金矿石合金的发展和新进展

金矿石合金的发展和新进展

A 金矿石合金的现状

金矿石合金是实际应用中较轻的金属结构材料，但与铝合金相比，其研究和发展还很充分。目前，金矿石合金的产量只有铝合金的1%。金矿石合金作为结构应用的非常大用途是铸件，其中90%以上是压铸件。

限制金矿石合金广泛应用的主要问题是：由于金矿石元素极为活泼，金矿石合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，金矿石合金的生产难度很大；金矿石合金的生产技术还不成熟和完善，特别是金矿石合金成形技术有待进一步发展；金矿石合金的耐蚀性较差；现有金矿石合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了金矿石合金在高温（150～350℃）场合的应用；金矿石合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；金矿石合金的系列相对很少，变形金矿石合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求。金矿石合金可分为铸造金矿石合金和变形金矿石合金。金矿石合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al-Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（AS）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr（ZK）、Mg-Zn-RE系（ZE）等合金系列。

B 金矿石合金的新进展

a 耐热金矿石合金

耐热性差是阻碍金矿石合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使之难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。金矿粉碎机用于金矿的粉碎，是金矿石选矿之前的必经步骤。已开发的耐热金矿石合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高金矿石合金耐热性能的重要元素。

Mg-Al-Si系（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸金矿石合金。175℃时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是AS系金矿石合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能改善汉字状Mg2Si相的形态，细化Mg2Si颗粒，提高AS系列金矿石合金的组织和性能。

2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100～200nm晶粒尺寸的高强金矿石合金Mg-2% Y-1% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。

strong 耐蚀金矿石合金

金矿石合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：（1）严格限制金矿石合金中的Fe、Cu、Ni等杂质元素的含量。金矿生产线上的要求是非常的严格的，一定要严格的标准来进行金矿石的生产。例如，高纯AZ91HP金矿石合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢还好得多。（2）对金矿石合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。

C 阻燃金矿石合金

金矿石合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。纯金矿石中加钙能够大大提高金矿石液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化金矿石合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。

较近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加入几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃金矿石合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、MP3壳体等电子产品外壳。

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