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李玉兰 刘 江 彭晓东
摘 要 介绍了镁合金构件的主要特性，综述了镁合金压铸件在全球汽车业中的应用现状及镁铸件用量增长情况，镁合金的发展状况和目前应用的镁合金压铸工艺及防腐蚀表面处理技术。同时对存在的问题和未来应用进行了探讨和预测。
关键词：镁合金 压铸件 汽车 压铸工艺 表面处理
Application of Magnesium Die Castings in Automotive Industry
Li Yulan Liu Jiang Peng Xiaodong
(Chongqing University)
ABSTRACT:The applications of magnesium die castings in global automotive industry and the development of magnesium alloys were reviewed. The major properties of magnesium alloy compenents, magnesium die casting processes and surface treatment for corrosion resistance were discussed. At the same time, the utlization of magnesium die castings for automovtive industry in the future was forecast.
Key Words:Magnesium Alloys, Die Castings, Automobile, Die Casting Process, Surface Finishing
0 前言
镁合金作为结构材料主要用于航空航天领域，80年代以来，镁合金开始在汽车、计算机、通讯设备上得到越来越多的应用，其中绝大部分是镁铸件［1］。北美 从80年代中期开始在汽车上使用镁铸件，每年以16.6%的速度增长，其中增长最快的是压铸件，占70%～80%［2］。世界范围内的汽车用镁合金铸件也 以较大比例增长，如欧洲，1994年比1993年增长了25%［3］。
镁的密度(1.74 g/cm3)小，约为铝的64%，锌的25%和钢的20%，这使它在汽车减少自重、提高燃料效率方面独具魅力。作为轻金属，镁合金的强度接近铝合金，其比 强度明显高于铝合金和钢，其比刚度与铝合金及钢相当，而远远高于工程塑料(如图1、图2所示)［4］。
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图1 4种材料的相对比强度
Fig.1 The relative specific strength of four kinds of materials
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图2 4种材料的相对比刚度
Fig.2 The relative specific rigidity of four kinds of materials
耐蚀性差是镁合金扩大应用的一大障碍，采用SF6作为合金熔炼加保护气氛，消除溶剂夹杂，严格控制合金中的杂质元素，可显著改善镁合金纯度，大大提高耐蚀性。现有的高纯压铸镁合金在盐雾试验中的耐蚀性已超过压铸铝合金A380，比低碳钢好得多(如图3所示)［4］。
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图3 4种材料的相对腐蚀率
Fig.3 The relative specific corrosion of four finds of materials
另外，镁还有别的优点，如：好的吸湿能力、流动性、机械加工性能和电磁干扰屏蔽性能［5］。
镁的这些特性在汽车制造业中的应用符合人们对汽车工业
发 展的要求：减轻车重、提高燃料经济性、降低排放、提高安全性和驾驶性［6］。由此，北美、欧洲、日本、韩国的汽车用镁铸件量大大增加。以美国为例，在 1984～1994年期间，镁压铸件在汽车上的使用量每年以17.7%的比例增长，而1994年的增长为33%(1984年为7 000 t,1994年为30 000 t)。据预测到2000年期间每年增长率仍将保持在12%～20%或更高［7，8］。由图4可以很清楚地观察到全球各地区汽车用镁铸件量的年度变化和对未 来几年的预测，这种不断增长的势头说明了在未来一段时间镁铸件对汽车工业的发展将起着至关重要的作用。
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图4 全球镁铸件在汽车上的应用量和未来几年预测
Fig.4 The amount of magnesium alloy castings used in global automotive industry and the forecast for next several years
1 镁铸件在汽车上的应用现状
从本世纪20年代开始，镁制零件就在赛车上应用。1936年，德国大众汽车公司开始用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车的曲轴箱、传动箱壳体等发动机传动系 统零件，到1946年，每车用镁合金18 kg左右。到1980年，大众公司共生产了1 900 万辆甲壳虫，用镁合金铸件38 万t，达到了批量生产使用镁合金的最高记录［1，4，5］。而北美汽车用镁合金铸件到80年代中期之前数量较小，当开发出高纯度镁合金后，才有实质性的增 长。1992年，美国三大公司采用镁合金压铸分别为30个零件(福特)，45个零件(通用)，20个零件(克莱斯勒)［9］。到1993年，则差不多增加 了1倍，三大公司有60多个不同镁铸件在生产中，而1983年则仅有5个零部件。并且1993年三大公司镁合金铸件用量占北美镁的总消耗量的70%，达 14 282 t，福特消耗最多，为8 258 t，通用为3 436 t，克莱斯勒为2 588 t［10］。这些镁合金主要用来制造离合器壳体、转向柱架、制动器踏板支架、阀盖、阀板、仪表板支架、变速箱体、车窗马达壳体、油滤接头、发动机前盖、进 气歧管、镜子外罩、辅件托架及照明灯夹持器等汽车零部件。而近年的汽车用镁铸件又有新的进步，除了整体式镁合金铸造座椅外，在1997年展出的梅塞德斯- 奔驰的新车型 SLK上，燃料箱和行李箱之间的隔板也采用质量为3.19 kg的压铸镁合金件代替质量为6 kg的钢件。通用的EV1车型采用的整体铸镁转向盘等亦是镁合金铸件在汽车上的新应用［11］。福特着眼于2000年后中型车100 km油耗少于3 L的目标，而于1998年元月推出的轻质概念车P2000，所采用的铸镁车轮(每个质量3.1 kg,比钢板冲压件减少5 kg)，则将是镁铸件在未来汽车上的应用［12］。
汽车用镁合金铸件绝大部分是压铸件，对减少汽车质量、提高燃料经济性、保护环境、提高安全 性和驾驶性、改善汽车性能，增强竞争能力效果显著。例如丰田汽车的方向盘加装安全汽囊后质量增加，采用AM60B镁合金压铸件后，质量比过去的钢制品、铝 制品分别减少了45%和15%，并减少了转向系统的振动。奔驰公司用AM20和AM50压铸座椅架，质量比过去的冲压-焊接钢结构件大大减少，通用EV1 型用镁制仪表板将20个冲压及塑料零件组合成一个压铸件，不但减少3.6 kg,而且增加了刚性，减少了装配工作量［13］。福特公司用AZ91D制锁套，比用锌减少质量75%，而福特公司的卡车离合器壳改用AZ91D镁合金压 铸件不但无大气腐蚀问题，且耐海水腐蚀性也比铝合金壳体好，延长了使用寿命。
2 镁合金研究发展情况
用于汽车零部件 的镁合金件一般是压铸件(只有做模型时才用重力铸镁件)，其合金有四个系列［2］：Mg-Al-Zn-Mn(AZ系列)，Mg-Al-Mn(AM系列)， Mg-Al-Si(AS系列)，Mg-Al-稀土(AE系列)。表1列出了最常用的压铸镁合金的组成成分和力学性能。
表1 常用压铸镁合金的合金成分和力学性能
Table 1 The compositions and mechanical properties
of some magnesium alloys for die casting
合金 合金成分wB/% σb σ0.2 δ E 疲劳强度 硬度 比屈服强度
Al Mn Zn Si RE MPa MPa % GPa MPa HB J.g-1
AZ91D 9.0 0.13 0.7 230 160 3 45.0 50～70 67 88
AM60B 6.0 0.13 255 135 6 43.5 50～70 62 75
AS41A 4.3 0.35 1.0 245 150 4 50～70 78 76
AE42 4.0 2.0 244 140 17 69 83
AZ系列具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性，其屈服强度最高，一般用于制造形状复杂的薄壁压铸件，典型型号是AZ19D(Mg-9Al-0.7Zn -0.2Mn),通过加入质量分数0.2%的Mn来提高防腐蚀性能，使其成为应用于室温条件下最基本的压铸镁合金，通常用于阀套、离合器支架、转向盘柱、 凸轮盖、支架、离合器壳、手动变速箱壳体及其他零件。AM系列镁合金具有优良的韧性和塑性，用于经受冲击载荷，安全性较高的场合，典型型号是AM60B (Mg-6Al-0.2Mn),常用于座位架和设备仪表板。 AZ19D和AM60B构成了汽车上镁合金应用量的90%［2］。但他们通常只在不超过150 ℃的温度下使用，若是超过150 ℃应用，则必须使用1993年底新加入商业镁合金行列的AS系列。AS系列有较好的抗蠕变性能，常用于工作温度较高的发动机零件。AS41A(Mg- 4.3Al-1Si-0.35Mn)在175 ℃时的蠕变强度要高于AZ91D和AM60B，且有较好的伸长率、屈服强度和很高的抗拉强度。过去通常用作空冷型汽车发动机的曲轴箱和大众车部件(如风扇 套和电机支架)，最近则被通用公司用于叶片定子和离合器活塞。AE系列有比AS系列更好的抗蠕变性能，AE42(Mg-4Al-2RE)应用于汽车动力系 统上颇受好评。但由于稀土成本高，暂时无法大量推广应用。
3 镁合金的压铸技术
与铝合金相比，镁合金的密度、比热和 凝固潜热较小，熔点较低，熔化和压铸时不与铁反应［13］,因此其熔化耗能少，凝固速度快，压射周期比同样的铝件可缩短50%，又因为镁合金不冲击钢模和 工具，使压铸模寿命延长1～2倍，达20万次以上，并且还可使用低碳钢坩埚和工具［2］。
镁合金可用冷室或热室压铸机压铸成形。如德国 Audi汽车的仪表盘是在装有自动浇注机构的锁模力为24 500 kN的冷室压铸机上压铸的；通用汽车公司汽车上的直角承梁是AM60B在锁模力为21 560 kN的冷室压铸机上压铸而成的。汽车座椅框架和汽车轮毂也用冷室压铸机生产，而汽车方向盘等零件一般用AM60B镁合金在热室压铸机上生产。热室压铸机的 生产效率为同容量的冷室压铸机的2倍，通常用于生产薄壁压铸件。
然而和其他合金的压铸件一样，用传统压铸方法生产的镁合金压铸件也不能进行热 处理强化和在较高温度下使用。为此，近20年新开发的三种压铸方法：真空铸造、充氧压铸、半固态金属流变或触变压铸等在消除镁铸件缺陷、提高其内在质量， 扩大压铸件的应用范围方面有很大的贡献。
真空压铸能明显提高压铸件的力学性能和表面质量，目前在冷室压铸机上用真空压铸法生产出的AM60B镁合金汽车轮毂，在锁模力为2 940 kN的热室压铸机上生产出的AM60B镁合金汽车方向盘零件，合金伸长率由8%提高至16%。
充氧压铸又称无气孔压铸，是将氧气或其他活性气体置换型腔内的空气，与充型金属液反应生成金属氧化微粒弥散分布在压铸件内，从而消除压铸件内的气体，使 压铸件可热处理强化。日本轻金属株式会社用充氧压铸法成批生产了AM60镁合金汽车轮毂与摩托车轮毂，与铝轮毂相比，质量减少15%。
半固态 流变压铸具有充型平稳，无金属喷溅，金属液氧化损失少，节能，操作安全，减少铸件孔洞类缺陷等优点，固相率为40%～50%的AZ91D镁合金在冷室压铸 机上的半固态流变压铸件消除了气孔缺陷，抗拉强度达140～200 MPa。美国Dow Chemical公司1991年推出的第二代半固态压铸机已生产出的AZ91D镁合金半固态压铸件有汽车传动器壳体盖、点火器壳体。此外，挤压铸造也能提 高铸件质量，但一般用于镁基复合材料制品的生产。
4 腐蚀和表面处理
镁有极高的化学活性，当与不同类金属配合时易发 生电解腐蚀和微电腐蚀，通过正确的零部件设计和表面强化方法，能使阳极腐蚀减到最小；通过控制铸造过程化学反应和微观组织，可减小微电腐蚀。而在自然环境 中，如图3所示，高纯度压铸镁合金的抗腐蚀能力优于铝合金A380，远远高于低碳钢，因而在应用中只要控制压铸镁合金中的杂质水平和铁锰比，就可提高其抗 腐蚀能力。
采用正确的零件设计和合适的化学成分，加强对微观组织的控制，镁合金压铸件就可以不用任何表面处理而直接应用于汽车上。然而车轮、轮毂、引擎组元等关键部件，进行表面处理是必要的。
镁合金压铸件进行表面处理分为三个步骤：机械表面清理和脱脂除渍或酸蚀刻；表面涂层；最终保护处理。其中含有Mg(OH)2和Cr(OH)3的Cr溶液能提高涂层质量和提供中性腐蚀保护，但含Cr的复合物有剧毒，应严格控制。
ITM(Institute of Magnesium Technology)研制了一种叫氢装载的变换涂层法，用这种方法，通过暴露电极使镁表面附上一富氢层，这种方法经济、无毒性，在盐雾中的防蚀能力比Cr-Mn处理好得多，其工业化的研究正在进行［2］。
对AZ91D合金注入N2+离子也能提高合金的抗蚀性，注入剂量为5×1016粒/cm2时的效果最好。
另外化学气相沉淀(CVD)和激光表面熔化能使表面生成玻璃结构，如AZ91D激光改良表面的腐蚀率为未经改良处理的1/3。
虽然表面处理技术较多，但离生产应用的要求还有较大差距。各种粗劣的表面处理也是镁合金压铸件在汽车上大量应用的一个技术障碍。
6 结 论
据预测到1999年，用于汽车的镁压铸件将有130多个，而美国三大汽车公司耗镁量将达10 万t，其中福特占将近一半［14］。而大众公司的用镁目标是到2000年每车用镁量达到令人咋舌的50 kg［15］。然而这并非天方夜谭，成本和技术方面的阻碍的克服将使汽车用镁量持续增长的趋势继续下去。
目前，成本方面的障碍是镁锭成本约高 出铝锭20%多，每吨约多出几千美元，然而，按美国目前的质量减少1 kg多出的成本不高于2美元就可以应用的要求［16］来看，还是可以接受的。并且汽车工业竞争激烈，对价格相当敏感，对用新材料带来的好处有相当充分的认 识。再加上生产率提高、潜在的新产品市场、对高等级废料的回收，可使镁锭成本降低，再通过不断提高的熔铸能力和生产效率，通过有限元分析，对镁铸件进行重 新设计和改良替代设计，充分利用镁合金的性能(薄壁整体可铸性，高比强度和低机加工成本)，可使镁合金压铸件在不久的将来，与钢、铝在成本上有一定竞争 力。
阻碍镁铸件不断扩大应用的技术障碍是缺少高温压铸合金、缺乏足够的设计数据、漫长的研制周期和粗糙的表面处理技术。然而，汽车制造商和各国政府必定会投入更多的技术力量和资金去攻克这些技术难关，使镁合金压铸件成为下个世纪初汽车上的主导材料。
作者单位：重庆大学
参考文献
[1] 汪之清.国外镁合金压铸技术的发展.铸造,1997(8):48～51
[2] Alan Luo. Jean Renaud, Isao Nakatsugawa, et al. Magnesium Castings for Aktomotive Applications. JOM,1995,47(7):28～31
[3] Dwain M. Developments in the Globe Mg Market. JOM,1995,47(7):26
[4] Thomas J. Ruden and Darryl L. Albright. High Ductility Magnesium Alloys in Automotive Applications. Advanced Mater & Processes,1994,145(6):28～32
[5] 羊秋林，李尹熙.汽车用轻量化材料.北京：机械工业出版社,1991.
[6] Dwain M. A Global Review of Magnesium Parts in Automobile. Light Metal Age,1996(8-9)：60
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[8] W H Shown. Magnesium Supply and Demand-1993. Proc 51st Annual World Magnesium Conference (Mclean VA:IMA),1994.44～49
[9] R Brown. Magnesium Automotive Meeting. Light Metal Age,1992(5-6):18～20
[10] Brown D C. Automakers Magnesium Usage Now and in the Future. Magnesium Monthly Review,1994,23(9):2
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[12] 高 山.福特的未来轻质车概念.汽车之友,1998(2):15
[13] 陈昌麟.轻合金.北京：国防工业出版社,1985.
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[15] Al Demmler. Europe's automotive Components Business,1997(1):102～117
[16] Cole G S, Sherman A M. Lightweight Materials for Automotive Applications. Materials Characterization,1995,35(7):3～9
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摘 要 介绍了镁合金构件的主要特性，综述了镁合金压铸件在全球汽车业中的应用现状及镁铸件用量增长情况，镁合金的发展状况和目前应用的镁合金压铸工艺及防腐蚀表面处理技术。同时对存在的问题和未来应用进行了探讨和预测。
关键词：镁合金 压铸件 汽车 压铸工艺 表面处理
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Li Yulan Liu Jiang Peng Xiaodong
(Chongqing University)
ABSTRACT:The applications of magnesium die castings in global automotive industry and the development of magnesium alloys were reviewed. The major properties of magnesium alloy compenents, magnesium die casting processes and surface treatment for corrosion resistance were discussed. At the same time, the utlization of magnesium die castings for automovtive industry in the future was forecast.
Key Words:Magnesium Alloys, Die Castings, Automobile, Die Casting Process, Surface Finishing
0 前言
镁合金作为结构材料主要用于航空航天领域，80年代以来，镁合金开始在汽车、计算机、通讯设备上得到越来越多的应用，其中绝大部分是镁铸件［1］。北美 从80年代中期开始在汽车上使用镁铸件，每年以16.6%的速度增长，其中增长最快的是压铸件，占70%～80%［2］。世界范围内的汽车用镁合金铸件也 以较大比例增长，如欧洲，1994年比1993年增长了25%［3］。
镁的密度(1.74 g/cm3)小，约为铝的64%，锌的25%和钢的20%，这使它在汽车减少自重、提高燃料效率方面独具魅力。作为轻金属，镁合金的强度接近铝合金，其比 强度明显高于铝合金和钢，其比刚度与铝合金及钢相当，而远远高于工程塑料(如图1、图2所示)［4］。
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图1 4种材料的相对比强度
Fig.1 The relative specific strength of four kinds of materials
t120-2.gif (2205 bytes)
图2 4种材料的相对比刚度
Fig.2 The relative specific rigidity of four kinds of materials
耐蚀性差是镁合金扩大应用的一大障碍，采用SF6作为合金熔炼加保护气氛，消除溶剂夹杂，严格控制合金中的杂质元素，可显著改善镁合金纯度，大大提高耐蚀性。现有的高纯压铸镁合金在盐雾试验中的耐蚀性已超过压铸铝合金A380，比低碳钢好得多(如图3所示)［4］。
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图3 4种材料的相对腐蚀率
Fig.3 The relative specific corrosion of four finds of materials
另外，镁还有别的优点，如：好的吸湿能力、流动性、机械加工性能和电磁干扰屏蔽性能［5］。
镁的这些特性在汽车制造业中的应用符合人们对汽车工业
发 展的要求：减轻车重、提高燃料经济性、降低排放、提高安全性和驾驶性［6］。由此，北美、欧洲、日本、韩国的汽车用镁铸件量大大增加。以美国为例，在 1984～1994年期间，镁压铸件在汽车上的使用量每年以17.7%的比例增长，而1994年的增长为33%(1984年为7 000 t,1994年为30 000 t)。据预测到2000年期间每年增长率仍将保持在12%～20%或更高［7，8］。由图4可以很清楚地观察到全球各地区汽车用镁铸件量的年度变化和对未 来几年的预测，这种不断增长的势头说明了在未来一段时间镁铸件对汽车工业的发展将起着至关重要的作用。
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图4 全球镁铸件在汽车上的应用量和未来几年预测
Fig.4 The amount of magnesium alloy castings used in global automotive industry and the forecast for next several years
1 镁铸件在汽车上的应用现状
从本世纪20年代开始，镁制零件就在赛车上应用。1936年，德国大众汽车公司开始用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车的曲轴箱、传动箱壳体等发动机传动系 统零件，到1946年，每车用镁合金18 kg左右。到1980年，大众公司共生产了1 900 万辆甲壳虫，用镁合金铸件38 万t，达到了批量生产使用镁合金的最高记录［1，4，5］。而北美汽车用镁合金铸件到80年代中期之前数量较小，当开发出高纯度镁合金后，才有实质性的增 长。1992年，美国三大公司采用镁合金压铸分别为30个零件(福特)，45个零件(通用)，20个零件(克莱斯勒)［9］。到1993年，则差不多增加 了1倍，三大公司有60多个不同镁铸件在生产中，而1983年则仅有5个零部件。并且1993年三大公司镁合金铸件用量占北美镁的总消耗量的70%，达 14 282 t，福特消耗最多，为8 258 t，通用为3 436 t，克莱斯勒为2 588 t［10］。这些镁合金主要用来制造离合器壳体、转向柱架、制动器踏板支架、阀盖、阀板、仪表板支架、变速箱体、车窗马达壳体、油滤接头、发动机前盖、进 气歧管、镜子外罩、辅件托架及照明灯夹持器等汽车零部件。而近年的汽车用镁铸件又有新的进步，除了整体式镁合金铸造座椅外，在1997年展出的梅塞德斯- 奔驰的新车型 SLK上，燃料箱和行李箱之间的隔板也采用质量为3.19 kg的压铸镁合金件代替质量为6 kg的钢件。通用的EV1车型采用的整体铸镁转向盘等亦是镁合金铸件在汽车上的新应用［11］。福特着眼于2000年后中型车100 km油耗少于3 L的目标，而于1998年元月推出的轻质概念车P2000，所采用的铸镁车轮(每个质量3.1 kg,比钢板冲压件减少5 kg)，则将是镁铸件在未来汽车上的应用［12］。
汽车用镁合金铸件绝大部分是压铸件，对减少汽车质量、提高燃料经济性、保护环境、提高安全 性和驾驶性、改善汽车性能，增强竞争能力效果显著。例如丰田汽车的方向盘加装安全汽囊后质量增加，采用AM60B镁合金压铸件后，质量比过去的钢制品、铝 制品分别减少了45%和15%，并减少了转向系统的振动。奔驰公司用AM20和AM50压铸座椅架，质量比过去的冲压-焊接钢结构件大大减少，通用EV1 型用镁制仪表板将20个冲压及塑料零件组合成一个压铸件，不但减少3.6 kg,而且增加了刚性，减少了装配工作量［13］。福特公司用AZ91D制锁套，比用锌减少质量75%，而福特公司的卡车离合器壳改用AZ91D镁合金压 铸件不但无大气腐蚀问题，且耐海水腐蚀性也比铝合金壳体好，延长了使用寿命。
2 镁合金研究发展情况
用于汽车零部件 的镁合金件一般是压铸件(只有做模型时才用重力铸镁件)，其合金有四个系列［2］：Mg-Al-Zn-Mn(AZ系列)，Mg-Al-Mn(AM系列)， Mg-Al-Si(AS系列)，Mg-Al-稀土(AE系列)。表1列出了最常用的压铸镁合金的组成成分和力学性能。
表1 常用压铸镁合金的合金成分和力学性能
Table 1 The compositions and mechanical properties
of some magnesium alloys for die casting
合金 合金成分wB/% σb σ0.2 δ E 疲劳强度 硬度 比屈服强度
Al Mn Zn Si RE MPa MPa % GPa MPa HB J.g-1
AZ91D 9.0 0.13 0.7 230 160 3 45.0 50～70 67 88
AM60B 6.0 0.13 255 135 6 43.5 50～70 62 75
AS41A 4.3 0.35 1.0 245 150 4 50～70 78 76
AE42 4.0 2.0 244 140 17 69 83
AZ系列具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性，其屈服强度最高，一般用于制造形状复杂的薄壁压铸件，典型型号是AZ19D(Mg-9Al-0.7Zn -0.2Mn),通过加入质量分数0.2%的Mn来提高防腐蚀性能，使其成为应用于室温条件下最基本的压铸镁合金，通常用于阀套、离合器支架、转向盘柱、 凸轮盖、支架、离合器壳、手动变速箱壳体及其他零件。AM系列镁合金具有优良的韧性和塑性，用于经受冲击载荷，安全性较高的场合，典型型号是AM60B (Mg-6Al-0.2Mn),常用于座位架和设备仪表板。 AZ19D和AM60B构成了汽车上镁合金应用量的90%［2］。但他们通常只在不超过150 ℃的温度下使用，若是超过150 ℃应用，则必须使用1993年底新加入商业镁合金行列的AS系列。AS系列有较好的抗蠕变性能，常用于工作温度较高的发动机零件。AS41A(Mg- 4.3Al-1Si-0.35Mn)在175 ℃时的蠕变强度要高于AZ91D和AM60B，且有较好的伸长率、屈服强度和很高的抗拉强度。过去通常用作空冷型汽车发动机的曲轴箱和大众车部件(如风扇 套和电机支架)，最近则被通用公司用于叶片定子和离合器活塞。AE系列有比AS系列更好的抗蠕变性能，AE42(Mg-4Al-2RE)应用于汽车动力系 统上颇受好评。但由于稀土成本高，暂时无法大量推广应用。
3 镁合金的压铸技术
与铝合金相比，镁合金的密度、比热和 凝固潜热较小，熔点较低，熔化和压铸时不与铁反应［13］,因此其熔化耗能少，凝固速度快，压射周期比同样的铝件可缩短50%，又因为镁合金不冲击钢模和 工具，使压铸模寿命延长1～2倍，达20万次以上，并且还可使用低碳钢坩埚和工具［2］。
镁合金可用冷室或热室压铸机压铸成形。如德国 Audi汽车的仪表盘是在装有自动浇注机构的锁模力为24 500 kN的冷室压铸机上压铸的；通用汽车公司汽车上的直角承梁是AM60B在锁模力为21 560 kN的冷室压铸机上压铸而成的。汽车座椅框架和汽车轮毂也用冷室压铸机生产，而汽车方向盘等零件一般用AM60B镁合金在热室压铸机上生产。热室压铸机的 生产效率为同容量的冷室压铸机的2倍，通常用于生产薄壁压铸件。
然而和其他合金的压铸件一样，用传统压铸方法生产的镁合金压铸件也不能进行热 处理强化和在较高温度下使用。为此，近20年新开发的三种压铸方法：真空铸造、充氧压铸、半固态金属流变或触变压铸等在消除镁铸件缺陷、提高其内在质量， 扩大压铸件的应用范围方面有很大的贡献。
真空压铸能明显提高压铸件的力学性能和表面质量，目前在冷室压铸机上用真空压铸法生产出的AM60B镁合金汽车轮毂，在锁模力为2 940 kN的热室压铸机上生产出的AM60B镁合金汽车方向盘零件，合金伸长率由8%提高至16%。
充氧压铸又称无气孔压铸，是将氧气或其他活性气体置换型腔内的空气，与充型金属液反应生成金属氧化微粒弥散分布在压铸件内，从而消除压铸件内的气体，使 压铸件可热处理强化。日本轻金属株式会社用充氧压铸法成批生产了AM60镁合金汽车轮毂与摩托车轮毂，与铝轮毂相比，质量减少15%。
半固态 流变压铸具有充型平稳，无金属喷溅，金属液氧化损失少，节能，操作安全，减少铸件孔洞类缺陷等优点，固相率为40%～50%的AZ91D镁合金在冷室压铸 机上的半固态流变压铸件消除了气孔缺陷，抗拉强度达140～200 MPa。美国Dow Chemical公司1991年推出的第二代半固态压铸机已生产出的AZ91D镁合金半固态压铸件有汽车传动器壳体盖、点火器壳体。此外，挤压铸造也能提 高铸件质量，但一般用于镁基复合材料制品的生产。
4 腐蚀和表面处理
镁有极高的化学活性，当与不同类金属配合时易发 生电解腐蚀和微电腐蚀，通过正确的零部件设计和表面强化方法，能使阳极腐蚀减到最小；通过控制铸造过程化学反应和微观组织，可减小微电腐蚀。而在自然环境 中，如图3所示，高纯度压铸镁合金的抗腐蚀能力优于铝合金A380，远远高于低碳钢，因而在应用中只要控制压铸镁合金中的杂质水平和铁锰比，就可提高其抗 腐蚀能力。
采用正确的零件设计和合适的化学成分，加强对微观组织的控制，镁合金压铸件就可以不用任何表面处理而直接应用于汽车上。然而车轮、轮毂、引擎组元等关键部件，进行表面处理是必要的。
镁合金压铸件进行表面处理分为三个步骤：机械表面清理和脱脂除渍或酸蚀刻；表面涂层；最终保护处理。其中含有Mg(OH)2和Cr(OH)3的Cr溶液能提高涂层质量和提供中性腐蚀保护，但含Cr的复合物有剧毒，应严格控制。
ITM(Institute of Magnesium Technology)研制了一种叫氢装载的变换涂层法，用这种方法，通过暴露电极使镁表面附上一富氢层，这种方法经济、无毒性，在盐雾中的防蚀能力比Cr-Mn处理好得多，其工业化的研究正在进行［2］。
对AZ91D合金注入N2+离子也能提高合金的抗蚀性，注入剂量为5×1016粒/cm2时的效果最好。
另外化学气相沉淀(CVD)和激光表面熔化能使表面生成玻璃结构，如AZ91D激光改良表面的腐蚀率为未经改良处理的1/3。
虽然表面处理技术较多，但离生产应用的要求还有较大差距。各种粗劣的表面处理也是镁合金压铸件在汽车上大量应用的一个技术障碍。
6 结 论
据预测到1999年，用于汽车的镁压铸件将有130多个，而美国三大汽车公司耗镁量将达10 万t，其中福特占将近一半［14］。而大众公司的用镁目标是到2000年每车用镁量达到令人咋舌的50 kg［15］。然而这并非天方夜谭，成本和技术方面的阻碍的克服将使汽车用镁量持续增长的趋势继续下去。
目前，成本方面的障碍是镁锭成本约高 出铝锭20%多，每吨约多出几千美元，然而，按美国目前的质量减少1 kg多出的成本不高于2美元就可以应用的要求［16］来看，还是可以接受的。并且汽车工业竞争激烈，对价格相当敏感，对用新材料带来的好处有相当充分的认 识。再加上生产率提高、潜在的新产品市场、对高等级废料的回收，可使镁锭成本降低，再通过不断提高的熔铸能力和生产效率，通过有限元分析，对镁铸件进行重 新设计和改良替代设计，充分利用镁合金的性能(薄壁整体可铸性，高比强度和低机加工成本)，可使镁合金压铸件在不久的将来，与钢、铝在成本上有一定竞争 力。
阻碍镁铸件不断扩大应用的技术障碍是缺少高温压铸合金、缺乏足够的设计数据、漫长的研制周期和粗糙的表面处理技术。然而，汽车制造商和各国政府必定会投入更多的技术力量和资金去攻克这些技术难关，使镁合金压铸件成为下个世纪初汽车上的主导材料。
作者单位：重庆大学
参考文献
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