·3H2O+Mgso4·7H2o+Mg(OH)2。大氣濕度增加，工為地區和海洋環境的大氣中所含的二氧化硫和氯化物等物質，能加重鎂的腐蝕。鎂中氯化物雜質及鐵雜質也會加速鎂的腐蝕。因此，工業生產的鎂錠必須鍍膜鈍化，塗油及以蠟紙包覆。

鎂是地殼中分佈最廣的元素之一，佔地殼重量的2.77%，為第四個最豐富的金屬元素(位於Al、Fe、Ca)之後。在自然界中鎂只能以化合物的形態存在。在已知的1500多種礦物中，含鎂礦物的有200多種，主要為碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、氧化物。海洋及鹽湖中的鎂比陸地上更多，是鎂的主要來源。海水中含有10多種元素，鎂的含量排第三，位居Na、K之後。海水中含鎂0.13%每立方千米海水中有130萬t鎂，相當於世界鎂年消耗量的4倍(見表2.8)鹽湖水的鎂濃度比海水更高。以東以色列、約旦之間的”死海”(實為另一內陸湖)，受到千萬乾旱氣候的造化，湖水極濃，含鎂竟高達4%.僅此一處的鎂，就能滿足全世界2.2萬年的需要。

純鎂不適合做結構材料。作為結構材料應用的鎂主要是鎂合金和鋁－鎂合金。全世界約有千種鋁合金牌號，若按化學成份歸類的話，約為300多種。這300多種鋁合金幾乎都含有鎂，其中以鎂作為主要添加劑的鋁－鎂合金(鎂含量為10.5%)約為40種。全世界各國鎂合金品牌共有200多種，這些品牌按化學成份可歸為30多種。共中變形鎂合金黃色10多種，鑄造鎂合金20多種，鑄造鎂合金主要有以下3個體系。1) 鎂－鋁合金。這種合金自第一次世界大戰被德國使用以來，成了最廣泛使用的鑄造鎂合金的基礎。大部份含有8%～9%的鋁及少量的鋅(使拉伸性能有某些提高)和錳(改善抗蝕性)2) 鎂－鋁－鋅合金。鎂－鋁合金中加鋅會產生一定的強化作用，其中高含鋅量的合金具有很吸引人的壓鑄特性。如Mg－8AL－8ZN，具有足夠大的流動性，可用於壓鑄件，而且流動性和抗蝕性超過傳統鋁－鋅合金。3) 含鋯鎂合金。鋯能細化晶粒，改善鎂合金的拉伸性能，提高鎂合金蠕變能力，以滿足航空和航天工業的需要。屬於這一系列的合金有鎂－鋅－鋯合金，鎂－稀土－鋅－鋯合金，以及鎂－釷係為基和鎂－銀係為基的含ZR合金。這種含稀土金屬和或含釷的合金都可焊。釷也能改善鑄造性能。銀可以進一步提高拉伸性能。

鎂是密排六方晶系的金屬，可以承受的形變數有限(特別是在低溫下)。其變形材料主要在300～500℃溫度範圍內通過擠壓、軋制和壓力鍛造進行生產。變形合金可以按照它們是否含鋯而分成兩類。按照變形產品種類可分為三類:1薄板和厚板軋制金。如AZ31(Mg-Al-Z系)，ZM21(Mg-Zn-Mn系)和ZE10(Mg-Zn-RE系)，這三種合金都可焊，后兩種強度較低。LA141A(Mg-Li-Al)等也屬這一類，前面已作詳細介紹。屬於這一類的還有含釷的HK31(Mg-Th-Zr系)以及隨後研製的HM21(Mg-Th-Mn等)，它們的高溫強度更高。2擠壓合金。這類合金含鋁量大多在1%～8%之間。

鎂合金都具有密度小的特點，特別是某些鎂-鋰合金（見前），密度甚至低於1。美英俄等國正在研製含釔鎂合金。一種Mg-8.5Y-1.25Zn-0.5Zr合金，其密度小於1.9g·cm-3 ，抗拉強密度420Mpa， 0.2%屈服強度360Mpa，比現有任何一種變形鎂合金的都高，同高強度鋁合金強度相當。

鎂鋁合金分子式：Mg4Al3分子量：178.22顏色為灰褐色，比重約為2.15g/cm3，熔點463℃，燃燒時產生的溫度達2000℃-3000℃。在煙花生產過程中起著非常重要的還原劑作用，也可作為白光劑和照明劑。鎂鋁合金是用鎂錠和鋁錠在保護氣體中高溫熔融而成。長期以來關於鎂鋁合金的結構有兩種說法。一種說法是鎂鋁合金是簡單物理混合；另一種說法是鎂鋁合金內部改變了晶體結構，不是簡單的物理混合。鎂錠和鋁錠在高於1150K時，部分鋁與空氣中的氧氣反應，生成a-Al2O3,氧化鋁的此種晶體化學性質呈惰性，起著屏障、隔離作用。低於1150K時，生在B-Al2O3而這種晶體與酸反應，保護不了內部的鎂鋁合金。

標準的鎂鋁合金中鎂、鋁的含量各約為50%。活性鋁含量的多少對煙花的安全生產和產品的質量有很大的影響。但是生產鎂鋁合金的企業多為私營企業，鋁錠比鎂錠貴，受利益的驅動，大多未按國標生產。鎂鋁合金粉中鋁的含量普遍低於50%，有的鋁含量低到了40%。鎂含量的增加使得鎂鋁合金的性質接近鎂粉的性質，使得煙火藥的撞擊感度、摩擦感度增加，煙火劑更加敏感，從而增加隱患。我們可能以用下面的化學機理來檢驗鎂鋁合金中鋁的含量。鎂錠在鎂鋁合金中的應用：鎂鋁合金由鎂錠和鋁錠在保護氣體中高溫熔融而成，其組成有：簡單的物理混合與已改變晶體結構的物理混合兩種說法。

鎂合金DVD門蓋板良好的剛性、尺寸穩定性和導熱性不僅比塑料門蓋板更為輕薄，同時也避 免因受熱引起老化變形而導致的功能性故障。

更輕更薄的筆記本電腦無一不將鎂合金外殼做為其首選，不僅因為鎂合金有好的強度、剛性和尺寸穩定性，優良的電磁屏蔽性和導熱性更能保護電腦長時間正常穩定地工作。

手機的發展趨勢是越來越薄，越來越輕，大的顯示屏更成為了時尚，鎂合金密度小、強度高、剛性好正符合了其要求，同時優良的電磁屏蔽性也減輕了電磁輻射對人體的傷害。

將鎂合金粒料吸入料管中，加熱的同時通過螺桿的高速運轉產生觸變現象，射出時以層流的方式充填模具，形成結構緻密的產品。

近十年來，中國鎂的產量大幅度增長，據統計，2011年中國鎂產量佔全球總產量的80%以上，鎂的生產工藝逐步成熟、完善，鎂的應用開發也取得不小進展，在一些應用領域甚至還出現了與鋁競爭的現象。這種情況下，以鎂替代鋁的話題也不時浮出水面，有段時間甚至甚囂塵上，一度引起社會的廣泛關注。那麼鎂在未來能否替代鋁，鎂業分會會長徐晉湘在一次採訪中糾正“替代”概念，他表示，鎂和鋁不存在替代的問題，它倆各自的應用角色與其它材料一樣，都是在歷史發展過程中逐漸形成的，這些角色可能在某些領域的某段時間出現相互轉換，但不是“代替”而是“接替”。從理論上講，任何材料都有其獨有的、別的材料無法替代的性能，人類使用數千年的陶土和木材仍不能被別的材料所完全替代，更何況性能極其優越的鋁及鋁合金材料。角色的定位應是在“正視現實”、著眼發展”的辯證基礎上用“兩點論”而不能用“一點論”來定義。徐會長並談到，從消費量來看，全球鋁年產消費量超過5000萬噸，在人類生活的各個領域都得到了廣泛的應用，而全球鎂的產量才有區區的80萬噸，因此用鎂代替鋁是不現實的，也不是鎂業發展追求的方向，但從市場的角度，鎂和鋁在某些領域內即便出現一定競爭也是正常的，因鎂及鎂合金材料各自有其獨特的性能優勢。