1鑄造鎂合金的應用
1.1航空航天領域
就航空材料而言，結構減重和結構承載與功能壹體化是飛機機體結構材料發展的重要方向。鎂因其低密度和高比強度而長期用於航空工業。航空材料減重帶來的經濟效益和性能提升非常顯著。商用飛機和汽車減重帶來的燃油成本節約是後者的近100倍。戰鬥機節省的燃油成本是商用飛機的近10倍。更重要的是，其機動性的提高可以大大提高其戰鬥力和生存能力。正因為如此，航空工業將采取各種措施來增加鎂合金的消耗量。
1.2軍事領域
鎂合金具有重量輕、比強度和比剛度好、減振性能好、電磁幹擾屏蔽能力強等特點，可以滿足軍工產品對減重、吸聲、減震和防輻射的要求。
1.3汽車領域
用作汽車部件的鎂合金通常具有以下優點:
1)提高燃油經濟性綜合標準，降低尾氣排放和燃油成本。據測算，汽車使用的燃料有60%是靠自重消耗的。汽車每減重10%，油耗降低8%-10%；
2)減重可以增加車輛的載重量和有效載荷，也可以提高制動和加速性能；
3)可以大大改善車輛的噪音和振動。
1.4摩托車場
50年來，經過不斷的技術創新，鎂合金在摩托車上的應用在廣度和深度上不斷拓展。應用車型從賽車擴展到運動摩托車、輕型摩托車、概念摩托車，覆蓋歐美日十幾個主要摩托車品牌。鎂合金應用部件涵蓋40多種動力系統、傳動系統和各種摩托車配件，其中僅英國的Dymay車輪就有400多種。目前，鎂合金在我國摩托車上的應用還是空白。重慶隆鑫率先試制出型號為LXl50的“鎂合金綠色概念摩托車”，在國內引起廣泛關註。現在，使用的12零件中，有三個已經量產。
1.5 3C場
3C產品——計算機、通信、消費電子產品(Computer，Communication，consumer electronic products)是當今世界發展最快的行業，數字技術導致了各種數字產品的不斷湧現。鎂合金3C產品首先出現在日本。1998年，日本制造商開始在各種便攜式商品(如PDA、手機等)中使用鎂合金。).現在，最常見的使用鎂合金的3C產品是筆記本電腦，它也是由日本索尼公司首先推出的。在3C產品向輕、薄、短、小方向發展趨勢的推動下，鎂合金的應用近年來不斷增長。
2鑄造鎂合金的熔煉技術
鑄造鎂合金液的阻燃技術
2.1.1通量保護法
低熔點的化合物在低溫下熔化成液體，鋪展在鎂合金表面，阻止鎂液與空氣接觸，從而起到保護作用。目前常用的熔劑主要是無水光鹵石(MGC L2-KC)並加入壹些氟化物和氯化物。該劑使用方便，生產成本低，防護和使用效果好，適合中小企業的生產特點。但藥劑使用前要再次脫水，使用時會釋放出嗆人的氣味。由於助焊劑密度大，逐漸下沈，需要不斷添加。使用過程中釋放出大量有害氣體，汙染環境，嚴重腐蝕廠房。因此，研究壹種新型的、覆蓋和細化效果好、無汙染的鎂合金熔劑是壹個重要的課題。
2.1.2氣體保護法
氣體保護法是在鎂合金液體表面覆蓋壹層惰性氣體或能與鎂反應形成致密氧化膜的氣體，從而隔絕空氣中的氧氣。使用的主要保護氣體有SF6、SO2、CO2、Ar、N2等。為了進壹步提高防護效果，減少昂貴的SF6氣體的消耗，國外壹般在SF6氣體中摻入空氣或CO:混合氣體等其他幹氣，以達到良好的防護效果，但存在以下問題:
1)汙染環境，SF6會產生SO2、SF4等有毒氣體，對全球變暖的作用是CO2的24900倍；
2)設備復雜，需要復雜的氣體混合裝置和密封裝置；
3)腐蝕設備，顯著降低坩堝的使用壽命。
2.1.3合金化方法
過去，鈹被添加到鎂合金中以提高其阻燃性能。但鈹是有毒的，過多的鈹會引起晶粒粗化，增加熱裂傾向，所以受到添加量的限制。日本學者認為，添加壹定量的鈣可以明顯提高鎂合金的起燃溫度，但存在添加量過高，鎂合金力學性能嚴重惡化的問題。同時加入鈣和鋯有阻燃作用。國內研究表明，在鎂合金AZ91D中添加稀土鈰可以有效提高鎂合金的起燃溫度。
2.2鎂合金熔體的變質處理技術
鎂合金熔化變質的目的是改變鎂合金的顯微組織。這壹過程對合金的晶粒尺寸和力學性能有很大影響，對鎂液中的氧化物夾雜也有壹定影響。結果表明，對於不含Al的鎂合金，用Zr變質具有良好的晶粒細化效果，其原理是Zr發生包晶反應促進晶粒細化。在鎂鋁合金中加入合適的碳材料後，與合金液反應生成A1C4，可以起到異質晶核的作用，促進鎂合金的晶粒細化。向AZ91鎂合金中添加不同含量的混合稀土對其鑄態和固溶時效組織和性能也有明顯影響。
3鎂合金成形技術
鎂合金成形可分為變形和鑄造兩種方法。目前主要采用鑄造工藝。鎂合金可以通過砂型鑄造、消失模鑄造、壓鑄和半固態鑄造成型。近年來，開發了鎂合金壓鑄新技術，包括真空壓鑄和氧氣壓鑄。前者已成功生產汽車用AM60B鎂合金輪轂和方向盤，後者也已用於生產汽車用鎂合金零件。解決大型復雜汽車零件的成形問題是進壹步發展和完善鎂合金成形技術的方向。這裏簡單介紹壹下鎂合金的常用鑄造方法。
3.1壓鑄
在該方法中，熔融鎂合金以高速和高壓註射到精密的金屬模具型腔中，使其快速成形。根據鎂液註入金屬型腔的方式，壓鑄機可分為熱室壓鑄機和冷室壓鑄機。
1)熱室壓鑄機。其壓力室直接浸入坩堝內的鎂液中並長期處於受熱狀態，註射部分安裝在坩堝上方。這樣，不需要在壓鑄的每個循環中向壓力室供應鎂液，因此生產可以快速和連續，並且易於實現自動化。熱室壓鑄機的優點是生產工藝簡單，效率高；金屬消耗少，工藝穩定；壓入型腔的鎂液幹凈，鑄件質量好；鎂液壓腔流動性好，適合壓制薄壁零件。而壓制室、壓鑄凸模、坩堝等長時間浸泡在鎂液中，影響使用壽命，對這些發熱零件的材質要求也較高。鎂合金熱室壓鑄機更適合生產壹些外觀要求高的薄壁零件，比如手機、PDA外殼等。但由於鎂合金熱室壓鑄機采用沖頭通過封閉的鵝頸管和噴嘴將鎂合金液體直接壓入金屬型腔，註射時的增壓壓力較小，因此壹般不適合汽車、航空航天等大型、厚大、重載的零件。
2)冷室壓鑄機。每次壓射時，鎂液通過手動或自動定量加料器註入壓射套，因此鑄造周期比熱室壓鑄機長。冷室壓鑄機的特點是註射壓力高，註射速度快，因此可以生產薄壁件或厚壁件，應用範圍廣；壓鑄機可以放大，合金類型容易更換，也可以用鋁合金；壓鑄機的耗材比熱室壓鑄機便宜。大多數情況下，大型、厚壁、有應力和特殊要求的壓鑄件都是用冷室壓鑄機生產的。
鎂合金壓鑄時，由於註射速度較高，鎂液充入型腔時，不可避免地會出現金屬液的湍流和氣體夾帶，導致工件內部和表面產生孔洞缺陷。因此，如何提高高要求鑄件的成品率是鎂合金壓鑄面臨的主要問題之壹。
3.2半固態成形技術
鎂合金半固態成形是近年來發展起來的壹種成形技術，可以獲得高密度的鎂合金制品，是壹種有競爭力的鎂合金成形方法。半固態成形主要有以下幾種方法。
觸變鑄造
觸變鑄造是將制備好的非枝晶棒材定量切割並重新加熱至液固兩相區(固相體積分數為50%-80%)，然後采用壓鑄或模鍛工藝進行半固態成形。觸變鑄造不使用熔煉設備，鋼錠便於運輸，重新加熱後易於加熱，易於實現自動化。而預制坯的制備需要巨額投資，關鍵技術被少數國外公司壟斷，導致其成本高昂，只適合制造高強度的關鍵零件。
流變鑄造
流變鑄造是以金屬熔體為原料，經冷卻攪拌制成半固態合金漿料，然後通過管道或容器輸送到壓鑄機直接成型。對於流變鑄造而言，由於非枝晶半固態合金漿料的保持、狀態控制和輸送困難，比觸變鑄造慢，其工業應用受到很大程度的限制。隨著半固態鑄造技術的發展，觸變鑄造對預制材料的均勻性和成本、感應加熱控制和材料消耗、成形過程的可靠性和可重復性、廢料回收等方面的限制越來越明顯。，其經濟效益不盡如人意。因此，流變鑄造的發展再次引起人們的關註，日立制作所和UBE都開發了新的流變鑄造工藝和設備。總之，流變鑄造不僅可以低成本生產出高質量的零件，而且與觸變鑄造相比，生產流程顯著縮短，更容易與傳統壓鑄技術相銜接，減少設備投資。顯然，流變鑄造技術將有更大的應用潛力。
高性能鑄造鎂合金的研究進展
4.1耐熱鎂合金
耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之壹。當溫度升高時，其強度和抗蠕變性大大降低，難以廣泛用作汽車等行業關鍵零部件(如發動機零件)的材料。稀土元素(re)和矽(Si)是開發的耐熱鎂合金中使用的主要合金元素。稀土是提高鎂合金耐熱性的重要元素。含稀土的鎂合金QE22和WE54具有與鋁合金相同的高溫強度，但稀土合金的高成本是其廣泛應用的壹大障礙。
Mg-Al-Si (As)合金是大眾公司開發的壓鑄鎂合金。在175 cC時，AS41合金的蠕變強度明顯高於AZ91和AM60合金。然而，由於鎂合金在凝固過程中會形成粗大的“中國式”Mg2Si相，從而損害其鑄造性能和力學性能。發現微量Ca的加入可以改善漢字狀MgaSi相的形貌，細化Mg2Si顆粒，改善AS系鎂合金的組織和性能。
4.2耐腐蝕鎂合金
鎂合金的耐腐蝕性可以從兩個方面解決:
1)嚴格限制鎂合金中Pe、Cu、Ni等雜質元素的含量。例如，高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性約為az 9100倍，超過壓鑄鋁合金A380，遠優於低碳鋼。
2)鎂合金的表面處理。根據不同的耐腐蝕要求，可選擇化學表面處理、陽極氧化處理、有機塗層、電鍍、化學鍍、熱噴塗等方法。比如鎂合金化學鍍後的耐腐蝕性超過不銹鋼。
4.3阻燃鎂合金
鎂合金在熔煉和鑄造過程中容易發生劇烈的氧化燃燒。實踐證明，熔劑保護和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護方法是有效的阻燃方法，但在應用中會造成嚴重的環境汙染，降低合金性能，增加設備投資。
在純鎂中加入鈣可以大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力，但加入大量的鈣會嚴重惡化鎂合金的力學性能，使得這種方法無法應用於生產實踐。
近日，上海交通大學輕合金精密成形國家工程研究中心通過同時添加多種元素，開發出壹種具有良好阻燃性和力學性能的汽車用阻燃鎂合金，並成功在汽車變速箱蓋上進行工業試驗，生產出手機外殼、MP3外殼等電子產品外殼。
4.4高強度高韌性鎂合金
現有鎂合金的常溫強度和塑性韌性有待進壹步提高。在Mg-Zn和Mg-Y合金中加入Ca和Zr可以顯著細化晶粒，提高其抗拉強度和屈服強度。添加Ag和Th可以提高Mg-Re-Zr合金的力學性能。例如，含Ag的QE22A合金在室溫下具有高拉伸性能和抗蠕變性能，已被廣泛用作飛機和導彈的高質量鑄件。通過快速凝固粉末冶金、高擠壓比和等通道轉角擠壓(ECAE)等手段，可以對鎂合金晶粒進行非常精細的處理，從而獲得高強度、高塑性甚至超塑性。
5中國鑄造鎂合金的應用概況
5.1生產受工藝和設備限制。
目前，中國原鎂產量居世界第壹。2000年全國產量約20萬t，80%以上作為初級原料低價出口，國內消費約2萬t..其中只有2000t用於桑塔納變速箱殼體，其余用於合金制備等壹般用途。由於鎂合金的技術裝備、開發和應用相對落後，國內鎂工業呈現出嚴重的結構性矛盾。中國有色金屬壓鑄已有相當的基礎，目前有壓鑄廠及相關企業約3000家，壓鑄機生產企業約20家，年產量30萬噸。其中鋁壓鑄件占75.5%，鎂壓鑄件只占1%左右。上海贛通汽車配件有限公司多年來壹直為上海桑塔納轎車生產鎂合金壓鑄變速箱殼體。但總體上看，與發達國家相比，我國壓鑄件綜合質量較差(加工余量大、廢品率高、合金利用率低、鑄造工藝裝備基礎條件差、環保和能耗問題嚴重、缺乏專門人才和新技術、產品開發能力)。導致產品價格上漲，缺乏競爭力。可以說，我們現有的基礎根本不能滿足鎂合金產業化的要求。雖然鎂合金是壹種非常適合壓鑄的金屬材料，但生產實踐表明，鎂合金壓鑄需要較高的技術水平和經驗積累。總的來說，鎂合金壓鑄的生產技術水平還很低。與鋁合金壓鑄相比，鎂合金壓鑄質量和產量穩定性差，廢品率高，導致鎂合金產品價格高，制約了鎂合金產品的推廣應用和新產品的開發。我國在實現鎂合金產業化的過程中，應充分重視相關基礎應用工作的研究和鎂合金專業人才的培養。
5.2政府對此非常重視。
“九五”期間，科技部開展了鎂合金材料在汽車上的應用、阻燃鎂合金的開發和高質量犧牲鎂陽極的研制等方面的研究。前期的研究工作還包括鎂合金標準的研究、管理和運行機制的創新等相關內容。2000年，科技部啟動了“鎂合金開發應用及產業化”的前期戰略研究，現該項目已被列為國家“十五”重大項目，正在組織聯合攻關；在國家“863”計劃中，也安排了鎂合金新材料、新工藝的研究內容。國家計委今年也將鎂合金產業化列為高技術產業化示範項目。兵器等軍工集團也開始了相應的研發計劃。
5.3國際合作日益活躍。
2001年5月，中國臺灣省工業研究院壹行5人訪問中國大陸，並在中國大陸、香港和臺灣省達成鎂合金應用技術開發合作備忘錄。香港生產力促進局也多次派人到北京洽談這個項目的合作。香港力勁有限公司與清華大學合作建立“壓鑄高技術研究中心”；海峽兩岸和香港成立了鎂合金項目協調小組。清華大學成立“輕金屬材料”中俄國際合作實驗室；2000年6月5日至10月，組織國內專家赴歐洲考察和調研鎂合金的工業應用項目。中美有關部門也在積極協商溝通；寧夏華源還與日本華源公司、日本金屬株式會社簽約開發耐熱鎂合金。
5.4企業態度非常積極。
上海汽車(集團)公司、壹汽集團、東風公司、奇瑞、長安、江鈴等汽車公司都在使用鎂合金零部件。重慶隆鑫集團與西南鋁業公司合資的重慶鎂科技有限公司，開發了10多種鎂合金摩托車零部件。這些鎂合金零件已經裝了30多萬輛。自行車用鎂量5 kS，總減重約3kg。