低壓鑄造對鎂合金材料組織及耐腐蝕性能影響

張大鵬，王海明

（大連鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院有限公司，遼寧 大連 116013）

由于鎂合金材料密度低、高強度特點，使其具有良好的機加工性能。隨著輕工業經濟的快速發展，對合金材料的需求量逐漸增加，合金材料被廣泛應用在航天航空、汽車、醫療器械等多個領域中，通常用于這些領域的合金材料都是以鋁合金為主，但是隨著合金材料需求量的增多，且鋁合金材料成本較高，加工工藝交復雜[1]。所以此次試圖將鎂合金材料代替鋁合金材料的工業地位，通過鑄造加工工藝對鎂合金才來進行加工，提高鎂合金的組織和耐腐蝕性能，從而減輕材料成本壓力，推動工業經濟平穩發展。鑄造工藝分為低壓鑄造和重力鑄造兩種方式，目前鎂合金材料加工過程中所使用的都是重力鑄造，由于重力鑄造過程簡陋粗糙，導致加工后的鎂合金無論是組織結構還是其它性能，都無法達到加工后鋁合金材料的性能要求[2]。低壓鑄造加工工藝具有充型平穩、流程簡單、鑄造缺陷較少等優點，比重力鑄造加工工藝具有更好的組織和性能效果，在低壓力下形成的合金材料組織結構更加緊密，因此在鋁合金材料實際生產過程中，主要采用低壓鑄造。若要實現鎂合金材料替代鋁合金材料在生產領域中的地位，必須要在鑄造加工過程中提高鎂合金材料的性能，所以此次以實驗的形式，研究低壓鑄造對鎂合金材料組織及耐腐蝕性能影響，為低壓鑄造鎂合金材料的應用提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 實驗材料與方法

此次實驗所使用用于鑄造鎂合金材料的有100%純鎂金屬、MG-40Gd、MG-30Yd和 MG-43Zh中間合金等，采用低壓鑄造的加工方式對材料進行鎂合金材料鑄造。在鑄造過程中使用的機械設備主要為低壓鑄造機，該機器低壓鑄造裝置主要由低壓鑄造原始裝置、溶液加壓裝置、抽真空裝置三部分組成，其中溶液加壓裝置主要負責鎂合金材料低壓鑄造過程中壓力控制，其壓力值可通過裝置上的壓力表設定，通常情況下鎂合金材料低壓鑄造充型壓力設定為0.9kPa，保壓壓力設置為60kPa；抽真空裝置通過控制真空泵抽取在鑄造過程中鎂合金材料內的空氣，讓鑄造加工后的鎂合金材料組織結構更加緊密[3]。所使用的模具板樣設計為150mm×100mm×20mm。下表為低壓鑄造鎂合金材料化學成分表。

表1 低壓鑄造鎂合金材料化學成分表（%）

1.2 實驗流程

首先將低壓鑄造機內的坩堝預熱至暗紅色 ，在坩堝壁和底部表面均勻撒上適量的熔劑 ；然后加入預熱的純鎂金屬材料和回爐料，通過升溫將其進行熔化；當爐內材料熔化完畢后，再在爐內加入適量的熔劑，將坩堝升溫至650～ 720℃后加入 MG-40Gd、MG-30Yd中間合金；繼續升溫至820～900℃，緩慢地加入MG-43Zh中間合金 ；待爐內金屬材料全部熔化后，攪拌5～10 min ，使鎂合金材料均勻；將鎂合金溶液溫度調整至600～650℃，精煉10～15min ；然后在將鎂合金熔液升溫至800～820℃，靜置20～ 30min ， 待溶液溫度降至450℃后進行澆注，以此得到低壓鑄造后的鎂合金材料[4]。然后使用顯微鏡觀察鎂合金材料的組織；挑選5塊面積相同的鎂合金材料，對其進行噴灑強度硫酸液體，觀察鎂合金材料腐蝕面積來檢驗鎂合金材料的耐腐蝕性能。

2 實驗結果

根據上述實驗流程的設計，下述將進行對應實驗結果的分析。下圖為顯微鏡下鎂合金材料組織結構圖。

圖1 顯微鏡下鎂合金材料組織結構圖

下表為低壓鑄造后鎂合金材料成分表。

表2 低壓鑄造后鎂合金材料成分表（%）

下表為硫酸溶液對鎂合金材料腐蝕面積。

3 實驗結論分析

3.1 低壓鑄造對鎂合金材料組織影響分析

結合上述圖1與表2分析低壓鑄造對鎂合金材料組織的影響。從圖1可得知，低壓鑄造后，鎂合金材料組織結構緊密，主要呈網狀結構分布在金屬晶界上，特別是在多晶體交界處[5]。

從表2可以看出，低壓鑄造后無論是鎂金屬含量還是Gd、Yd、Zh等中金合金含量，具存在明顯提成，尤其鎂金屬元素含量比鑄造前提成越90%左右，說明低壓鑄造對鎂合金材料組織能起到強化作用，提高材料內金屬材料成分，使鎂合金材料組織更加穩定和牢固。

3.2 低壓鑄造對鎂合金材料耐腐蝕性能影響分析

結合上述表3分析低壓鑄造對鎂合金材料耐腐蝕性能影響，從表3可以看出，經過低壓鑄造后的鎂合金材料具有良好的耐腐蝕性。在經過濃度較高硫酸溶液的噴灑，鎂合金材料最大的腐蝕面積僅占2.64%，最小腐蝕面積只占整個合金材料面積的0.97。

由于鎂合金材料經過低壓鑄造后，合金會形成大量過飽和固溶體，這種固溶體會增強鎂合金材料的強度和硬度，一定程度上改變了鎂合金材料的可塑性，從而提升鎂合金材料的耐腐蝕性能[6]。綜上，低壓鑄造對鎂合金材料無論是組織結構還是耐腐蝕性能，都具有明顯提升。經檢測，經過低壓鑄造后，鎂合金材料組織抗拉強度與屈服強度達到264.7MPa和321.4MPa，并且鎂合金材料耐腐蝕性能提高45%左右。

4 結束語

此次通過實驗分析了低壓鑄造對鎂合金材料組織及耐腐蝕性能影響，為鎂合金材料低壓鑄造工藝應用提供了理論依據，由于研究時間及個人能力有限，對于此次研究還存在一些不足之處，今后還需要對其進行深入研究，為低壓鑄造工藝的應用提供參考依據。