镁合金之展望.doc

PAGE 第一章 镁合金之展望 第一节 镁合金材料之应用 镁合金材料的应用始于1808年，最早是用在航空工业，后来延伸到汽车工业的零件铸造上，目前更逐步扩大到航空及汽车工业以外的其它产业上面，例如：录像机外壳、照相机外壳、行动电话机壳、笔记型计算机机壳、航空器上通信及雷达机壳等，主要是它具有轻量化、散热性佳、可防电磁干扰、硬度及可塑性高等优点。 目前镁合金铸件之制造方法主要有压铸法和半固态射出成形法两种，其中压铸法生产速率快、产品尺寸精度及表面精度高，最薄可成形约1mm后之薄件，为目前主要镁铸件之成形方法，惟压铸过程中常会因含有多量的气孔，导致产品强度及气密度降低等缺陷；半固态射出成形法则系为解决上述压铸的气孔问题所发展出来之新制程，不仅可成形更薄的镁铸件﹙1㎜以下﹚，且产品品质更佳、强度更高，被视为压铸技术之扩展及延伸。 随着全球通讯事业及网际网络的快速蓬勃发展，对轻薄短小可携式、耐冲击、耐各种不同环境条件的产品设备之需求大增，传统工程塑料及铝合金等材料性能以渐不敷所需，因此替代性材料成为引人注意的发展方向，而其中镁合金所独具的优良特性将使其不仅在汽车工业的应用大幅成长，也将在3C产业的应用中快速崛起。 第二节 镁的具体代表性质 ﹙1﹚?????? 实用金属中质量最轻﹙铝的2／3﹚ ;﹙2﹚????? 比重上的刚性较高 ﹙3﹚?????? 抗凹性优良 ;﹙4﹚?????? 震动吸收性良好 ﹙5﹚?????? 电磁波绝缘性佳 ;﹙6﹚?????? 放热性高 ﹙7﹚?????? 切削抵抗小，加工性优良 ;﹙8﹚?可回收使用 ;﹙9﹚? 原料成本低 其用途大致分为二种。其一，就是以活用上述﹙1﹚、﹙2﹚、﹙4﹚性质为重点 之汽车等的结构材料。其二，就是利用上述﹙1﹚、﹙5﹚、﹙7﹚的薄板形状，使用于笔记型计算机等之携带式机器的构造零件。后者因为﹙8﹚、﹙9﹚的优点而成为塑料的替代品。成形上因为“镁”本身的难燃技术，而有使用之SF6的问题、及高废料率等问题。以现况而言，仍属于必须将从制品设计、模具设计、到成形系统等进行综合规划的生产制度。 第三节 镁合金材料的发展 由于镁合金材料密度低，且具有较佳的比强度、比刚性、切削性、制振性以及可回收等特性，在因应环境保护潮流下，渐广为应用于汽车的结构件上，以减轻重量，增加性能，减少耗油。目前镁合金工件的生产技术仍是以铸造为主，因为应用铸造方法可以制造出尺寸稳定的复杂工件几何，同时也具有较高的生产性。然而，以铸造所得的镁合金工作材料不够密实，易有孔洞形成，造成疲劳强度不足，并不适用于重要的安全结构件上。如果应用机械成形，亦即塑性成形的方式，譬如锻造，所制造出来的镁合金工件就如同其它金属一样，会因有晶粒流线而比铸件有韧性，而且机械成形的方式可以藉挤压的结果，形成无孔洞的工件同时，随后的热处埋也可以得到更佳的显微组织，这些都比应用铸造方法所制造出来的工件更具有延性及强度，能供汽车安全结构或功能件上的使用。然而镁合金材料的机械成形制程仍属于开发阶段，需要较高的相关费用，应用上仍受限制，因此发展镁合金材枓在机械成形的制程技术，实为目前促进镁合金材料应用的重要任务之一。 第四节 镁合金机械成形特性 ??? 使镁合金材料在机械成形技术上受限制的最主要原因，是镁金属原子系以六方最密堆积(Hexagonal Close Packed HCP)的方式排列。在这种只有一个滑移平面以及三个滑移方向的原子结构下，镁合金材料在室温下所拥有的滑移可能性相当有限，造成延性非常低、不易成形的特性，而必须升高温度，以产生新的变形机制，才足以使材料变形容易，能够填满成形模具内的空间，并令作用力减小，降低制造成本。例如，将镁合金材料加热到温加工范围，亦即温度约在180℃到240℃之间，就可以伴随着双晶的形成而有更多附加滑移面的产生，而温度在300℃以上，即可拥有再结晶的过程，而使得镁合金具有更好的成形性。然而一味的提高温度以增加镁合金材料的成形性并不足够，因为晶粒会增长，而使机械性能降低，而且镁合金材料在高温易形成氧化物，所以必要时需加入昂贵的保护气体，以防止镁合金材料氧化。因此镁合金材料在机械成形制程中，要注意到成形温度、晶粒的大小以及变形速率或应变速率等参数，以使工件在制程中的成形特性以及工件在成形后的机械特性，均能得到较佳的结果。至于其中足够高的应变速率，除了可以提高生产速率之外，还可以配合成形温度来控制晶粒大小，以使成形件有良好的结果。 ??????? 目前镁合金材料以机械成形的方法制造工件，仍以锻造为主。而适合锻造成形的镁合金材料，通常是较易取得的AZ镁铝锌(Mg-Al-Zn)合金，这种镁合金材料在铸造时，添加了含碳的添加剂，可以得到细晶粒的组织。再来就是ZK镁锌锆(Mg-Zn-Sr)合金，因