本文通過描述鎂合金用于汽車、電子通信、醫(yī)療器械中的性能優(yōu)勢，介紹了注射成型工藝的實質和鎂合金材料的性能特點，列舉了鎂合金零件的應用現(xiàn)狀，并預測了鎂合金材料的發(fā)展前景。
在機械零件的成形方法中，作為一種金屬零件接近最后形狀的精密加工工藝，已從液態(tài)成形（鑄造）和固態(tài)成形（模鍛）的階段進入先進的粉末成形向半固態(tài)成形方向進展，其發(fā)展方興末艾。隨著現(xiàn)代產(chǎn)品不斷更新，市場需要大量生產(chǎn)復雜形狀的薄壁、減震降噪、高電磁干擾屏障及易切削加工等低密度的金屬零件，以滿足當今汽車、電子通信、筆記本計算機、平板電腦、數(shù)碼攝象機、照相機、醫(yī)用假肢等產(chǎn)業(yè)對產(chǎn)品越來越高的要求。此外，金屬零件廠商還面臨著進一步提高技術，以保證零件的高質量和低成本的任務。
鎂是常用金屬中最輕的一種材料，是地殼含量最豐富的元素之一，約占地殼組成的2.5%，因此，鎂合金成為20世紀末以后工程界們極為關注的金屬材料，近年來發(fā)展很快。汽車工業(yè)、電子通信工業(yè)、醫(yī)療器械是鎂合金零件的最大用戶，市場占有率為80％。
中國具有豐富的鎂礦資源，世界排名第二，僅次于美國，這為中國鎂合金成形的發(fā)展提供了可靠的原料來源，而且目前鎂鋁價格已經(jīng)接近相等，進行鎂合金零件的生產(chǎn)優(yōu)勢已大于鋁合金，在原材料成本上存在極大的優(yōu)勢 。
1、注射成型工藝的實質
從生產(chǎn)技術方面來看，壓鑄工業(yè)正經(jīng)歷著從液態(tài)壓鑄到半固態(tài)壓鑄再到固態(tài)壓鑄的演變過程。這一過程反映了壓鑄工業(yè)正在發(fā)生一系列深刻的重大變革。世界各國在研究新的半固態(tài)金屬成形工藝時，將塑料的注射成型原理，應用于半固態(tài)金屬成形工藝中，形成了觸變注射成型新工藝，它集半固態(tài)金屬漿料的制備、輸送、成形等過程于一體，較好地解決了半固態(tài)金屬漿料的保存、輸送、成形控制困難等問題，使得鎂合金材料的大量工業(yè)應用出現(xiàn)了光明的前景。
由美國 The Dow Chemical Co. 公司開發(fā)用于鎂合金的注射成型，采用了塑料注射成型的方法和原理，裝置的組成如圖1所示，它由鎂粒漏斗1、定量供料器2、螺旋驅動及注射系統(tǒng)3、螺旋剪切器4、加熱器5、筒體6、單向閥7、半固態(tài)鎂合金累積器 8、噴嘴9及模具10等組成。
成型工作過程是：被切成 3～6mm左右的鎂合金粒狀原料，在室溫下通過漏斗送入定量供料器，由螺旋驅動被向前推并加熱至半固態(tài)，系統(tǒng)通過溫控裝置使注射筒體的溫度控制在560℃～590℃，此時，鎂粒同時受到剪切與加熱，采用惰性氣體Ar作為保護性氣體，剪切螺旋的平移速度為 9500px/s，一定量的半固態(tài)金屬糊狀（固相率為30％～50％）在螺旋的前端累積，最后在高壓注社缸的作用下，半固態(tài)金屬糊狀通過噴嘴被高速注射入模具型腔，經(jīng)充填成型及冷卻凝固得到制件。本方法的特點是從固體粒料到制件在一個裝置內完成，省去了外部熔融金屬的處理及運送工序。
該注射成型方法的主要優(yōu)點是：成形溫度低（比鎂合金壓鑄溫度低約100℃），制件的氣孔隙率較低（可低于0.1％），尺寸精度高（制件的質量誤差為 0.2％），所以，此工藝方法是目前國內外成功地用于實際生產(chǎn)的唯一的“一部法”成形。
為此，美國、德國、意大利及日本等國家大力發(fā)展這種固態(tài)金屬注射成型機，不僅機器逐步更完整、精細，而且注射壓力也大大增大。
2、鎂合金材料及性能特點
鎂合金材料分為鍛造用鎂合金和鑄造鎂合金兩種，前者主要用于航空結構零件，后者廣泛用于汽車、電子通信、筆記本電腦、醫(yī)療器械等行業(yè)。因與鎂合金塑性變形的關系，目前得到工業(yè)應用的鑄鎂合金主要有四個系列：AZ系列（Mg—Al—Zn）、AM系列（Mg—Al—Mn）、 AS系列（Mg—Al—Si）和AE系列（Mg—Al—RE ）。
鎂合金的性能特點具有如下：
•質量輕、密度低：鎂合金的密度為1.74 g/cm3， 還不到鋁合金（ 2.7 g/cm3）的三分之二，比普通結構鋼輕80％且與工程塑料（1.43 g/cm3）近。在結構材料中鎂的密度最小的。
•減震及降噪性好：鎂合金有極好的差滯彈吸震性能，有較高的振蕩消耗系數(shù)，所以能吸收振動和噪音傳播，其性能優(yōu)于鋁合金。
•比強度高：雖然純鎂的強度低，但通過合金化并熱處理后強度明顯提高，其比強度已完全超過鋁合金。
•金屬流動性好：鎂合金的熔點比鋁合金低。與模具鋼的親合力小，不易粘附模具，大大提高合金的流動性，使充填模具型腔的能力顯著增大。鎂合金的模具使用壽命比鋁合金高 2 ～3倍。
•剛性高：鎂合金的剛性為鋁合金的2倍，并比大部分工程塑料為高。鎂合金有良好的抗應力阻力。
•高電磁干擾屏障：鎂合金在室溫時的電阻率為15.6 ×10--6ΩNaN，約高于鋁合金（4.4×10--6ΩNaN）3倍，有良好的阻隔電磁波功能，適合生產(chǎn)電子通信產(chǎn)品。
•切削性能好：鎂比鋁和鋅有更好的切削性，它可在無冷卻液，無潤滑劑的情況下能實現(xiàn)高負荷的加工，并可得到光潔的加工面，已成為更易切削加工的金屬材料。
•尺寸精度高：因鎂有較高的穩(wěn)定性，注射成型冷卻凝固后可得穩(wěn)定的收縮率，使制件獲得高的尺寸精度。
•耐腐蝕性好：鎂有良好的耐腐蝕性，在堿性環(huán)境下是穩(wěn)定的，有抗鹽霧腐蝕性能。
•廢料回收再利用簡易：有色合金的單價通常都比黑色金屬貴，但在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一些廢料、碎屑，如注射流道、分流道所消耗的廢料及機械加工的切屑等。鎂合金的回收再利用是比其它生產(chǎn)容易的多，也比鋁合金回收所消耗的能量少。
3、鎂合金零件的應用現(xiàn)狀
從20世紀末開始，金屬成形技術有了突破性的進展。與傳統(tǒng)的鑄造工藝相比，具有諸多優(yōu)越性而被世界著名的專家們稱為21世紀新一代的金屬成形技術——半固態(tài)金屬注射成型，它的主要市場為汽車、電子通信、光學儀器、醫(yī)療器械等工業(yè)。
根據(jù)國際鎂合金協(xié)會指出，鎂合金零件將以每年20～25％的速度增大。其中汽車方面，因為使用鎂合金零件對實現(xiàn)汽車輕量化，高速，節(jié)能，回收等整體功能效果明顯。如汽車質量大小對其能量消耗有著重要的影響，質量每降低100Kg，油耗可減少 0.7L。尤其是美國研制的一種鎂合金汽車輪轂，在輪胎被扎穿后仍能以不高于48 Km/h的速度行駛，汽車不受損害，可防止人生事故。鎂合金不僅作為汽車結構，而因具有高的振動沙漿衰減系數(shù)，全汽袋的汽車都改用鎂合金方向盤，這既可質量減輕，又可降低路面和控制系統(tǒng)的震動，當發(fā)生意外時，鎂合金方向盤可吸收更多能量，保證駕駛員安全。
美國福特汽車公司和通用汽車公司，德國大眾汽車公司和日本三菱汽車公司等在汽車上大量應用了鎂合金零件，如發(fā)動機殼體和蓋、變速箱殼體和蓋、離合器殼體、液力變扭器殼體、發(fā)電機托架、變速箱托架、變速箱軸承托架、剎車踏板支架、車身殼體框架、車門、車輪、方向盤、儀表板、后撟驅動箱蓋、轉向節(jié)、座椅支架、車門把手等100 多種受力結構零件。
電子通信方面，鎂合金與塑料相比，它具有特殊功能，如高電磁干擾屏障、散熱性能好、堅固、尺寸制成更小。
在保持良好的結構條件下，鎂合金允許制件壁厚最小到 0.6 mm，這是工程塑料在相同強度下無法達到的。鋁合金的壓鑄性能方面也要在1.2～1.5 mm壁厚以上時，才能與鎂合金相比，所以已廣泛用于移動電話外殼、筆記本電腦外殼、數(shù)碼照相機殼體、電視攝象機框架、雙筒望遠鏡機身、攜帶式發(fā)報機機身、復寫機等。
醫(yī)療方面，鎂合金作為醫(yī)用植入材料，與現(xiàn)有進入臨床使用的醫(yī)用金屬材料相比，具有以下優(yōu)勢：
•鎂與人體有良好的生物相容性，促進新陳代謝過程；
•鎂可以在人體內降解；
•鎂可促進細胞的形成，加速骨的愈合；
•鎂合金的密度與人骨十分吻合，符合理想接骨板的要求；
•鎂合金成型性好，資源豐富，價格低。
應用實例包括骨與關節(jié)替代物（人工股骨頭、髖關節(jié)、膝關節(jié)、踝關節(jié)、盆骨等），血管內支架，心臟起博器，接骨板，接骨螺釘?shù)取?/p>
