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雜質(zhì)對(duì)AZ91A,AM50鎂合金耐蝕性的影響
20世紀(jì)90年代，鎂合金壓鑄件在汽車工業(yè)中的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。90年代中期，由于科研和生產(chǎn)技術(shù)方面所取得的成果，鎂合金中雜質(zhì)Fe, Ni、Cu的含量降到了最低程度，使鎂合金的純凈度和耐蝕性大幅度提高，滿足了汽車業(yè)對(duì)鎂合金的技術(shù)要求，北美和歐洲鎂合金壓鑄件產(chǎn)量的年增長(zhǎng)率超過了20％。
圖1為AZ91合金雜質(zhì)含量極限值對(duì)壓鑄件耐蝕性的影響。由圖可見，當(dāng)三種伴生雜質(zhì)元素的含量處于最低極限值時(shí)，鎂合金壓鑄件在ASTMB117規(guī)定的加速鹽霧試驗(yàn)中的腐蝕速率要比冷軋?zhí)间摵虯380鋁合金（AlSi9Cu3）低。高純AZ91鎂合金的年腐蝕速度僅為41lmil／a (0一士0. 025mm／a）。
圖1雜質(zhì)含量對(duì)AZ91合金壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)?zāi)臀g性的影響及與冷軋?zhí)间摵蛪鸿T鋁合金A380（GD-AlSi9Cu3）鹽霧試驗(yàn)?zāi)臀g性的對(duì)比f(wàn)1-a1
＊ 為根據(jù)AM60及AS41結(jié)果的估算值
值得注意的是，只有優(yōu)化鎂合金中的Fe／Mn比，方能使鎂合金具有最佳的耐蝕性。人們?cè)缂褐琅R界Fe含量和Mn含量之間存在著相互制約的關(guān)系，但對(duì)這種制約關(guān)系的重要性及Fe／Mn比的精確值，并未全盤掌握，至今仍在探討中［6］。在表2列出的最新ASTM標(biāo)準(zhǔn)的壓鑄鎂合金化學(xué)成分中，不僅規(guī)定了Fe的最高含量和Mn的最低含量，而且還對(duì)Fe／Mn比作了硬性規(guī)定。在相應(yīng)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN17531'1中，對(duì)Fe的最高含量及Mn的最低含量也作了明確規(guī)定。
表2壓鑄鎂合金的化學(xué)成分（按ASTM B94及EN 1753)X當(dāng)達(dá)不到Mn的最低含量或超出Fe的最高含量時(shí)，其 Fe／Mn比不能超過：AZ91D: 0.032 AM50A: 0.015 AM60B: 0.021 AS41B: 0.010
鎂合金的耐蝕性試驗(yàn)在3000kN冷室壓鑄機(jī)壓鑄的尺寸為100mm X 150mm X 2mm平板試樣上進(jìn)行，其平均晶粒尺寸為5-v I Ollm‘如果用金屬型試樣或砂型試樣，則試樣平均晶粒尺寸在509m與200wm之間）。為排除鑄造和熱處理對(duì)表面的影響，鑄態(tài)試樣在試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行噴砂處理，熱處理態(tài)試樣應(yīng)進(jìn)行清理以去除氧化皮。鹽霧試驗(yàn)按ASTM標(biāo)準(zhǔn)B117規(guī)范執(zhí)行。
3 AZ91合金的耐蝕性
3 ．1 AZ91合金壓鑄件的耐蝕性
在壓鑄鎂合金中，雜質(zhì)Fe, Ni, Cu中的任何一種，一旦其含量偏高時(shí)，對(duì)鎂壓鑄件在海水中的耐蝕性都有不利的影響，雜質(zhì)Fe的影響則更為復(fù)雜。圖2表明，不同的Fe含量和Mn含量對(duì)AZ91壓鑄平板試樣在鹽霧試驗(yàn)中的耐蝕性的影響大小是有差別的。顯然，當(dāng)Mn含量在0.2%^-0.8%范圍內(nèi)升高時(shí)，F(xiàn)e含量對(duì)試樣腐蝕速度的影響有明顯的回落。
圖2 AZ91合金的Fe含量與壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)腐蝕速度的關(guān)系[3]
圖3 表示AZ91合金的Fe／Mn比與壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)腐蝕速度的關(guān)系
圖4所示的4條左上右下走向的直線為Fe和Mn在AZ91熔體中的溶解度等溫線，它們與Mn含量分別為0.2%、0.4%和0.8%的三條曲線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，即為Fe和Mn在相應(yīng)溫度下這三種Mn含量不同的AZ91合金熔體中的溶解度。圖中左下右上走向直線的Fe／Mn比為0.032，具有該Fe/Mn比的AZ91合金，在鹽霧試驗(yàn)中測(cè)得的平均腐蝕速度都不超過4mil／a (lmi 1=0. 025mm)。由圖可知，隨著增鍋內(nèi)熔體溫度的下降，F(xiàn)e在Mn含量為0.2%的AZ91合金中的溶解度急劇下降，Mn的溶解度則幾乎無(wú)任何變化；當(dāng)Mn含量增至0.4％時(shí)，F(xiàn)e在AZ91合金熔體中的溶解度隨熔體溫度下降而降低的值仍然很大，Mn的溶解度則在溫度降至7000C以下時(shí)有所降低；當(dāng)Mn含量增至0.8％時(shí)，F(xiàn)e在處于最高熔化溫度的AZ91合金熔體中的溶解度顯著減小，隨著熔體溫度的下降，其溶解度降低的趨勢(shì)明顯減緩，但Mn的溶解度降低量則明顯增大。顯然。若AZ91合金的Fe／Mn比小于臨界值（0.032)時(shí)，所生產(chǎn)的壓鑄件便能夠穩(wěn)定地達(dá)到約0. 1士0. 02mm／a的低腐蝕速度。
圖4 Fe和Mn在不同溫度AZ引熔體中的溶解度
圖5, 6, 7為雜質(zhì)Fe, Cu, Ni的含量對(duì)不同熱處理狀態(tài)AZ91合金金屬型鑄造平板試樣鹽霧試驗(yàn)結(jié)果的影響，并與壓鑄試樣的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
圖5 Fe／Mn比及熱處理狀態(tài)對(duì)金屬型鑄造AZ91平板試樣耐蝕性的影響
圖6 Cu含量及熱處理狀態(tài)對(duì)金屬型鑄造AZ91平板試樣耐蝕性的影響
圖7 Ni含量及熱處理狀態(tài)對(duì)金屬型鑄造AZ91平板試樣耐蝕性的影響
當(dāng)Ni含量為（60~70）X10“時(shí)，其腐蝕速度達(dá)到最大值。由于金屬型鑄造時(shí)鑄件凝固速度比壓鑄時(shí)慢，故Ni對(duì)金屬型鑄造AZ91合金鑄件耐蝕性的危害明顯地低于對(duì)壓鑄件的危害。目前對(duì)T5（人工時(shí)效）狀態(tài)的金屬型鑄造AZ91合金，尚無(wú)精確的臨ANi含量數(shù)據(jù)，但可采用類似于T6狀態(tài)的低極限值作為臨界Ni含量。
4 AM50壓鑄件雜質(zhì)含量的極限值
由于AM50, AM60和AS41合金的A1含量差異明顯，因此AM50合金的雜質(zhì)含量極限值是由ASTM測(cè)得的AM60和AS41合金的雜質(zhì)含量極限值通過外插法求得的，其允許雜質(zhì)含量見圖8-圖11。
圖8為Fe和Mn在AM50合金中的溶解度曲線。與AM60和AZ91合金的溶解度曲線十分相似。
圖8 Fe和Mn在不同溫度AM50熔體中的溶解度曲線上的數(shù)字為腐蝕速度（mil/a)
圖9 AM50合金的Fe／Mn比與壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)腐蝕速度的關(guān)系．方框中的數(shù)字為臨界Fe／Mn比
圖10 AM50合金的Ni含量與壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)腐蝕速度的關(guān)系，方框中的數(shù)字為臨界Ni含量
圖11 AM50合金的Cu含量與壓鑄平板試樣鹽霧試驗(yàn)腐蝕速度的關(guān)系，方框中的數(shù)字為臨界Cu含量
圖10和圖11分別為不同Ni、Cu含量AM50合金壓鑄平板試樣的鹽霧試驗(yàn)腐蝕結(jié)果。由圖可知，該合金的Ni含量極限值為35X 10-6，Cu含量極限值為170 X 10-“，略高于該合金ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。
5 結(jié)語(yǔ)
鎂合金壓鑄件的耐蝕性與合金的純凈度有密切的關(guān)系，尤其是受Fe, Ni、Cu三種雜質(zhì)的明顯影響。雜質(zhì)Fe的允許含量直接受合金中Mn含量的制約，Mn可降低Fe在鎂合金熔體中的溶解度，中和Fe對(duì)鎂合金耐蝕性的有害影響。過量的Mn固然會(huì)較強(qiáng)烈地導(dǎo)致熔渣的析出，但根據(jù)目前的試驗(yàn)，還無(wú)法證明其會(huì)降低鎂合金壓鑄件的耐蝕J性，因此通常把Mn含量定在規(guī)范中的高值。
對(duì)于AM50合金。其臨界Fe／Mn比為0.016,略高于ASTM B94標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值0.015。Ni和Cu含量的
極限值分別為35 X 10-6和170 X 10-6略高于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。當(dāng)這三種雜質(zhì)含量均處于極限值時(shí)，按B117的規(guī)定，該合金鹽霧試驗(yàn)的腐蝕速度應(yīng)不大于4士lmils／a（0．1士0．025mm／a)。
由高純度AM50合金生產(chǎn)的壓鑄件，當(dāng)最低Mn含量取0.1％，雜質(zhì)Fe含量的極限值取0.005％時(shí)，可保證其在任何情況下的耐鹽水腐蝕性，在這一點(diǎn)上，鑄造工程技術(shù)人員不必受ASTM規(guī)范的約束。
6后記—對(duì)開發(fā)我國(guó)高純鎂合金的幾點(diǎn)思考
(1)鎂合金具有許多突出的性能，因此能成為21世紀(jì)的合金，受寵于汽車工業(yè)及其他行業(yè)。但它也存在著某些不足，例如，與鋁合金相比，除了彈性模量低（45000N／zmm）、有蠕變傾向、價(jià)格偏高外，還對(duì)腐蝕有敏感性閉，因此表面處理被廣泛應(yīng)用于鎂合金壓鑄件。但如果不從根本上去解決鎂合金的雜質(zhì)含量問題，那也只能說(shuō)是一種短期行為。因?yàn)殡s質(zhì)含量超標(biāo)會(huì)在天長(zhǎng)日久中使鎂合金制品產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而帶來(lái)無(wú)窮后患。
(2)冶金、礦山及分析化學(xué)專家們應(yīng)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有鎂資源作全面細(xì)致的調(diào)查和分析，摸清我國(guó)的鎂礦資源，通過采用先進(jìn)的開采和冶煉技術(shù)，生產(chǎn)出達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高純凈度的鎂和鎂合金原材。在此基礎(chǔ)上，鑄造工作者應(yīng)從熔煉、鑄造等方面采取措施，努力生產(chǎn)出具有高附加值的鎂合金制品，為國(guó)家創(chuàng)造出更多的財(cái)富。這才是一條出路。
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